CN107236079A - 一种螯合型丙烯酰胺水凝胶的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于高分子技术领域，尤其涉及一种螯合型丙烯酰胺水凝胶的制备方法。本发明采用丙烯酰胺作为主要单体，N‑羟甲基丙烯酰胺作为功能单体，N,N′‑亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，制备方法包括：制备共聚物水凝胶→制备溶胀水凝胶→加热反应→去离子水洗涤→自然干燥。该方法使螯合基团引入丙烯酰胺水凝胶的整个制备工艺更加简单且更易控制，所制备产品的铜离子吸附能力显著提高。

Description

一种螯合型丙烯酰胺水凝胶的制备方法

技术领域：

本发明属于高分子技术领域，尤其涉及一种螯合型丙烯酰胺水凝胶的制备方法。

背景技术：

随着电镀、采矿、电池等工业的发展，废水中的重金属离子直接或间接排入水中而造成环境污染。吸附技术因应用范围广，操作条件简单、吸附剂易于再生等众多优势而备受关注。水凝胶在水中显著溶胀并能保持一定形状，同时具有吸附性强、吸附速率快、易于再生等优势。近年来水凝胶作为新型重金属处理剂在水处理领域得到关注。

丙烯酰胺聚合物能够生物降解，常用作生活用水和工业废水处理的絮凝剂。丙烯酰胺水凝胶具有非常好的弹性且可通过氨基的配位作用吸附重金属离子,但是相比于离子型凝胶，丙烯酰胺水凝胶的吸附能力低。通过在丙烯酰胺水凝胶中引入离子单体如2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，可以明显增加凝胶的吸附能力,但是离子单体的引入会增加凝胶的脆性和凝胶的溶胀体积。凝胶强度降低和过大的溶胀体积变化是凝胶做吸附剂的不利因素，因而制约其作为重金属离子吸附剂的工业应用。

水凝胶的吸附主要靠吸附功能基团，增加N、S螯合基团同样能提高凝胶的重金属离子吸附能力。文献功能高分子学报(2015)28:165报导通过含N、S的氨基硫脲改性能显著提高纤维素对汞离子的吸附能力，但未涉及丙烯酰胺水凝胶的改性。文献江南大学学报(自然科科学版)(2008)17:1671报导了一种通过氨基硫脲对聚丙烯酰胺改性制备螯合丙烯酰胺水凝胶的方法，但制备过程需要先采用甲醛进行羟甲基化反应，然后再进行氨基硫脲改性反应，制备工艺复杂，未涉及通过共聚直接将改性所需羟甲基基团直接引入，也未涉及通过定量溶胀将氨基硫脲溶液引入体系再改性制备螯合丙烯酰胺水凝胶的方法。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种螯合型丙烯酰胺水凝胶的制备方法。

本发明是通过以下方式实现的:

一种螯合型丙烯酰胺水凝胶的制备方法，其特征是包括如下步骤：

步骤1，制备共聚水凝胶

采用水溶液聚合法，用氮气常温下驱氧后加入引发剂，于60到75℃保温反应3到5小时制备丙烯酰胺和N-羟甲基丙烯酰胺的共聚水凝胶，其组分和质量百分比为：

丙烯酰胺：22-24％

N-羟甲基丙烯酰胺：1-3％

N,N′-亚甲基双丙烯酰胺：0.005-0.01％

水：74-75％

过硫酸铵：0.005-0.025％

亚硫酸氢钠：0.005-0.025％；

步骤2，制备溶胀水凝胶

将共聚水凝胶进行自然干燥，然后加入质量浓度为0.8-1.1％、pH为1-3的氨基硫脲溶液进行溶胀，制得溶胀水凝胶备用，所用氨基硫脲溶液和共聚水凝胶的质量比为2.5-3；

步骤3，加热反应

将步骤2制备的溶胀水凝胶在65-80℃条件下，加热2-4小时进行反应；将反应后的水凝胶用去离子水洗涤，自然干燥获得螯合型丙烯酰胺水凝胶。

具体的制备工艺可概括为：

制备共聚物水凝胶→制备溶胀水凝胶→加热反应→去离子水洗涤→自然干燥。

本发明采用丙烯酰胺作为主要单体，N-羟甲基丙烯酰胺作为功能单体，N,N′-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，采用水溶液聚合法制备共聚水凝胶，将共聚水凝胶自然干燥后吸收氨基硫脲溶液制得溶胀水凝胶，然后加热反应、去离子水洗涤、自然干燥制得螯合型丙烯酰胺水凝胶。该方法使螯合基团引入丙烯酰胺水凝胶的整个制备工艺更加简单且更易控制，所制备产品的铜离子吸附能力显著提高。

