CN103055824A - 一种钙基膨润土-AA-（AA-Na）复合镉离子吸附剂 - Google Patents

Abstract

本发明为一种钙基膨润土-AA-(AA-Na)复合镉离子吸附剂，该吸附剂的组成包括钙基膨润土和聚合物，其中聚合物所占整体的质量百分比为10.5%～22.8%，；所述的聚合物是由丙烯酸和被氢氧化钠部分中和的丙烯酸在引发剂和交联剂的作用下聚合生成，中和度为20%～60%。所述的引发剂为过硫酸钾。所述的交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺。本发明有机复合膨润土产品结构稳定均一，具有优良的除镉效果；产品的合成步骤简单，操作安全，周期短，能耗小；且吸附性能好，（Cd²⁺的吸附量达到了36.2219mg/g，优于目前相同实验条件下的22.23mg/g），易分离，成本低，有较好的市场前景。

Description

一种钙基膨润土-AA-(AA-Na)复合镉离子吸附剂

技术领域

本发明涉及水处理技术与应用领域，具体地说是一种钙基膨润土-AA-(AA-Na)复合新型镉离子吸附剂及其制备方法。

背景技术

膨润土是一种以蒙脱石为主要成分的粉末状层状硅酸盐矿物，具有优良的阳离子交换和表面吸附性能，粉末状膨润土作为吸附剂在水处理中应用时存在固液相难分离等问题。以膨润土为主体吸附成分，聚合物作为改性剂或粘结剂采用原位聚合制备的复合膨润土水处理吸附剂，具有吸附性能高、便于工业实际应用等显著特点，此类吸附剂的开发目前受到了国内外的广泛关注。Guixia Zhao等以丙烯酰胺为单体，通过溶液聚合法制备了一种膨润土含量占50%左右的新型吸附剂PAM/BET，该吸附剂对金属离子Cu²⁺有较大的吸附速率和吸附容量；何玉凤等以丙烯酸为单体，通过原位聚合制备了一种聚丙烯酸占主体含膨润土的新型吸附剂PAA/HB，该吸附剂对金属离子Cu²⁺有较大的吸附速率和吸附容量；T.S.Anirudhan合成了一种带氨基功能基的聚丙烯酸，膨润土含量占30%左右复合膨润土吸附剂，该吸附剂能成功地脱除水中的腐植酸；Ulvi Ulusoy利用聚丙烯酰胺做粘结剂，采用悬浮液聚合的方法合成了膨润土含量占30%左右与分子筛和聚丙烯酰胺的复合物，并对其脱除水中的铅离子进行了研究；曹吉林等以丙烯酰胺为聚合单体，采用水溶液聚合法，合成了系列膨润土含量为85%以上的复合膨润土吸附剂，该吸附剂对水中F^-离子具有优越的吸附性能，且吸附剂可再生多次循环使用。目前文献报道的复合膨润土吸附剂存在有机单体含量普遍较高或是单体成本较高等问题，由此造成了复合膨润土成本增加。因此开发膨润土含量高、有机单体成本低且毒性也低的复合膨润土吸附剂具有重要的现实意义。

镉是对人体有害的重金属离子，自来水和工业排放的废水中对镉含量都有严格的要求，目前，人们对含镉废水的处理已进行了大量研究。Donglin Zhao等对GMZ膨润土去除废水中Cd²⁺的研究表明，pH、离子强度是主要影响因素，吸附Cd²⁺主要受外表面络合和Na⁺/H⁺离子交换控制，在高pH下，内表面络合是主要控制因素。Mohsen Hamidpour等研究了沸石和膨润土对Cd(II)和Pb(II)的吸附与解析，得出沸石对两种离子的吸附作用几乎是不可逆的，而膨润土的吸附与解析是可逆的。Ruihua Huang等采用壳聚糖季铵盐改性膨润土对吸附Cd²⁺进行了研究，通过Langmuir吸附等温线计算得出的Cd²⁺最大吸附容量为22.23mg/g。夏畅斌等在静态条件下研究了膨润土对重金属离子（如Zn²⁺、Cd²⁺）的吸附与交换。结果表明，膨润土对重金属离子Cd²⁺的吸附远大于Zn²⁺。罗太安等制备的改性膨润土对Cd²⁺的吸附研究得出，改性膨润土用量为4g/L，对初始浓度为40mg/L的Cd²⁺的去除率达96%。李增新等将膨润土与90%脱乙酰度壳聚糖的0.5%醋酸溶液混合，使壳聚糖负载在膨润土上，制成颗粒吸附剂，用于吸附溶液中Cd²⁺，得出壳聚糖与膨润土质量比为1:20，颗粒吸附剂用量为15g/L，溶液中Cd²⁺质量浓度不大于200mg/L时，Cd²⁺去除率为99%。由此可见，膨润土或改性膨润土是脱除水中镉离子较为理想的吸附剂。目前文献报道的镉离子复合膨润土吸附剂存在吸附量小、有机单体含量普遍较高或是单体成本较高等问题，由此造成了其成本增加的缺陷。

