CN102492088B - 一种水凝胶及制备方法及其在重金属废水处理中的应用 - Google Patents
一种水凝胶及制备方法及其在重金属废水处理中的应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102492088B CN102492088B CN201110393315.3A CN201110393315A CN102492088B CN 102492088 B CN102492088 B CN 102492088B CN 201110393315 A CN201110393315 A CN 201110393315A CN 102492088 B CN102492088 B CN 102492088B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- hydrogel
- heavy metal
- deionized water
- polyalcohol hydrogel
- metal ion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 title claims abstract description 90
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 42
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 title description 3
- 239000010814 metallic waste Substances 0.000 title 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 73
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 55
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 55
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 55
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 38
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 31
- OMIGHNLMNHATMP-UHFFFAOYSA-N 2-hydroxyethyl prop-2-enoate Chemical compound OCCOC(=O)C=C OMIGHNLMNHATMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims abstract description 21
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000010865 sewage Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims abstract description 3
- 150000005846 sugar alcohols Polymers 0.000 claims description 42
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 22
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 21
- 239000008239 natural water Substances 0.000 claims description 3
- 238000002525 ultrasonication Methods 0.000 claims description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 2
- 238000009736 wetting Methods 0.000 claims description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 abstract description 36
- FSQQTNAZHBEJLS-UPHRSURJSA-N maleamic acid Chemical compound NC(=O)\C=C/C(O)=O FSQQTNAZHBEJLS-UPHRSURJSA-N 0.000 abstract description 20
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 abstract description 16
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 2-Propenoic acid Natural products OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 230000005251 gamma ray Effects 0.000 abstract 1
- -1 hydroxyl ethyl Chemical group 0.000 abstract 1
- 239000010842 industrial wastewater Substances 0.000 abstract 1
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 abstract 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 58
- 238000000034 method Methods 0.000 description 51
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 39
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 26
