[实用新型]一种吸附重金属离子的pH敏感水凝胶

说明书

技术领域：

本实用新型涉及一种敏感性水凝胶，具体为一种对镍、铬、铅等重金属离子具有良好吸附功能的pH敏感水凝胶，属于智能高分子材料技术领域。 

背景技术：

随着化学工业、冶金工业等的快速发展，来自电解液、电镀液以及采矿、金属冶炼过程中产生的含有镍、铬、铅等重金属离子的废水污染正日趋严重，重金属废水污染已成为严重的环境和社会问题。 

近年来，无机材料凹凸棒土对重金属离子的吸附性能越来越受到研究学者的关注，凹凸棒土(又称坡缕石)是一种天然非金属矿物质材料，是一种具有链层状结构的含水富镁硅酸盐粘土矿物，典型化学式为Si₈Mg₆O₂0(OH)₂(OH₂)4·4H₂O，结构属2∶1型粘土矿物，在每个2∶1单位结构层中，四面体晶片角顶隔一定距离方向颠倒，形成层链状。凹凸棒土的特殊结构使其具有很大的比表面积，物理吸附能力很强；另一方面，凹凸棒土带有层面负电荷，在层间吸附了具有可交换性的阳离子以使电荷平衡，因此，凹凸棒土具有较强的离子吸附交换能力。 

对于水处理领域来说，粉末状的凹凸棒土无法直接投入水中使用，需要采取一定的方法进行处理。目前，较好的处理方法是采用一定的载体固载凹凸棒土，再投入水中使用。本发明人在前期发明中公开了一种吸附型高分子复合水凝胶的制备方法及其产品，专利号ZL201020595998.1，利用高分子水凝胶作载体，固载凹凸棒土，从而很好地发挥凹凸棒土的吸附作用。但是，该凹凸棒土复合水凝胶对溶液的pH值不具有敏感性，无法通过控制溶液的pH值来控制对重金属离子的吸附量，同时具有吸附重金属离子的效率低、吸附量小，凝胶吸附重金属离子后清洗困难的缺点。 

实用新型内容：

本实用新型在前期研究的基础上，针对现有技术中凹凸棒土复合水凝胶应用于重金属离子吸附方面存在的不足，本发明拟解决的技术问题是提供一种对溶液pH值具有敏感性，可通过控制溶液的pH值来控制对镍、铬、铅等重金属离子的吸附量的复合水凝胶。 

本实用新型pH敏感水凝胶包括底层、水凝胶基体层和凹凸棒土凸起三部分；所述底层为聚氯乙烯面料；所述水凝胶基体层由丙烯酸单体聚合而成；所述凹凸棒土凸起为圆柱体、立方体或其他不规则形状，凹凸棒土凸起经单宁酸预处理后随机分布在水凝胶基体层表面。 

本实用新型pH敏感水凝胶具体制备方法如下： 

(1)凹凸棒土的预处理。称取10g～20g粒径300目～1000目的凹凸棒土，用1L蒸馏水洗涤，沉淀取其上层清液，500rpm离心1min后取其上层清液，上层清液中加少量蒸馏水混合均匀后继续500rpm离心1min，然后取其上层清液，如此反复洗涤上层清液3～5次后，最后用4000rpm进行离心分离，取其沉淀，90℃下真空干燥24h，研磨后按粒径大小选择对应目数的筛子过筛，得纯化凹凸棒土。 

配置浓度为0.5mol／L～3mol／L的盐酸溶液，取10g～20g纯化凹凸棒土与150mL～200mL盐酸溶液加入到小烧杯中搅拌混合，5min后，将混合物加热到70℃～80℃，搅拌1h～2h，然后超声振荡30min～40min，抽滤，用蒸馏水洗涤至pH约为6左右，90℃下真空干燥24h，研磨后按粒径大小选择对应目数的筛子过筛，得酸改性凹凸棒土。 

取1g～3g酸改性凹凸棒土，加入200mL～250mL浓度2000mg／L的单宁酸溶液，室温搅拌2h～3h后，用乙醇洗涤至上清液与FeCl₃溶液无显色反应，离心分离，干燥研磨，按粒径大小选择对应目数的筛子过筛，得到单宁酸改性凹凸棒土。 

(2)制备复合水凝胶。称取一定量丙烯酸(AA)用20ml蒸馏水溶解配成溶液，使溶液浓度控制在1mol／L～3mol/L；向溶液中加入一定量的单宁酸改性凹凸棒土，控制凹凸棒土与AA的质量比为5∶1～15∶1。向混合溶液中加入0.04mol／L～0.12mol/L的MBAA作交联剂，溶解搅拌均匀后通氮气20分钟以上，再加入0.005mol／L～0.015mol/L的过硫酸铵作引发剂，搅拌溶解，继续通氮气30分钟以上，将底层聚氯乙烯面料平铺在模具底部，将上述混合溶液倒入模具中，将模具放入65～75℃恒温环境中，使其凝胶反应12～24小时，即得pH敏感的聚丙烯酸复合水凝胶。 

(3)水凝胶后处理。将所得的复合水凝胶用蒸馏水浸泡3～5天，以除去未反应的小分子单体，即得本发明所述的pH敏感水凝胶。 

有益效果：