丙烯酸是一种较丙烯酰胺成本和毒性都低的有机单体，采用原位聚合反应制备的聚丙烯酸钠/膨润土复合物是一种性能优良的吸水材料，该材料中丙烯酸钠是主体成分，膨润土含量都在50%以下。目前用于重金属有害物质脱除的聚丙烯酸钠复合高膨润含量的吸附剂还未见文献报道。本发明针对水中有害物质镉的脱除，以钙基膨润土为主要原料，通过与丙烯酸-丙烯酸钠单体进行聚合反应，合成了一种钙基膨润土-AA-(AA-Na)共聚复合物。该产品膨润土含量在80%以上，对镉离子的吸附性能优于文献报道值，且具有成本低、在水中浸泡不解离、强度高、溶胀性较小和适合实际工业应用等特点。

发明内容

本发明的目的是：提供一种钙基膨润土-AA-(AA-Na)复合镉离子吸附剂，该吸附剂由钙基膨润土、丙烯酸和丙烯酸钠插层共聚复合组成。产品对于镉离子具有优良的吸附性能且在水中长时间浸泡能保持较高的强度，能够与水溶液自行分离，便于回收利用，同时制备方法简单，生产成本低，适合工业实际应用。

本发明的技术方案是：

一种钙基膨润土-AA-(AA-Na)复合镉离子吸附剂，该吸附剂的组成包括钙基膨润土和聚合物，其中聚合物所占整体的质量百分比为10.5%～22.8%；所述的聚合物是由丙烯酸和被氢氧化钠部分中和的丙烯酸在引发剂和交联剂的作用下聚合生成，中和度为20%～60%。

所述的引发剂为过硫酸钾。

所述的交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺。

上述钙基膨润土-AA-(AA-Na)复合镉离子吸附剂的制备方法，包括以下步骤：

第一步，提纯钙基膨润土的制备

将钙基膨润土矿粉和自来水按1:7的质量比加料，搅拌30min，静置24h，弃去下层沙土，然后搅拌15min，再加入自来水或重复制备时加入先前制备时取出的上清液，配制成质量比为钙基膨润土矿粉:水＝1:10的料液，继续搅拌20min，再静置沉降5h，取出上清液用于下次配制料液，从沉降物中取出上层精土，弃去下层沙土，将该精土放入110℃烘箱中干燥，直至该精土的质量保持不变为止，然后粉碎，过200目筛制得提纯钙基膨润土；

第二步，溶液聚合反应

首先，配制体积分数为33.33%～50%的丙烯酸的水溶液，再用质量分数为1.56%～8.69%的NaOH水溶液将其配制成丙烯酸中和度为20%～60%的丙烯酸-丙烯酸钠水溶液；然后将提纯后的钙基膨润土、部分中和的丙烯酸溶液和去离子水于室温下搅拌均匀，再加入交联剂，室温下搅拌1h，最后加入引发剂，室温搅拌5min后升温至70～90℃，搅拌下反应2～4小时，得到湿固相生成物；

其中，物料质量比配比为：提纯钙基膨润土：未中和前初始丙烯酸：水=8～9：2～1：15～17，交联剂的质量为未中和前初始丙烯酸的12.50%～25.00%，引发剂的质量为未中和前初始丙烯酸的4.00%～8.00%；

所述物料配比的水是指配制丙烯酸溶液、NaOH水溶液和聚合反应时额外添加总的水量，不包含丙烯酸水溶液用NaOH水溶液中和反应生产的水量；

第三步，干燥制得的复合膨润土产品

将第二步制得的湿固相生成物置于恒温干燥箱中，温度为100～120℃条件下，干燥4～6h，取出干燥的固相物质，粉碎过80目筛后的颗粒状产品，即制得用于除镉的复合膨润土产品。