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 22
- 239000011133 lead Substances 0.000 description 22
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 18
- 230000000274 adsorptive effect Effects 0.000 description 15
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 15
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 12
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 11
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 8
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 5
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 5
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 4
- 239000002349 well water Substances 0.000 description 4
- 235000020681 well water Nutrition 0.000 description 4
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 3
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 3
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 3
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 238000009313 farming Methods 0.000 description 2
- 239000004021 humic acid Substances 0.000 description 2
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 2
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- 238000010558 suspension polymerization method Methods 0.000 description 2
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000536 2-Acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid Polymers 0.000 description 1
- XHZPRMZZQOIPDS-UHFFFAOYSA-N 2-Methyl-2-[(1-oxo-2-propenyl)amino]-1-propanesulfonic acid Chemical compound OS(=O)(=O)CC(C)(C)NC(=O)C=C XHZPRMZZQOIPDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 description 1
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000003851 biochemical process Effects 0.000 description 1
- 230000031018 biological processes and functions Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009388 chemical precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000749 chronicity Toxicity 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000007334 copolymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007850 degeneration Effects 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 229920001002 functional polymer Polymers 0.000 description 1
- 125000002883 imidazolyl group Chemical group 0.000 description 1
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 1
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 description 1
- MCJGNVYPOGVAJF-UHFFFAOYSA-N quinolin-8-ol Chemical compound C1=CN=C2C(O)=CC=CC2=C1 MCJGNVYPOGVAJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 239000002352 surface water Substances 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
Abstract
