CN103724633A

CN103724633A - 一种粒状水凝胶

Info

Publication number: CN103724633A
Application number: CN201210389181.2A
Authority: CN
Inventors: 郑易安; 王爱勤; 康玉茹
Original assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Current assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority date: 2012-10-15
Filing date: 2012-10-15
Publication date: 2014-04-16

Abstract

本发明公开了粒状水凝胶。本发明利用天然高分子或其衍生物、烯类单体和交联剂，在室温和空气氛条件下，经原位聚合制备而成。水凝胶可用于工业废水如重金属、印染废水的处理。

Description

一种粒状水凝胶

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种粒状水凝胶。

背景技术

水凝胶属于功能高分子材料，通常是以烯类物质为单体，在引发剂和交联剂作用下，经聚合、水解、交联等化学反应形成的三维网状聚合物。通过调整单体组成，所得聚合物可表现出高亲水性，也可表现出高亲油性。高亲水性的三维网状聚合物也称为水凝胶。通过改变单体组成和交联剂种类，所得水凝胶的凝胶强度和综合性能会随之改变，进而得到性能可控的水凝胶。结构和性能的改进以及原料来源的多样化，使水凝胶的应用领域不断扩展，并逐渐成为蓬勃发展的新型水处理材料。

水凝胶良好的亲水性能使其遇水溶胀，三维网格尺寸随之增大，进而降低吸附过程中的传质阻力，使吸附体系很快达到吸附平衡。通过分子设计，可在水凝胶中引入不同的功能基团，实现对水中污染物的高效吸附去除。同其它吸附剂相比，水凝胶具有吸附速度快、吸附容量高、易分离、易再生等明显优势。但目前水凝胶的制备主要是在惰性气体保护下，经引发剂加热分解产生自由基（70~80℃），引发溶液中的单体进行聚合。而聚合后形成的产品为大块凝胶，在干燥过程中需要大量的能耗，同时还需造粒等后处理，加之由于干燥过程导致的网络收缩，使得水凝胶的成本较高，性能受限。

专利（公开号：CN1446832A）报道了一种凝胶微粒及其制备方法。该凝胶的制备采用悬浮或反相悬浮聚合技术，制备过程中涉及大量的有机溶剂，同时还需借助外界热源进行加热；专利（申请公布号：CN102093582A）以电子束高能辐射制备水凝胶，该水凝胶可在室温制备，且无须添加化学交联剂，但辐射交联前，需经氮气除氧，且制备的产品为大块凝胶。因此，实现室温和空气氛条件下粒状水凝胶的成功制备，可简化制备工艺，降低过程能耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种粒状水凝胶。

本发明利用天然高分子或其衍生物、烯类单体和交联剂，在室温和空气氛条件下，经原位聚合制备而成。

一种粒状水凝胶，其特征在于水凝胶通过以下步骤制备：

A、将天然高分子或其衍生物、烯类单体、交联剂溶解在自来水中，必要时添加的无机组份，可在此步骤均匀分散于混合溶液中；

B、将引发剂加入上述反应溶液中，常温空气氛搅拌反应0.5~4小时；其中天然高分子或其衍生物5~30wt%，烯类单体20~60wt%，交联剂1~5wt%，引发剂1~5wt%，无机组份0~50wt%；

C、将B步骤所得混合溶液调至pH 6~7，经脱水处理后，于室温晾干，得到粒状水凝胶。

在A步骤中，所述的天然高分子或其衍生物可选自下列高分子中的一种：纤维素衍生物、壳聚糖及其衍生物、卡拉胶及羧甲基卡拉胶、淀粉及羧甲基淀粉、海藻酸钠、瓜尔胶、欧车前、沙蒿胶。

在A步骤中，纤维素衍生物为羧甲基纤维素、羟乙基纤维素或羟丙基纤维素。

在A步骤中，壳聚糖衍生物为羧甲基壳聚糖或琥珀酰壳聚糖。

在A步骤中，所述的烯类单体选自甲基丙烯酸、衣康酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲基、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯中的一种或二种。

在A步骤中，交联剂选自N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、硫酸铝、硫酸铝钾中的一种。

在A步骤中，根据需要还可以添加一种无机组份，选自蒙脱土、云母、蛭石、高岭土、凹凸棒土、伊利石、海泡石或麦饭石。

在B步骤中，所述的引发剂为高锰酸钾、浓硫酸、双氧水、过硫酸铵、重铬酸钾、三氯化铁、氯化亚铁、氯化亚铁铵、抗坏血酸、硼氢化钠中的一种或多种。

在C步骤中，所述的脱水剂为甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、乙醚、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺中的一种。