本发明的有益效果为：

针对膨润土本身溶胀性大、难于进行固液分离等问题，本发明以钙基膨润土为主体，与少量丙烯酸-丙烯酸钠在引发剂过硫酸钾和交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺的作用下进行溶液聚合反应，制备了聚丙烯酸/丙烯酸钠/膨润土复合材料，并用于除去水中的Cd²⁺。与现有技术相比，其优点在于：

（1）本发明制备的有机复合膨润土产品结构稳定均一，具有优良的除镉效果；该产品中膨润土的含量高于现有文献的报道。

（2）本发明中复合膨润土的制备方法采用水溶液聚合法，插层单体为丙烯酸-丙烯酸钠，毒性低，符合实际应用条件；从结构特征来看，本发明的颗粒状产品在水中溶胀性较小，强度好，能与所处理溶液自行分离，便于大规模工业应用和回收再利用。

（3）从产品远景来看，产品的合成步骤简单，操作安全，周期短，能耗小；且吸附性能好，（Cd²⁺的吸附量达到了36.2219mg/g，优于目前相同实验条件下的22.23mg/g），易分离，成本低，有较好的市场前景。

下面具体实施方式中的实施例和表1数据及其分析进一步证明了本发明的有益效果。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为实施例1中提纯钙基膨润土的X射线衍射图。

图2为实施例1中提纯钙基膨润土的扫描电镜图。

图3为实施例4中复合膨润土产品的X射线衍射图。

图4为实施例4中复合膨润土产品的扫描电镜图。

具体实施方式

本发明所用丙烯酸单体为市售商品，钙基膨润土为普通市售钙基膨润土，搅拌和粉碎均为通用化工工艺。

实施例1

第一步，提纯钙基膨润土的制备

将钙基膨润土矿粉和自来水按1:7的质量比加料，搅拌30min，静置24h，弃去下层沙土，然后搅拌15min，再加入自来水，配制成质量比为钙基膨润土矿粉:水＝1：10的料液，继续搅拌20min，再静置沉降5h，取出上清液用于下次配制料液，从沉降物中取出上层精土，弃去下层沙土，将该精土放入110℃烘箱中干燥，直至该精土的质量保持不变为止，然后粉碎，过200目筛制得提纯钙基膨润土。

图1为提纯膨润土的XRD图，通过图形的特征峰计算d_(001），从而确定膨润土类型为钙基膨润土。

图2为提纯膨润土的扫描电镜图，它表明原土为层状多孔道结构，具有较大的比表面积。

第二步，溶液聚合反应

首先，量取4ml体积分数为50%的丙烯酸溶液(纯丙烯酸质量为2g)，用7.6661g质量分数为8.69%的氢氧化钠溶液中和，配制成中和度为60%的丙烯酸溶液；然后，在反应器中加入8g提纯后的钙基膨润土和上述部分中和的丙烯酸溶液（11.6661g）并用6ml去离子水润洗，室温下搅拌均匀；再加入0.25g的交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，室温下搅拌1h；最后加入0.08g的引发剂过硫酸钾，室温搅拌5min后升温至80℃，继续搅拌至聚合反应3h，制得湿固相生成物。

第三步，干燥制得的复合膨润土产品

将第二步制得的湿固物相生成物置于恒温干燥箱中，温度为110℃条件下，干燥6小时，取出干燥的固相物质，粉碎过80目筛后的颗粒状产品，即制得复合膨润土产品，其中聚丙烯酸-丙烯酸钠占整体的质量百分比为22.8%，丙烯酸中和度为60%。

本实施例所制得的产品为表格中的样品1，其对水溶液中Cd²⁺离子吸附交换性能的测定方法是：取0.5g或1.5g该产品加入到100mL不同浓度的Cd²⁺溶液中，室温下电动搅拌2小时，达到吸附平衡后静置5min，取上层清液用分光光度法测定Cd²⁺浓度，并根据吸附前后Cd²⁺浓度的变化，计算样品对Cd²⁺离子的平衡吸附量，结果见表1。