一种聚合物水凝胶，其成分和制备方法如下：(1)将丙烯酸羟乙酯、马来酰胺酸和去离子水按一定比例混合均匀；马来酰胺酸加丙烯酸羟乙酯与水的体积比为2∶8至4∶6，马来酰胺酸与丙烯酸羟乙酯的摩尔比为1∶9至9∶1；(2)混合后经过10±3min超声波处理；(3)向(1)的混合物中充入氮气，以保证无氧状态；(4)在-63～-95℃温度内，采用高能射线辐照聚合形成水凝胶；所述高能射线优选为γ射线或能量在2MEV以上的电子束)，其辐射剂量优选为1×103～1×106Gy；辐射时间为24±10h。得到的聚合物水凝胶在处理工业废水、生活污水及在处理自然水体中对重金属离子的吸附应用。
Description
技术领域
本发明属于吸附材料技术领域，涉及吸附材料的制备及其对重金属的吸附性能，具体的说是一种辐射共聚制备新型聚合物水凝胶及吸附重金属离子的应用。
背景技术
重金属污染是指由于人类活动致使环境中较高含量的重金属对生物产生毒害作用，并造成生态环境质量恶化的现象。重金属作为一类具有严重危害的环境污染物，它所产生的污染过程具有隐蔽性、不可逆性、长期性和后果严重性的特点。重金属污染物来源广泛，主要来源于工业、交通、农业等产业，并涉及到矿山开采、冶金、机械制造、化工、电子和仪表等多个行业。不同行业所产生的重金属废物根据其行业特点而各有不同。常见的对环境具有污染的重金属包括铬、镍、铅、镉、汞、锌、铜等元素，它们不仅导致土壤生态系统退化、农作物产量和品质下降，还会通过径流和淋洗作用污染地表水和地下水，并通过直接接触、食物链等途径危及人类的生命和健康。因此，环境中重金属污染的治理是目前国际性的难题和研究热点。
重金属废水的处理技术主要包括化学法(化学沉淀、氧化还原、铁氧体法等)、生物法(生物絮凝、生物化学法和植物修复等)以及物理法(蒸发浓缩、电解法、离子交换法、吸附法、膜分离法)等。吸附法工艺由于其具有成本低廉、方法简便易行，并且无二次污染的特点，在重金属吸附处理研究中越来越受到重视。目前，常用的吸附剂主要有活性炭、沸石、离子树脂和螯合树脂等，公开号为CN101225176的专利公开了一种咪唑基修饰复合功能超高交联吸附树脂及其制备方法，公开号为CN1772386的专利公开了一种8-羟基喹啉型螯合树脂的制备方法及其在重金属吸附方面的应用。
聚合物水凝胶是新型功能性吸附材料，目前国内采用聚合物水凝胶作为吸附剂的研究相对较少。专利公开号为CN1410474公开了一种聚苯胺-聚丙烯酸水凝胶的制备方法，申请号为CN95194243的专利公开了一种吸附重金属的含水凝胶的制备方法，谢建军等(功能高分子学报，2008年，丙烯酸系高吸水树脂反相悬浮聚合法制备及其吸附性)报道了采用反相悬浮聚合法制备聚(丙烯酸/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)水凝胶，并研究了其对Cu2+、Cr3+的吸附性能。郑易安等(环境工程学报，2009年，聚(丙烯酸-丙烯酰胺)/膨润土/腐植酸钠三维网络凝胶吸附剂对Cd2+吸附性能研究)制备了一种聚(丙烯酸-丙烯酰胺)/膨润土/腐植酸钠三维网络凝胶吸附剂并考察了吸附剂对Cd2+的吸附性能。
目前，国内研究水凝胶的制备方法大多数为化学聚合法，其制备过程往往需要添加引发剂、交联剂，从而导致制备的高分子聚合物纯度下降，从而影响其吸附性能。另外，使用化学聚合法制备水凝胶的过程较为复杂，操作比较麻烦。
发明内容
本发明是：提出一种应用辐射技术制备新型聚合物水凝胶及在重金属废水处理中的应用，本发明可以制备出一种具有功能性基团的有机高分子聚合物，可使得聚合物中的功能基团有效吸附螯合重金属离子(Zn2+、Ni2+、Cd2+、Cu2+和Pb2+)，制备方法简单，易于操作。并且产物具有一定的机械强度，可以多次重复利用。
本发明技术方案是，一种聚合物水凝胶，对重金属离子具有良好的吸附性能，容易再生。水凝胶及制备方法包括以下步骤：
(1)将丙烯酸羟乙酯、马来酰胺酸(Maleamic acid)和去离子水按一定比例混合均匀；(马来酰胺酸+丙烯酸羟乙酯)与水的体积比为2∶8至4∶6、如2∶8、3∶7及4∶6，马来酰胺酸与丙烯酸羟乙酯的摩尔比为1∶9至9∶1，如3∶7、1∶1、7∶3及9∶1均可；丙烯酸羟乙酯一般为亲水性玻璃态单体；
(2)混合后经过10±3min超声波处理；
(3)向(1)的混合物中充入氮气，以保证无氧状态；
(4)在-63～-95℃温度内，采用高能射线辐照聚合形成水凝胶。所述高能射线优选为γ射线或电子束(由加速器产生，能量一般在2MEV以上)，γ射线优选为60Co-γ射线或137Cs-γ射线，其辐射剂量优选为1×103～1×106Gy；辐射时间为24±10h。
所述聚合物水凝胶在不同pH下对重金属离子的吸附应用。
聚合物水凝胶在处理工业废水中对重金属离子的吸附应用。
所述的聚合物水凝胶在处理生活污水中对重金属离子的吸附应用。
所述的聚合物水凝胶在处理自然水体中对重金属离子的吸附应用。
聚合物水凝胶对重金属离子的吸附方法，其主要包括以下步骤：
(1)将制备好的聚合物水凝胶切成1cm×1cm×1cm小块放在三角瓶中；
(2)将切成小块的聚合物水凝胶用去离子水多次洗涤；
(3)将洗涤后的水凝胶在45℃下烘干；
(4)在室温至55℃条件下对不同种类的重金属离子进行吸附，吸附时间24小时以上。
本发明的有益效果：通过制备出具有功能性基团的有机高分子聚合物，可使得聚合物中的功能基团有效吸附螯合重金属离子(Zn2+、Ni2+、Cd2+、Cu2+和Pb2+)，制备方法简单，易于操作。并且产物具有一定的机械强度，可以多次重复利用，尤其是用于工业废水、生活污水以及自然水体中中对重金属离子的吸附应用的效果良好。
附图说明
图1为聚合物水凝胶的红外图谱(C、D)与两种反应物单体的红外对比图谱(A、B)。
图2为聚合物水凝胶在不同pH条件下对Pb2+的吸附效果。
图3为聚合物水凝胶在不同pH条件下对Ni2+的吸附效果。
图4为聚合物水凝胶在不同pH条件下对Cu2+的吸附效果。
图5为聚合物水凝胶在不同pH条件下对Zn2+的吸附效果。
图6为聚合物水凝胶在不同pH条件下对Cd2+的吸附效果。
具体实施方式
本发明通过实施例进行进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
实施例1：
1.称取一定质量马来酰胺酸(Maleamic acid)溶解于去离子水中，充分溶解后作为组分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羟乙酯单体(简称HEA)，混合均匀，作为组分B；去离子水作为组分C，按(A+B)∶C为3∶7(ml/ml)进行混合，其中A∶B为1∶9(mol/mol)。再进行超声处理10min。