本发明在室温和空气氛条件下，制备一种粒状的水凝胶。该水凝胶的制备操作方法简单，无须加热和惰性气体保护，可大大降低水凝胶制备过程和后处理过程的能耗。

水凝胶可用于工业废水如重金属、印染废水的处理。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、水凝胶的制备是在室温和空气氛条件下，反应条件温和。

2、水凝胶的制备是在“一锅煮”条件下进行的，工艺简单。

3、水凝胶最终产物呈粒状，省去了成粒过程，干燥能耗较小。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

在搅拌下将0.5克羧甲基纤维素、5.0克丙烯酸、0.2克N,N’-亚甲基双丙烯酰胺溶于100毫升自来水中；加入0.5克重铬酸钾和0.1克抗坏血酸，常温空气氛搅拌反应1小时；调节上述混合液的pH为 6~7，经甲醇脱水处理后，于室温晾干，得到粒状水凝胶。

实施例2

在搅拌下将0.2克卡拉胶、4.0克衣康酸、0.15克硫酸铝溶于100毫升自来水中；加入0.2克高锰酸钾和0.1克氯化亚铁，常温空气氛搅拌反应2小时；调节上述混合液的pH为 6~7，经乙醇脱水处理后，于室温晾干，得到粒状水凝胶。

实施例3

在搅拌下将0.5克羧甲基壳聚糖、3.0克丙烯酸、1.0克甲基丙烯酸甲基、0.3克硫酸铝钾溶于100毫升自来水中；加入0.1克双氧水和0.4克硼氢化钠，常温空气氛搅拌反应3小时；调节上述混合液的pH为 6~7，经丙酮脱水处理后，于室温晾干，得到粒状水凝胶。

实施例4

在搅拌下将0.3克淀粉、1.0克甲基丙烯酸甲基、3.0克聚乙烯吡咯烷酮、0.2克N,N’-亚甲基双丙烯酰胺溶于100毫升自来水中；加入0.5克过硫酸铵，常温空气氛搅拌反应0.5小时；调节上述混合液的pH为 6~7，经乙醚脱水处理后，于室温晾干，得到粒状水凝胶。

实施例5

在搅拌下将0.6克海藻酸钠、5.0克衣康酸、1.0克聚乙烯醇、0.15克N,N’-亚甲基双丙烯酰胺溶于100毫升自来水中；加入0.3克浓硫酸和0.2克氯化亚铁铵，常温空气氛搅拌反应4小时；调节上述混合液的pH为 6~7，经二甲基亚砜脱水处理后，于室温晾干，得到粒状水凝胶。

实施例6

在搅拌下将0.8克欧车前、10.0克甲基丙烯酸、0.4克N,N’-亚甲基双丙烯酰胺溶于100毫升自来水中；将2克蒙脱土此时均匀分散于上述混合液中；加入0.2克双氧水和0.2克氯化亚铁，常温空气氛搅拌反应1小时；调节上述混合液的pH为 6~7，经二甲基甲酰胺脱水处理后，于室温晾干，得到粒状水凝胶。

Claims

1.一种粒状水凝胶，其特征在于水凝胶通过以下步骤制备：

2.如权利要求1所述的水凝胶，其特征在于在A步骤中，所述的天然高分子或其衍生物可选自下列高分子中的一种：纤维素衍生物、壳聚糖及其衍生物、卡拉胶及羧甲基卡拉胶、淀粉及羧甲基淀粉、海藻酸钠、瓜尔胶、欧车前、沙蒿胶。

3.如权利要求2所述的水凝胶，其特征在于在A步骤中，纤维素衍生物为羧甲基纤维素、羟乙基纤维素或羟丙基纤维素。

4.如权利要求2所述的水凝胶，其特征在于在A步骤中，壳聚糖衍生物为羧甲基壳聚糖或琥珀酰壳聚糖。

5.如权利要求1所述的水凝胶，其特征在于在A步骤中，所述的烯类单体选自甲基丙烯酸、衣康酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲基、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯中的一种或二种。

6.如权利要求1所述的水凝胶，其特征在于在A步骤中，交联剂选自N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、硫酸铝、硫酸铝钾中的一种。

7.如权利要求1所述的水凝胶，其特征在于在A步骤中无机组份选自蒙脱土、云母、蛭石、高岭土、凹凸棒土、伊利石、海泡石或麦饭石。

8.如权利要求1所述的水凝胶，其特征在于在B步骤中，所述的引发剂为高锰酸钾、浓硫酸、双氧水、过硫酸铵、重铬酸钾、三氯化铁、氯化亚铁、氯化亚铁铵、抗坏血酸、硼氢化钠中的一种或多种。

9.如权利要求1所述的水凝胶，其特征在于在C步骤中，所述的脱水剂为甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、乙醚、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺中的一种。