实施例2

第一步，提纯钙基膨润土的制备

同实施例1第一步；

第二步，溶液聚合反应

首先，量取4ml体积分数为50%的丙烯酸溶液(纯丙烯酸质量为2g)，用7.4441g质量分数为5.97%的氢氧化钠溶液中和，配制成中和度为40%的丙烯酸溶液；然后，在反应器中加入8g提纯后的钙基膨润土和上述部分中和的丙烯酸溶液(11.4441g)并用6ml去离子水润洗，室温下搅拌均匀；再加入0.25g的交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，室温下搅拌1h；最后加入0.08g的引发剂过硫酸钾，室温搅拌5min后升温至80℃，继续搅拌至聚合反应3h，制得湿固相生成物。

第三步，干燥制得的复合膨润土产品

将第二步制得的湿固物相生成物置于恒温干燥箱中，温度为110℃条件下，干燥6小时，取出干燥的固相物质，粉碎过80目筛后的颗粒状产品，即制得复合膨润土产品，其中聚丙烯酸-丙烯酸钠占整体的质量百分比为21.9%，丙烯酸中和度为40%。

本实施例所制得的产品为表格中的样品2，测得其在水溶液中对Cd²⁺的吸附交换性能见表1中。测定方法同实施例1。

实施例3

第一步，提纯钙基膨润土的制备

同实施例1第一步；

第二步，溶液聚合反应

首先，量取4ml体积分数为50%的丙烯酸溶液(纯丙烯酸质量为2g)，用7.3331g质量分数为4.54%的氢氧化钠溶液中和，配制成中和度为30%的丙烯酸溶液；然后，在反应器中加入8g提纯后的钙基膨润土和上述部分中和的丙烯酸溶液(11.3331g)并用6ml去离子水润洗，室温下搅拌均匀；再加入0.25g的交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，室温下搅拌1h；最后加入0.08g的引发剂过硫酸钾，室温搅拌5min后升温至80℃，继续搅拌至聚合反应3h，制得湿固相生成物。

第三步，干燥制得的复合膨润土产品

将第二步制得的湿固物相生成物置于恒温干燥箱中，温度为110℃条件下，干燥6小时，取出干燥的固相物质，粉碎过80目筛后的颗粒状产品，即制得复合膨润土产品，其中聚丙烯酸-丙烯酸钠占整体的质量百分比为21.4%，丙烯酸中和度为30%。

本实施例所制得的产品为表格中的样品3，测得其在水溶液中对Cd²⁺的吸附交换性能见表1中。测定方法同实施例1。

实施例4

第一步，提纯钙基膨润土的制备

同实施例1第一步；

第二步，溶液聚合反应

首先，量取4ml体积分数为50%的丙烯酸溶液(纯丙烯酸质量为2g)，用7.2220g质量分数为3.07%的氢氧化钠溶液中和，配制成中和度为20%的丙烯酸溶液；然后，在反应器中加入8g提纯后的钙基膨润土和上述部分中和的丙烯酸溶液(11.2220g)并用6ml去离子水润洗，室温下搅拌均匀；再加入0.25g的交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，室温下搅拌1h；最后加入0.08g的引发剂过硫酸钾，室温搅拌5min后升温至80℃，继续搅拌至聚合反应3h，制得湿固相生成物。

第三步，干燥制得的复合膨润土产品

将第二步制得的湿固物相生成物置于恒温干燥箱中，温度为110℃条件下，干燥6小时，取出干燥的固相物质，粉碎过80目筛后的颗粒状产品，即制得复合膨润土产品，其中聚丙烯酸-丙烯酸钠占整体的质量百分比为21.0%，丙烯酸中和度为20%。

图3为本实施例制得的复合膨润土产品的X射线衍射图。

图4为本实施例制得的复合膨润土产品的扫描电镜图，它表明产品为网状多孔道片层结构，具有较大的比表面积。

本实施例所制得的产品为表格中的样品4，测得其在水溶液中对Cd²⁺的吸附交换性能见表1中。测定方法同实施例1。

实施例5

第一步，提纯钙基膨润土的制备

同实施例1第一步；

第二步，溶液聚合反应

首先，量取4ml体积分数为50%的丙烯酸溶液(纯丙烯酸质量为2g)，用7.2220g质量分数为3.07%的氢氧化钠溶液中和，配制成中和度为20%的丙烯酸溶液；然后，在反应器中加入8g提纯后的钙基膨润土和上述部分中和的丙烯酸溶液(11.2220g)并用6ml去离子水润洗，室温下搅拌均匀；再加入0.25g的交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，室温下搅拌1h；最后加入0.08g的引发剂过硫酸钾，室温搅拌5min后升温至70℃，继续搅拌至聚合反应3h，制得湿固相生成物。