具体实施方式

下面给出本发明的四个最佳实施例。

实施例1：

在200ml的烧杯中加入22g丙烯酰胺，3gN-羟甲基丙烯酰胺，0.005g N,N′-亚甲基双丙烯酰胺，74.5ml水，充分搅拌后，用氮气驱氧30分钟，加入0.25ml质量分数为5％过硫酸铵溶液和0.25ml质量分数为5％的亚硫酸氢钠溶液作为引发剂，70℃反应5小时获得共聚物水凝胶。

取1g共聚物凝胶，自然干燥后加入2.6g质量浓度为1.1％、pH为1的氨基硫脲溶液进行溶胀，将溶胀水凝胶70℃加热3小时，加入蒸馏水洗涤三次并过滤，自然干燥，获得螯合丙烯酰胺水凝胶。

性能测试：

在约10mmol/l的硝酸铜溶液中分别测试螯合丙烯酰胺水凝胶和对应共聚物水凝胶的铜离子吸附量，然后两者对比确定螯合丙烯酰胺水凝胶的吸附效果。

铜离子吸附量计算公式如下：

Q—铜离子吸附量；c₀，c—吸附前后铜离子的浓度；V₀—硝酸铜溶液的用量；m—相应干凝胶的质量；吸附温度为25℃，采用TU-1901紫外分光光度计测定吸附前后铜离子的吸光度，结合标准曲线获取铜离子的浓度。

螯合丙烯酰胺水凝胶提高倍率：

q₂,q₁——分别为螯合丙烯酰胺水凝胶及对应共聚水凝胶的铜离子吸附量。

测试结果如下：

螯合丙烯酰胺水凝胶吸附量提高约40倍。

实施例2：

在200ml的烧杯中加入22.5g丙烯酰胺，2.5gN-羟甲基丙烯酰胺，0.005g N,N′-亚甲基双丙烯酰胺，74.5ml水，充分搅拌后，用氮气驱氧30分钟，加入0.2ml质量分数为5％过硫酸铵溶液和0.2ml质量分数为5％的亚硫酸氢钠溶液作为引发剂，70℃反应4小时获得共聚物水凝胶。

取1g共聚物凝胶，自然干燥后加入2.5g质量浓度为1％、pH为2的氨基硫脲溶液进行溶胀，其它同实施例1。

性能测试同实施例1，其结果如下：

螯合丙烯酰胺水凝胶吸附量提高约10倍。

实施例3：

在200ml的烧杯中加入22.5g丙烯酰胺，2.5gN-羟甲基丙烯酰胺，0.007g N,N′-亚甲基双丙烯酰胺，74ml水，充分搅拌后，用氮气驱氧20分钟，加入0.3ml质量分数为5％过硫酸铵溶液和0.3ml质量分数为5％的亚硫酸氢钠作为引发剂，75℃反应3小时获得共聚物水凝胶。

取1g共聚物凝胶，自然干燥后加入2.8g质量浓度为1％、pH为1的氨基硫脲溶液进行溶胀，将溶胀凝胶65℃加热4小时，其它同实施例1。

性能测试同实施例1，其结果如下：

螯合丙烯酰胺水凝胶吸附量提高约30倍。

实施例4：

在200ml的烧杯中加入24g丙烯酰胺，1gN-羟甲基丙烯酰胺，0.01g N,N′-亚甲基双丙烯酰胺，74.2ml水，充分搅拌后，用氮气驱氧20分钟，加入0.4ml质量分数为5％过硫酸铵溶液和0.4ml质量分数为5％的亚硫酸氢钠作为引发剂，65℃反应4小时获得共聚物水凝胶。

取1g共聚物凝胶，自然干燥后加入3g质量浓度为0.8％、pH为3的氨基硫脲溶液进行溶胀，将溶胀凝胶80℃加热2小时，其它同实施例1。

性能测试同实施例1，其结果如下：

螯合丙烯酰胺水凝胶吸附量提高约8倍。

Claims (1)

1.一种螯合型丙烯酰胺水凝胶的制备方法，其特征是包括如下步骤：

(1)制备共聚水凝胶

采用水溶液聚合法，用氮气常温下驱氧后加入引发剂，于60到75℃保温反应3到5小时制备丙烯酰胺和N-羟甲基丙烯酰胺的共聚水凝胶，其组分和质量百分比为：

丙烯酰胺：22-24％，

N-羟甲基丙烯酰胺：1-3％，

N,N′-亚甲基双丙烯酰胺：0.005-0.01％，

水：74-75％，

过硫酸铵：0.005-0.025％，

亚硫酸氢钠：0.005-0.025％；

(2)制备溶胀水凝胶

将共聚水凝胶进行自然干燥，然后加入质量浓度为0.8-1.1％、pH为1-3的氨基硫脲溶液进行溶胀，制得溶胀水凝胶备用，所用氨基硫脲溶液和共聚水凝胶的质量比为2.5-3；

(3)加热反应

将步骤2制备的溶胀水凝胶在65-80℃条件下，加热2-4小时进行反应；将反应后的水凝胶用去离子水洗涤，自然干燥获得螯合型丙烯酰胺水凝胶。