2.充氮气后，在-95℃的温度下，控制辐射剂量范围在1×103～1×106Gy，采用高能射线(60Co-γ射线)辐照聚合形成聚合物水凝胶。
3.将辐射后的水凝胶切成1cm×1cm×1cm小块放在三角瓶中，经去离子水多次洗涤后，置于45℃下烘干。
4.对产物进行结构与成分的表征，包括使用FTIR进行水凝胶表面功能基团的分析。产物的红外图谱与两种反应物单体的红外图谱对比，产物中含有HEA分子中的-OH(3430cm-1)，以及马来酰胺酸中的-CONH2基团(1640cm-1，1590cm-1)显示了经过高能射线辐射后单体的双键打开后成链形成新产物。详见附图1。
实施例2：
1.称取一定质量马来酰胺酸(Maleamic acid)溶解于去离子水中，充分溶解后作为组分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羟乙酯单体(简称HEA)，混合均匀，作为组分B；去离子水作为组分C，按(A+B)∶C为4∶6(ml/ml)进行混合，其中A∶B为3∶7(mol/mol)。再进行超声处理10min。
2.充氮气后，在-78℃的温度下，控制辐射剂量范围在1×103～1×106Gy，采用高能射线(137Cs-γ射线)辐照聚合形成聚合物水凝胶。
3.将辐射后的水凝胶切成1cm×1cm×1cm小块放在三角瓶中，经去离子水多次洗涤后，置于45℃下烘干。
4.称取0.1g水凝胶干燥后的产物五份分别置于100ml三角瓶中，然后分别加入50ml、1g/L的Pb2+、Ni2+、Cd2+、Cu2+、Zn2+五种单一溶液，将三角瓶置于恒温振荡器中25℃下进行恒温吸附，24h充分吸附后，分别测定各个重金属离子溶液吸附前与吸附后的浓度。测量方法为稀释后使用原子吸收法。通过吸附前后离子的浓度差，可以计算出该产物对各个离子的吸附容量。经测定，产物对Pb2+、Ni2+、Cd2+、Cu2+、Zn2+五种金属离子的吸附容量分别为：30mg/g、16mg/g、13mg/g、15mg/g、8mg/g。
实施例3：
1.称取一定质量马来酰胺酸(Maleamic acid)溶解于去离子水中，充分溶解后作为组分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羟乙酯单体(简称HEA)，混合均匀，作为组分B；去离子水作为组分C，按(A+B)∶C为2∶8(ml/ml)进行混合，其中A∶B为1∶1(mol/mol)。再进行超声处理10min。
2.充氮气后，在-63℃的温度下，控制辐射剂量范围在1×103～1×106Gy，采用高能射线(60Co-γ射线)辐照聚合形成聚合物水凝胶。
3.将辐射后的水凝胶切成1cm×1cm×1cm小块放在三角瓶中，经去离子水多次洗涤后，置于45℃下烘干。
4.称取0.1g水凝胶干燥后的产物五份分别置于100ml三角瓶中，然后分别加入50ml、1g/L的Pb2+、Ni2+、Cd2+、Cu2+、Zn2+五种单一溶液，将三角瓶置于恒温振荡器中25℃下进行恒温吸附，24h充分吸附后，分别测定各个重金属离子溶液吸附前与吸附后的浓度。测量方法为稀释后使用原子吸收法。通过吸附前后离子的浓度差，可以计算出该产物对各个离子的吸附容量。经测定，产物对Pb2+、Ni2+、Cd2+、Cu2+、Zn2+五种金属离子的吸附容量分别为：50mg/g、35mg/g、20mg/g、40mg/g、16mg/g。
实施例4：
1.称取一定质量马来酰胺酸(Maleamic acid)溶解于去离子水中，充分溶解后作为组分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羟乙酯单体(简称HEA)，混合均匀，作为组分B；去离子水作为组分C，按(A+B)∶C为3∶7(ml/ml)进行混合，其中A∶B为9∶1(mol/mol)。再进行超声处理10min。
2.充氮气后，在-78℃的温度下，控制辐射剂量范围在1×103～1×106Gy，采用高能射线(137Cs-γ射线)辐照聚合形成聚合物水凝胶。
3.将辐射后的水凝胶切成1cm×1cm×1cm小块放在三角瓶中，经去离子水多次洗涤后，置于45℃下烘干。
4.称取0.1g水凝胶干燥后的产物五份分别置于100ml三角瓶中，然后分别加入50ml、1g/L的Pb2+、Ni2+、Cd2+、Cu2+、Zn2+五种单一溶液，将三角瓶置于恒温振荡器中25℃下进行恒温吸附，24h充分吸附后，分别测定各个重金属离子溶液吸附前与吸附后的浓度。测量方法为稀释后使用原子吸收法。通过吸附前后离子的浓度差，可以计算出该产物对各个离子的吸附容量。经测定，产物对Pb2+、Ni2+、Cd2+、Cu2+、Zn2+五种金属离子的吸附容量分别为：70mg/g、55mg/g、42mg/g、50mg/g、38mg/g。
实施例5：
1.称取一定质量马来酰胺酸(Maleamic acid)溶解于去离子水中，充分溶解后作为组分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羟乙酯单体(简称HEA)，混合均匀，作为组分B；去离子水作为组分C，按(A+B)∶C为2∶8(ml/ml)进行混合，其中A∶B为1∶9(mol/mol)。再进行超声处理10min。
2.充氮气后，在-63℃的温度下，控制辐射剂量范围在1×103～1×106Gy，采用高能射线(137Cs-γ射线)辐照聚合形成聚合物水凝胶。
3.将辐射后的水凝胶切成1cm×1cm×1cm小块放在三角瓶中，经去离子水多次洗涤后，置于45℃下烘干。
4.称取0.1g水凝胶干燥后的产物六份分别置于100ml三角瓶中，然后分别加入50ml、40mg/L的Pb2+溶液，分别调节pH值为1、2、3、4、5、6，将三角瓶置于恒温振荡器中25℃下进行恒温吸附，24h充分吸附后，分别测定各个重金属离子溶液吸附前与吸附后的浓度。测量方法为稀释后使用原子吸收法。通过吸附前后离子的浓度差，可以计算出该产物在不同pH条件下对Pb2+的吸附量。通过吸附前后Pb2+的浓度差，可以计算出该产物对于Pb2+的吸附量。经测定，在pH为5和6时，水凝胶对Pb2+的吸附效果均较好，其中在pH约为5时吸附效果最好。详见附图2。
实施例6：
1.称取一定质量马来酰胺酸(Maleamic acid)溶解于去离子水中，充分溶解后作为组分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羟乙酯单体(简称HEA)，混合均匀，作为组分B；去离子水作为组分C，按(A+B)∶C为3∶7(ml/ml)进行混合，其中A∶B为3∶7(mol/mol)。再进行超声处理10min。