第三步，干燥制得的复合膨润土产品

将第二步制得的湿固物相生成物置于恒温干燥箱中，温度为110℃条件下，干燥6小时，取出干燥的固相物质，粉碎过80目筛后的颗粒状产品，即制得复合膨润土产品，其中聚丙烯酸-丙烯酸钠占整体的质量百分比为21.0%，丙烯酸中和度为20%。

本实施例所制得的产品为表格中的样品5，测得其在水溶液中对Cd²⁺的吸附交换性能见表1中。测定方法同实施例1。

实施例6

第一步，提纯钙基膨润土的制备

同实施例1第一步；

第二步，溶液聚合反应

首先，量取4ml体积分数为50%的丙烯酸溶液(纯丙烯酸质量为2g)，用7.2220g质量分数为3.07%的氢氧化钠溶液中和，配制成中和度为20%的丙烯酸溶液；然后，在反应器中加入8g提纯后的钙基膨润土和上述部分中和的丙烯酸溶液(11.2220g)并用6ml去离子水润洗，室温下搅拌均匀；再加入0.25g的交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，室温下搅拌1h；最后加入0.08g的引发剂过硫酸钾，室温搅拌5min后升温至90℃，继续搅拌至聚合反应3h，制得湿固相生成物。

第三步，干燥制得的复合膨润土产品

将第二步制得的湿固物相生成物置于恒温干燥箱中，温度为110℃条件下，干燥6小时，取出干燥的固相物质，粉碎过80目筛后的颗粒状产品，即制得复合膨润土产品，其中聚丙烯酸-丙烯酸钠占整体的质量百分比为21.0%，丙烯酸中和度为20%。

本实施例所制得的产品为表格中的样品6，测得其在水溶液中对Cd²⁺的吸附交换性能见表1中。测定方法同实施例1。

实施例7

第一步，提纯钙基膨润土的制备

同实施例1第一步；

第二步，溶液聚合反应

首先，量取4ml体积分数为50%的丙烯酸溶液(纯丙烯酸质量为2g)，用7.2220g质量分数为3.07%的氢氧化钠溶液中和，配制成中和度为20%的丙烯酸溶液；然后，在反应器中加入8g提纯后的钙基膨润土和上述部分中和的丙烯酸溶液(11.2220g)并用6ml去离子水润洗，室温下搅拌均匀；再加入0.25g的交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，室温下搅拌1h；最后加入0.08g的引发剂过硫酸钾，室温搅拌5min后升温至80℃，继续搅拌至聚合反应2h，制得湿固相生成物。

第三步，干燥制得的复合膨润土产品

将第二步制得的湿固物相生成物置于恒温干燥箱中，温度为110℃条件下，干燥6小时，取出干燥的固相物质，粉碎过80目筛后的颗粒状产品，即制得复合膨润土产品，其中聚丙烯酸-丙烯酸钠占整体的质量百分比为21.0%，丙烯酸中和度为20%。

本实施例所制得的产品为表格中的样品7，测得其在水溶液中对Cd²⁺的吸附交换性能见表1中。测定方法同实施例1。

实施例8

第一步，提纯钙基膨润土的制备

同实施例1第一步；

第二步，溶液聚合反应

首先，量取4ml体积分数为50%的丙烯酸溶液(纯丙烯酸质量为2g)，用7.2220g质量分数为3.07%的氢氧化钠溶液中和，配制成中和度为20%的丙烯酸溶液；然后，在反应器中加入8g提纯后的钙基膨润土和上述部分中和的丙烯酸溶液(11.2220g)并用6ml去离子水润洗，室温下搅拌均匀；再加入0.25g的交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，室温下搅拌1h；最后加入0.08g的引发剂过硫酸钾，室温搅拌5min后升温至80℃，继续搅拌至聚合反应4h，制得湿固相生成物。

第三步，干燥制得的复合膨润土产品

将第二步制得的湿固物相生成物置于恒温干燥箱中，温度为110℃条件下，干燥6小时，取出干燥的固相物质，粉碎过80目筛后的颗粒状产品，即制得复合膨润土产品，其中聚丙烯酸-丙烯酸钠占整体的质量百分比为21.0%，丙烯酸中和度为20%。

