[发明专利]一种水凝胶及制备方法及其在重金属废水处理中的应用

说明书

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。