2.充氮气后，在-63℃的温度下，控制辐射剂量范围在1×103～1×106Gy，采用高能射线(60Co-γ射线)辐照聚合形成聚合物水凝胶。
3.将辐射后的水凝胶切成1cm×1cm×1cm小块放在三角瓶中，经去离子水多次洗涤后，置于45℃下烘干。
4.称取0.1g水凝胶干燥后的产物六份分别置于100ml三角瓶中，然后分别加入50ml、40mg/L的Ni2+溶液，分别调节pH值为1、2、3、4、5、6，将三角瓶置于恒温振荡器中25℃下进行恒温吸附，24h充分吸附后，分别测定各个重金属离子溶液吸附前与吸附后的浓度。测量方法为稀释后使用原子吸收法。通过吸附前后离子的浓度差，可以计算出该产物在不同pH条件下对Ni2+的吸附量。通过吸附前后Ni2+的浓度差，可以计算出该产物对于Ni2+的吸附量。经测定，在pH约为6时吸附量最大。详见附图3。
实施例7：
1.称取一定质量马来酰胺酸(Maleamic acid)溶解于去离子水中，充分溶解后作为组分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羟乙酯单体(简称HEA)，混合均匀，作为组分B；去离子水作为组分C，按(A+B)∶C为3∶7(ml/ml)进行混合，其中A∶B为1∶1(mol/mol)。再进行超声处理10min。
2.充氮气后，在-63℃的温度下，控制辐射剂量范围在1×103～1×106Gy，采用高能射线(137Cs-γ射线)辐照聚合形成聚合物水凝胶。
3.将辐射后的水凝胶切成1cm×1cm×1cm小块放在三角瓶中，经去离子水多次洗涤后，置于45℃下烘干。
4.称取0.1g水凝胶干燥后的产物六份分别置于100ml三角瓶中，然后分别加入50ml、40mg/L的Cu2+溶液，分别调节pH值为1、2、3、4、5、6，将三角瓶置于恒温振荡器中25℃下进行恒温吸附，24h充分吸附后，分别测定各个重金属离子溶液吸附前与吸附后的浓度。测量方法为稀释后使用原子吸收法。通过吸附前后离子的浓度差，可以计算出该产物在不同pH条件下对Cu2+的吸附量。通过吸附前后Cu2+的浓度差，可以计算出该产物对于Cu2+的吸附量。经测定，在pH约为6时吸附效果最好，去除率最高。详见附图4。
实施例8：
1.称取一定质量马来酰胺酸(Maleamic acid)溶解于去离子水中，充分溶解后作为组分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羟乙酯单体(简称HEA)，混合均匀，作为组分B；去离子水作为组分C，按(A+B)∶C为4∶6(ml/ml)进行混合，其中A∶B为7∶3(mol/mol)。再进行超声处理10min。
2.充氮气后，在-63℃的温度下，控制辐射剂量范围在1×103～1×106Gy，采用高能射线(60Co-γ射线)辐照聚合形成聚合物水凝胶。
3.将辐射后的水凝胶切成1cm×1cm×1cm小块放在三角瓶中，经去离子水多次洗涤后，置于45℃下烘干。
4.称取0.1g水凝胶干燥后的产物六份分别置于100ml三角瓶中，然后分别加入50ml、40mg/L的Zn2+溶液，分别调节pH值为1、2、3、4、5、6，将三角瓶置于恒温振荡器中25℃下进行恒温吸附，24h充分吸附后(或更长时间)，分别测定各个重金属离子溶液吸附前与吸附后的浓度。测量方法为稀释后使用原子吸收法。通过吸附前后离子的浓度差，可以计算出该产物在不同pH条件下对Zn2+的吸附量。通过吸附前后Zn2+的浓度差，可以计算出该产物对于Zn2+的吸附量。经测定，随着pH的升高，水凝胶对Zn2+吸附量也逐渐增加，在pH为6时吸附效果最好。详见附图5。
实施例9：
1.称取一定质量马来酰胺酸(Maleamic acid)溶解于去离子水中，充分溶解后作为组分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羟乙酯单体(简称HEA)，混合均匀，作为组分B；去离子水作为组分C，按(A+B)∶C为4∶6(ml/ml)进行混合，其中A∶B为9∶1(mol/mol)。再进行超声处理10min。
2.充氮气后，在-63℃的温度下，控制辐射剂量范围在1×103～1×106Gy，采用高能射线(137Cs-γ射线)辐照聚合形成聚合物水凝胶。
3.将辐射后的水凝胶切成1cm×1cm×1cm小块放在三角瓶中，经去离子水多次洗涤后，置于45℃下烘干。
4.称取0.1g水凝胶干燥后的产物六份分别置于100ml三角瓶中，然后分别加入50ml、40mg/L的Cd2+溶液，分别调节pH值为1、2、3、4、5、6，将三角瓶置于恒温振荡器中25℃下进行恒温吸附，24h充分吸附后，分别测定各个重金属离子溶液吸附前与吸附后的浓度。测量方法为稀释后使用原子吸收法。通过吸附前后离子的浓度差，可以计算出该产物在不同pH条件下对Cd2+的吸附量。通过吸附前后Cd2+的浓度差，可以计算出该产物对于Cd2+的吸附量。经测定，随着pH的升高，水凝胶对Cd2+吸附量也逐渐增加，在pH为6时吸附效果最好。详见附图6。
实施例10：
1.称取一定质量马来酰胺酸(Maleamic acid)溶解于去离子水中，充分溶解后作为组分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羟乙酯单体(简称HEA)，混合均匀，作为组分B；去离子水作为组分C，按(A+B)∶C为4∶6(ml/ml)进行混合，其中A∶B为1∶9(mol/mol)。再进行超声处理10min。
2.充氮气后，在-78℃的温度下，控制辐射剂量范围在1×103～1×106Gy，采用高能射线(137Cs-γ射线)辐照聚合形成聚合物水凝胶。
3.将辐射后的水凝胶切成1cm×1cm×1cm小块放在三角瓶中，经去离子水多次洗涤后，置于45℃下烘干。
4.某生活污水收到周边Cu2+的污染，其中Cu2+的含量约为10mg/L。将该生活污水经过一定的预处理后，采用制备的聚合物凝胶进行处理。于1L的废水中，加入2g凝胶干燥产物处理。24h后，污水中Cu2+去除率为99％。
实施例11：
1.称取一定质量马来酰胺酸(Maleamic acid)溶解于去离子水中，充分溶解后作为组分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羟乙酯单体(简称HEA)，混合均匀，作为组分B；去离子水作为组分C，按(A+B)∶C为3∶7(ml/ml)进行混合，其中A∶B为7∶3(mol/mol)。再进行超声处理10min。