本实施例所制得的产品为表格中的样品8，测得其在水溶液中对Cd²⁺的吸附交换性能见表1中。测定方法同实施例1。

实施例9

第一步，提纯钙基膨润土的制备

同实施例1第一步；

第二步，溶液聚合反应

首先，量取3.5ml体积分数为42.86%的丙烯酸溶液(纯丙烯酸质量为1.5g)，用7.1665g质量分数为2.32%的氢氧化钠溶液中和，配制成中和度为20%的丙烯酸溶液；然后，在反应器中加入8.5g提纯后的钙基膨润土和上述部分中和的丙烯酸溶液(10.6665g)并用7ml去离子水润洗，室温下搅拌均匀；再加入0.25g的交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，室温下搅拌1h；最后加入0.08g的引发剂过硫酸钾，室温搅拌5min后升温至80℃，继续搅拌至聚合反应3h，制得湿固相生成物。

第三步，干燥制得的复合膨润土产品

将第二步制得的湿固物相生成物置于恒温干燥箱中，温度为110℃条件下，干燥6小时，取出干燥的固相物质，粉碎过80目筛后的颗粒状产品，即制得复合膨润土产品，其中聚丙烯酸-丙烯酸钠占整体的质量百分比为15.8%，丙烯酸中和度为20%。

本实施例所制得的产品为表格中的样品9，测得其在水溶液中对Cd²⁺的吸附交换性能见表1中。测定方法同实施例1。

实施例10

第一步，提纯钙基膨润土的制备

同实施例1第一步；

第二步，溶液聚合反应

首先，量取3ml体积分数为33.3%的丙烯酸溶液(纯丙烯酸质量为1g)，用7.1110g质量分数为1.56%的氢氧化钠溶液中和，配制成中和度为20%的丙烯酸溶液；然后，在反应器中加入9g提纯后的钙基膨润土和上述部分中和的丙烯酸溶液(10.1110g)并用8ml去离子水润洗，室温下搅拌均匀；再加入0.25g的交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，室温下搅拌1h；最后加入0.08g的引发剂过硫酸钾，室温搅拌5min后升温至80℃，继续搅拌至聚合反应3h，制得湿固相生成物。

第三步，干燥制得的复合膨润土产品

将第二步制得的湿固物相生成物置于恒温干燥箱中，温度为110℃条件下，干燥6小时，取出干燥的固相物质，粉碎过80目筛后的颗粒状产品，即制得复合膨润土产品，其中聚丙烯酸-丙烯酸钠占整体的质量百分比为10.5%，丙烯酸中和度为20%。

本实施例所制得的产品为表格中的样品10，测得其在水溶液中对Cd²⁺的吸附交换性能见表1中。测定方法同实施例1。

实施例11

第一步，提纯钙基膨润土的制备

同实施例1第一步；

第二步，溶液聚合反应

首先，量取3.5ml体积分数为42.86%的丙烯酸溶液(纯丙烯酸质量为1.5g)，用7.1665g质量分数为2.32%的氢氧化钠溶液中和，配制成中和度为20%的丙烯酸溶液；然后，在反应器中加入8.5g提纯后的钙基膨润土和上述部分中和的丙烯酸溶液(10.6665g)并用7ml去离子水润洗，室温下搅拌均匀；再加入0.25g的交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，室温下搅拌1h；最后加入0.08g的引发剂过硫酸钾，室温搅拌5min后升温至80℃，继续搅拌至聚合反应4h，制得湿固相生成物。

第三步，干燥制得的复合膨润土产品

将第二步制得的湿固物相生成物置于恒温干燥箱中，温度为110℃条件下，干燥6小时，取出干燥的固相物质，粉碎过80目筛后的颗粒状产品，即制得复合膨润土产品，其中聚丙烯酸-丙烯酸钠占整体的质量百分比为15.8%，丙烯酸中和度为20%。

本实施例所制得的产品为表格中的样品11，测得其在水溶液中对Cd²⁺的吸附交换性能见表1中。测定方法同实施例1。

实施例12

第一步，提纯钙基膨润土的制备

同实施例1第一步；

第二步，溶液聚合反应

首先，量取3.5ml体积分数为42.86%的丙烯酸溶液(纯丙烯酸质量为1.5g)，用7.1665g质量分数为2.32%的氢氧化钠溶液中和，配制成中和度为20%的丙烯酸溶液；然后，在反应器中加入8.5g提纯后的钙基膨润土和上述部分中和的丙烯酸溶液(10.6665g)并用7ml去离子水润洗，室温下搅拌均匀；再加入0.25g的交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，室温下搅拌1h；最后加入0.08g的引发剂过硫酸钾，室温搅拌5min后升温至80℃，继续搅拌至聚合反应2h,制得湿固相生成物。

