[发明专利]一种重金属复合吸附材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种新型重金属复合吸附材料及其制备方法，该重金属复合吸附材料是以β‑环糊精和丙烯酸单体为原料，人造沸石作为填充剂，N,N'‑亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，过硫酸钾为引发剂制得的β‑环糊精/丙烯酸/人造沸石复合水凝胶。该复合水凝胶能够有效的对铀等重金属离子进行吸附，以达到合理治理污水的目的，且其合成工艺简单，原料成本低廉，吸附操作步骤简单，具有广泛应用前景，可以满足迅速发展的污水处理的需求。

技术领域

本发明涉及到生物化工领域，具体涉及一种β-环糊精/丙烯酸/人造沸石复合水凝胶的制备及其在吸附重金属中的应用。

背景技术

近些年来，随着工业的快速发展，重金属的使用增加，但其无限制的排放导致环境中的金属物质增加。铀是目前大多数商业反应堆的主要燃料，大量含放射性铀的废水被排放到环境中，会对人类和环境造成长期威胁，因此，从废水中去除和回收铀成为一个极为迫切的问题。

目前已有离子交换、溶剂萃取、反渗透、膜过滤和化学沉淀法等多种技术从水溶液和废水中去除铀。其中吸附法作为重金属工业废水处理应用中一种重要的物理化学方法，因其成本低、效果好、吸附速度快、吸附剂可循环使用等优点而被广泛使用。

复合凝胶材料解决了天然材料自身的缺陷，对于实现廉价高效吸附来说有着关键的作用，对制备新型材料提供了可行的思路和研究方向。此外，多种基团共同作用，无机材料的结构能够作为物理吸附结合点，极大的提高材料的吸附能力。因而，将天然材料和合成高分子材料相结合，开发复合高分子凝胶材料具有重要的研究意义和市场前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种重金属复合吸附材料及其制备方法，该重金属吸附材料可用于吸附污水中的铀等重金属离子。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种重金属复合吸附材料，其是以β-环糊精和丙烯酸单体为原料，人造沸石作为填充剂，N,N'-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，过硫酸钾为引发剂，快速合成非水溶性的β-环糊精/丙烯酸/人造沸石复合水凝胶。

所述重金属复合吸附材料的制备方法是将β-环糊精溶解在10mol/L的氢氧化钠溶液中，并加入人造沸石搅拌1h，之后加入含有丙烯酸单体和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺的混合溶液，搅拌均匀后在50℃的水浴中反应1h，再加入过硫酸钾搅拌均匀，在50-70℃的水浴中反应2-3h，产物冷冻干燥即得。

所用各原料按重量百分数计为：β-环糊精 14-18%、氢氧化钠10%、人造沸石1-20%、丙烯酸单体60-70%、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺1.5-3.0%、过硫酸钾0.1-0.5%，各原料重量百分数之和为100%。

聚合反应中，丙烯酸单体间可形成C-C单键，且β-环糊精的羟基可与丙烯酸的羧基形成酯键，使所得重金属复合吸附材料上含有大量的羧基和羟基。羧基和羟基活性基团的存在可通过离子交换或螯合作用，将重金属离子有效地结合在活性基团上，达到良好吸附重金属离子的效果。

本发明重金属复合吸附材料的制备方法简单，可操作性强，原料易于购买，且价格低廉，形成的水凝胶吸附活性高，可以快速有效的去除污水中的重金属，因此可以满足迅速发展的污水处理的需求。

附图说明

图1为不同材料的XRD晶体结构分析图，其中，a为β-环糊精/丙烯酸，b为β-环糊精/丙烯酸/人造沸石，c为人造沸石。

图2为不同材料的热重分析图，其中，a为β-环糊精/丙烯酸/人造沸石，b为β-环糊精/丙烯酸/人造沸石-铀复合物。

图3为不同材料的FTIR光谱图，其中，a为β-环糊精/丙烯酸/人造沸石-铀复合物，b为β-环糊精/丙烯酸/人造沸石，c为β-环糊精/丙烯酸，d为人造沸石。

图4为不同材料的SEM形貌图，其中，a为β-环糊精/丙烯酸/人造沸石，b为β-环糊精/丙烯酸/人造沸石-铀复合物。