2.充氮气后，在-78℃的温度下，控制辐射剂量范围在1×103～1×106Gy，采用高能射线(60Co-γ射线)辐照聚合形成聚合物水凝胶。
3.将辐射后的水凝胶切成1cm×1cm×1cm小块放在三角瓶中，经去离子水多次洗涤后，置于45℃下烘干。
4.某农灌井水因邻近某镍冶炼厂，受到镍污染，其中Ni2+的含量约为4mg/L。将该井水采集部分水样，经过一定的预处理后，采用制备的聚合物凝胶进行处理。将聚合物凝胶以2g/L的比例投加至水样中，经过24h吸附后，水样中的Ni2+降低至0.08mg/L以下，去除率达到96％。
实施例12：
1.称取一定质量马来酰胺酸(Maleamic acid)溶解于去离子水中，充分溶解后作为组分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羟乙酯单体(简称HEA)，混合均匀，作为组分B；去离子水作为组分C，按(A+B)∶C为2∶8(ml/ml)进行混合，其中A∶B为1∶9(mol/mol)。再进行超声处理10min。
2.充氮气后，在-95℃的温度下，控制辐射剂量范围在1×103～1×106Gy，采用高能射线(60Co-γ射线)辐照聚合形成聚合物水凝胶。
3.将辐射后的水凝胶切成1cm×1cm×1cm小块放在三角瓶中，经去离子水多次洗涤后，置于45℃下烘干。
4.某湖泊由于周围工业污水的排入，受到一定重金属离子的污染，其中Cd2+的含量约为1mg/L。将该湖水采集部分水样，经过一定的预处理后，采用制备的聚合物凝胶进行处理。将聚合物凝胶以2g/L的比例投加至水样中，经过24h吸附后，水样中的Cd2+降低至0.02mg/L以下，去除率达到95％以上。
实施例13：
1.称取一定质量马来酰胺酸(Maleamic acid)溶解于去离子水中，充分溶解混合均匀作为组分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羟乙酯单体(简称HEA)，混合均匀，作为组分B；去离子水作为组分C，按(A+B)∶C为4∶6(ml/ml)进行混合，其中A∶B为9∶1(mol/mol)。再进行超声处理10min。
2.充氮气后，在-95℃的温度下，控制辐射剂量范围在1×103～1×106Gy，采用高能射线(60Co-γ射线)辐照聚合形成聚合物水凝胶。
3.将辐射后的水凝胶切成1cm×1cm×1cm小块放在三角瓶中，经去离子水多次洗涤后，置于45℃下烘干。
4.某农灌井水因邻近电镀厂，受到锌污染，其中Zn2+的含量约为6mg/L。将该井水采集部分水样，经过一定的预处理后，采用制备的聚合物凝胶进行处理。将聚合物凝胶以2g/L的比例投加至水样中，经过24h吸附后，水样中的Zn2+降低至0.06mg/L以下，去除率达到95％。
实施例14：
1.称取一定质量马来酰胺酸(Maleamic acid)溶解于去离子水中，充分溶解后作为组分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羟乙酯单体(简称HEA)，混合均匀，作为组分B；去离子水作为组分C，按(A+B)∶C为3∶7(ml/ml)进行混合，其中A∶B为1∶1(mol/mol)。再进行超声处理10min。
2.充氮气后，在-78℃的温度下，控制辐射剂量范围在1×103～1×106Gy，采用高能射线(60Co-γ射线)辐照聚合形成聚合物水凝胶。
3.将辐射后的水凝胶切成1cm×1cm×1cm小块放在三角瓶中，经去离子水多次洗涤后，置于45℃下烘干。
4.某入湖河道因邻近电池厂，受到Pb污染，其中Pb2+的含量约为45mg/L。将该河水采集部分水样，经过一定的预处理后，采用制备的聚合物凝胶进行处理。将聚合物凝胶以2g/L的比例投加至水样中，经过24h吸附后，水样中的Pb2+降低至9mg/L以下，去除率为77％。当提高投加量至8g/L时，去除率可提高至96％。
实施例15：
1.称取一定质量马来酰胺酸(Maleamic acid)溶解于去离子水中，充分溶解后作为组分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羟乙酯单体(简称HEA)，混合均匀，作为组分B；去离子水作为组分C，按(A+B)∶C为3∶7(ml/ml)进行混合，其中A∶B为3∶7(mol/mol)。再进行超声处理10min。
2.充氮气后，在-78℃的温度下，控制辐射剂量范围在1×103～1×106Gy，采用高能射线(60Co-γ射线)辐照聚合形成聚合物水凝胶。
3.将辐射后的水凝胶切成1cm×1cm×1cm小块放在三角瓶中，经去离子水多次洗涤后，置于45℃下烘干。
4.称取0.1g水凝胶干燥后的产物于100ml三角瓶中，加入50ml、200mg/L的Pb2+溶液，将三角瓶置于恒温振荡器中25℃下进行恒温吸附，24h充分吸附后，分别测定Pb2+离子溶液吸附前与吸附后的浓度。测量方法为稀释后使用原子吸收法。通过吸附前后离子的浓度差，可以计算出该产物对各个离子的吸附容量。经测定，产物对Pb2+的吸附量分别为21.2mg/g。
5.将吸附后的水凝胶(0.1g干重)经去离子水多次洗涤后，至于100ml三角瓶中，再加入50ml、2mol/L的硝酸溶液进行再生脱附，在25℃下恒温振荡48h。测定再生脱附后的溶液中Pb2+的浓度。测量方法为稀释后使用原子吸收法。测得凝胶脱附量为20.6mg/g，脱附率为97％。
实施例16：
1.称取一定质量马来酰胺酸(Maleamic acid)溶解于去离子水中，充分溶解后作为组分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羟乙酯单体(简称HEA)，混合均匀，作为组分B；去离子水作为组分C，按(A+B)∶C为3∶7(ml/ml)进行混合，其中A∶B为7∶3(mol/mol)。再进行超声处理10min。
2.充氮气后，在-78℃的温度下，控制辐射剂量范围在1×103～1×106Gy，采用高能射线(60Co-γ射线)辐照聚合形成聚合物水凝胶。
3.将辐射后的水凝胶切成1cm×1cm×1cm小块放在三角瓶中，经去离子水多次洗涤后，置于45℃下烘干。