第三步，干燥制得的复合膨润土产品

将第二步制得的湿固物相生成物置于恒温干燥箱中，温度为110℃条件下，干燥6小时，取出干燥的固相物质，粉碎过80目筛后的颗粒状产品，即制得复合膨润土产品，其中聚丙烯酸-丙烯酸钠占整体的质量百分比为15.8%，丙烯酸中和度为20%。

本实施例所制得的产品为表格中的样品12，测得其在水溶液中对Cd²⁺的吸附交换性能见表1中。测定方法同实施例1。

表1复合膨润土对镉离子的吸附性能*

*常温下吸附2h.

从表1可以看出，本发明制备的钙基膨润土-AA-(AA-Na)复合新型镉离子吸附剂对200mg/L镉溶液最低平衡吸附量为35.4093mg/g；当吸附剂中钙基膨润土所占整体的质量百分比为77.2%，丙烯酸中和度为60%，聚合温度为80℃，聚合时间为3h时，所制得产品吸附镉性能最佳，达到36.2219mg/g。在低浓度镉吸附中，本发明制备的吸附剂可使镉浓度降至0.0215mg/L。由此可以看出本发明制得的产品具有优良的镉吸附性能，而且其制备工艺简单，操作安全，产品在水中强度高，不分散，便于在实际应用中分离使用，所以该发明技术具有很好的工业应用前景。

Claims (4)

1.一种钙基膨润土-AA-(AA-Na)复合镉离子吸附剂，其特征为该吸附剂的组成包括钙基膨润土和聚合物，其中聚合物所占整体的质量百分比为10.5%～22.8%；所述的聚合物是由丙烯酸和被氢氧化钠部分中和的丙烯酸在引发剂和交联剂的作用下聚合生成，中和度为20%～60%。

2.如权利要求1所述的钙基膨润土-AA-(AA-Na)复合镉离子吸附剂，其特征为所述的引发剂为过硫酸钾。

3.如权利要求1所述的钙基膨润土-AA-(AA-Na)复合镉离子吸附剂，其特征为所述的交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺。

4.如权利要求1所述的钙基膨润土-AA-(AA-Na)复合镉离子吸附剂的制备方法，其特征为包括以下步骤：

第一步，提纯钙基膨润土的制备

将钙基膨润土矿粉和自来水按1:7的质量比加料，搅拌30min，静置24h，弃去下层沙土，然后搅拌15min，再加入自来水或重复制备时加入先前制备时取出的上清液，配制成质量比为钙基膨润土矿粉:水＝1:10的料液，继续搅拌20min，再静置沉降5h，取出上清液用于下次配制料液，从沉降物中取出上层精土，弃去下层沙土，将该精土放入110℃烘箱中干燥，直至该精土的质量保持不变为止，然后粉碎，过200目筛制得提纯钙基膨润土；

第二步，溶液聚合反应

首先，配制体积分数为33.33%～50%的丙烯酸的水溶液，再用质量分数为1.56%～8.69%的NaOH水溶液将其配制成丙烯酸中和度为20%～60%的丙烯酸-丙烯酸钠水溶液；然后将提纯后的钙基膨润土、部分中和的丙烯酸溶液和去离子水于室温下搅拌均匀，再加入交联剂，室温下搅拌1h，最后加入引发剂，室温搅拌5min后升温至70～90℃，搅拌下反应2～4小时，得到湿固相生成物；

其中，物料质量比配比为：提纯钙基膨润土：未中和前初始丙烯酸：水=8～9：2～1：15～17，交联剂的质量为未中和前初始丙烯酸的12.50%～25.00%，引发剂的质量为未中和前初始丙烯酸的4.00%～8.00%；

所述物料配比的水是指配制丙烯酸溶液、NaOH水溶液和聚合反应时额外添加总的水量，不包含丙烯酸水溶液用NaOH水溶液中和反应生产的水量；

第三步，干燥制得的复合膨润土产品

将第二步制得的湿固相生成物置于恒温干燥箱中，温度为100～120℃条件下，干燥4～6h，取出干燥的固相物质，粉碎过80目筛后的颗粒状产品，即制得用于除镉的复合膨润土产品。

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