4.称取0.1g水凝胶干燥后的产物于100ml三角瓶中，加入50ml、60mg/L的Cu2+溶液，将三角瓶置于恒温振荡器中25℃下进行恒温吸附，24h充分吸附后，分别测定Cu2+离子溶液吸附前与吸附后的浓度。测量方法为稀释后使用原子吸收法。通过吸附前后离子的浓度差，可以计算出该产物对各个离子的吸附容量。经测定，产物对Cu2+的吸附量分别为8mg/g。
5.将吸附后的水凝胶(0.1g干重)经去离子水多次洗涤后，至于100ml三角瓶中，再加入50ml、2mol/L的硝酸溶液进行再生脱附，在25℃下恒温振荡48h。测定再生脱附后的溶液中Cu2+的浓度。测量方法为稀释后使用原子吸收法。测得凝胶脱附量为7.5mg/g，脱附率为94％。
Claims (5)
1.一种聚合物水凝胶，其特征是其成分和制备方法如下：
（1）将丙烯酸羟乙酯、马来酰胺酸和去离子水按一定比例混合均匀；马来酰胺酸加丙烯酸羟乙酯与水的体积比为2:8至4:6，马来酰胺酸与丙烯酸羟乙酯的摩尔比为1:9至9:1；
（2）混合后经过10±3min超声波处理；
（3）向（1）的混合物中充入氮气，以保证无氧状态；
（4）在-63～-95℃温度内，采用高能射线辐照聚合形成水凝胶；所述高能射线优选为γ射线或能量在2MEV以上的电子束，其辐射剂量为1×103～1×106Gy；辐射时间为24±10h。
2.根据权利要求1所述的聚合物水凝胶，其特征是丙烯酸羟乙酯为亲水性玻璃态单体。
3.根据权利要求1所述的聚合物水凝胶，其特征是γ射线优选为60Co-γ射线或137Cs-γ射线。
4.根据权利要求1至3之一所述的聚合物水凝胶对重金属离子的吸附应用，其特征是步骤如下：
（1）将制备好的聚合物水凝胶切成1cm×1cm×1cm小块；
（2）将切成小块的聚合物水凝胶用去离子水多次洗涤；
（3）将洗涤后的水凝胶在45℃下烘干；
（4）在室温至55℃条件下对不同种类的重金属离子进行吸附，吸附时间24小时以上。
5.根据权利要求4所述的聚合物水凝胶对重金属离子的吸附应用，其特征是聚合物水凝胶在处理工业废水中对重金属离子的吸附应用、所述的聚合物水凝胶在处理生活污水中对重金属离子的吸附应用以及所述的聚合物水凝胶在处理自然水体中对重金属离子的吸附应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110393315.3A CN102492088B (zh) | 2011-12-02 | 2011-12-02 | 一种水凝胶及制备方法及其在重金属废水处理中的应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110393315.3A CN102492088B (zh) | 2011-12-02 | 2011-12-02 | 一种水凝胶及制备方法及其在重金属废水处理中的应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102492088A CN102492088A (zh) | 2012-06-13 |
| CN102492088B true CN102492088B (zh) | 2013-08-21 |
Family
ID=46183954
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201110393315.3A Expired - Fee Related CN102492088B (zh) | 2011-12-02 | 2011-12-02 | 一种水凝胶及制备方法及其在重金属废水处理中的应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102492088B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109437459B (zh) * | 2018-12-07 | 2021-06-22 | 童年 | 一种混合工业污水治理方法 |
| CN111186909B (zh) * | 2020-01-24 | 2022-01-04 | 辽宁中舟得水环保科技有限公司 | 一种高效厌氧工艺处理环氧丙烷废水的方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5393868A (en) * | 1992-10-13 | 1995-02-28 | Rohm And Haas Company | Production of polysuccinimide by thermal polymerization of maleamic acid |
| JP3071364B2 (ja) * | 1994-07-18 | 2000-07-31 | ハイモ株式会社 | 含水ゲルの製造方法、重金属イオン吸着剤、色素吸着剤、微生物担体および酵素固定用担体 |
| EP1732974A1 (en) * | 2004-03-30 | 2006-12-20 | Basf Aktiengesellschaft | Improved method of manufacturing superabsorbent polymers |
| TWI344469B (en) * | 2005-04-07 | 2011-07-01 | Nippon Catalytic Chem Ind | Polyacrylic acid (salt) water-absorbent resin, production process thereof, and acrylic acid used in polymerization for production of water-absorbent resin |
| CN100506865C (zh) * | 2007-04-06 | 2009-07-01 | 华侨大学 | 互穿网络水凝胶的制备方法 |
| CN101250243B (zh) * | 2007-11-27 | 2011-07-27 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 一种两性半互穿网络水凝胶及其制备方法 |
| CN102199246B (zh) * | 2011-04-11 | 2013-02-27 | 南京大学 | 三元共聚水凝胶、其制备方法及其在水处理中的应用 |
-
2011
- 2011-12-02 CN CN201110393315.3A patent/CN102492088B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102492088A (zh) | 2012-06-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111836680B (zh) | 用于水的净化和治理的多功能多孔材料 | |
| Ibrahim et al. | Chitosan‑g‑maleic acid for effective removal of copper and nickel ions from their solutions | |
| Baybaş et al. | Polyacrylamide–clinoptilolite/Y-zeolite composites: Characterization and adsorptive features for terbium | |
| Yu et al. | Enhanced and selective adsorption of Pb2+ and Cu2+ by EDTAD-modified biomass of baker’s yeast | |
| Zhang et al. | Progress toward hydrogels in removing heavy metals from water: Problems and solutions—A review | |
| CN102188956B (zh) | 具有磺酸基的重金属吸附共聚物、其制备方法及其在水处理中的应用 | |
| Silva et al. | A comparative study of alginate beads and an ion-exchange resin for the removal of heavy metals from a metal plating effluent | |
| CN102850556A (zh) | 一种改性水凝胶的制备方法及其在重金属废水处理中的应用 | |
| CN102453187B (zh) | 一种吸附重金属的聚合物水凝胶及其制备方法和应用 | |
| Oh et al. | Enhanced immobilization of Prussian blue through hydrogel formation by polymerization of acrylic acid for radioactive cesium adsorption | |
| Cruz et al. | Modified poly (acrylic acid)-based hydrogels for enhanced mainstream removal of ammonium from domestic wastewater | |
| Adeogun et al. | Kinetics and equilibrium parameters of biosorption and bioaccumulation of lead ions from aqueous solutions by Trichoderma longibrachiatum | |
| Pang et al. | Adsorption of chromium (VI) from aqueous solution using zeolite/chitosan hybrid composite | |
| Kılıç et al. | Gold recovery onto poly (acrylamide-allylthiourea) hydrogels synthesized by treating with gamma radiation | |
| Puspitasari et al. | Study of Metal Ions Removal from Aqueous Solution by Using Radiation Crosslinked Chitosan‐co‐Poly (Acrylamide)‐Based Adsorbent | |
| CN104292388B (zh) | 具有酰胺基和羟基且负载纳米水合氧化锰的复合水凝胶的制备方法和应用 | |
| CN102492088B (zh) | 一种水凝胶及制备方法及其在重金属废水处理中的应用 | |
| CN102199246B (zh) | 三元共聚水凝胶、其制备方法及其在水处理中的应用 | |
| CN102631899B (zh) | 具磺酸基聚合物基纳米氧化铁重金属吸附剂的制备及应用 | |
| Mahamadi et al. | Adsorption of Cu (II) from aquatic systems using alginate-immobilized water hyacinth beads | |
| Eskander et al. | Capability of Lemna gibba to biosorb cesium-137 and cobalt-60 from simulated hazardous radioactive waste solutions | |
| Pivarčiová et al. | Sorption of technetium on glutaraldehyde crosslinked chitosan | |
| CN102206300B (zh) | 一种共聚物的制备方法、由该制备方法得到的共聚物及其在水处理中的应用 | |
| Lu et al. | A Bi-MOF-based composite sponge equipped with antibacterial heterogeneous membranes for effective phosphate removal from wastewater | |
| CN102212176B (zh) | 具有磺酸基的三元共聚物、其制备方法及其在水处理中的应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130821 Termination date: 20141202 |
|
| EXPY | Termination of patent right or utility model |