專利名稱：聚合物水凝膠基納米氧化鐵輻射制備方法及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及聚合物水凝膠基納米氧化鐵的制備及其對(duì)重金屬?gòu)U水深度凈化處理的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
近年來，隨著工業(yè)的發(fā)展與人類生活水平的提高，污水的排放量逐年增加，其中包含大量對(duì)人體有嚴(yán)重危害的重金屬離子，它不僅對(duì)水生生物構(gòu)成威脅，且會(huì)通過食物鏈能夠累積到較高的毒性，最終危害人體的健康。例如，日本在上世紀(jì)60 70年代曾出現(xiàn)由汞污染引起的水俁病和鎘污染引起的骨痛病事件，近幾年，國(guó)內(nèi)也頻頻出現(xiàn)血鉛中毒事件，如江蘇省濱海縣、沭陽(yáng)縣，浙江臺(tái)州等地相繼發(fā)生鉛中毒事件，因此如何有效的對(duì)重金屬離子進(jìn)行去除已成為迫切需要解決的難題。傳統(tǒng)的處理工業(yè)及生活廢水中重金屬離子的方法主要有化學(xué)處理方法、超濾法等，化學(xué)處理方法能快速去除廢水中的金屬離子，工藝過程簡(jiǎn)單，但存在出水金屬濃度偏高，易產(chǎn)生二次污染，廢水回用困難等缺點(diǎn)；超濾法工藝復(fù)雜，成本高，效果欠佳；而吸附法因?yàn)樘幚砹鞒毯?jiǎn)單，易于操作，也是重金屬?gòu)U水處理技術(shù)中被廣泛使用和研究的方法。吸附劑主要有活性炭、沸石、離子樹脂和螯合樹脂(如公開號(hào)為CN1772386的一種螯合樹脂)等，而關(guān)于聚合物水凝膠作為吸附劑的研究相對(duì)較少。聚合物水凝膠是一種經(jīng)適度交聯(lián)而具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的新型功能高分子材料，具有高交聯(lián)度、高溶脹率、不溶于水的結(jié)構(gòu)和性能特征，同時(shí)具有一般高分子化合物的基本特征。在聚合物水凝膠中存在大量的功能基團(tuán)，作為新型吸附劑對(duì)染料和重金屬的吸附近年來備受關(guān)注。專利號(hào)為ZL95194263.8以化學(xué)方法制備了水凝膠，專利號(hào)為ZL200710008807.X以丙烯酸、丙烯酰胺通過預(yù)聚合反應(yīng)制備了一種互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠。專利號(hào)為CN101905146A公布了化學(xué)法制備硅膠-多亞乙基多胺鰲合型吸附材料。近年來，納米氧化鐵由于分散性好，強(qiáng)烈吸收紫外線，具有良好的耐光、熱、酸堿、腐蝕性氣體及良好的磁性廣泛各種工業(yè)上，制備納米氧化鐵的方法有很多，如水熱法、強(qiáng)迫水解法、溶膠-凝膠法、固相法、微波法、微乳法等，申請(qǐng)?zhí)枮?00910095739. 4公開了一種聚乙烯吡咯烷酮修飾的超順磁性氧化鐵納米顆粒的制備方法，申請(qǐng)?zhí)枮?01010139529. 3公開了一種去除水體中微量磷、砷和銻的納米復(fù)合吸附劑，專利申請(qǐng)?zhí)枮?00510023582. 6公開了一種采用電子束輻射法制備納米氧化鐵的方法。另外，同濟(jì)大學(xué)的梁美娜，劉海玲等(應(yīng)用化學(xué)，2007，納米氧化鐵的制備及其對(duì)砷的吸附作用)采用沉淀法制備了納米氧化鐵，研究了制備條件，并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了表征。濟(jì)南大學(xué)的鄭婭娜，何茂強(qiáng)等(濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，Pb2+在稀土摻雜納米氧化鐵表面的吸附行為)采用溶膠-凝膠法制備稀土元素(La、Ce)摻雜改性的納米氧化鐵，研究了制備其對(duì)重金屬離子Pb2+吸附作用；李廣川，胡軍等(廣東化工，2011，納米氧化鐵應(yīng)用于水中鎘(II)的吸附)研究了新型納米Fe2O3材料對(duì)水中Cd2+的靜態(tài)吸附性能，考察了影響吸附與解吸的主要因素。但上述方法大多數(shù)為化學(xué)聚合法，其制備過程往往需要添加引發(fā)劑，導(dǎo)致制備的高分子材料純度下降，而電子束方法則采用高劑量電子束輻照一步法直接制備納米氧化鐵，沒有采用先制備吸附重金屬離子的聚合物水凝膠再負(fù)載納米氧化鐵進(jìn)而制備納米氧化鐵水凝膠，增強(qiáng)其吸附重金屬吸附能力的方法?，F(xiàn)有的聚合物水凝膠研究及制備主要采用化學(xué)方法，其中部分研究成果被用于重金屬吸附。但化學(xué)聚合 方法大多數(shù)在制備過程中需要添加引發(fā)劑，因而導(dǎo)致制備的高分子材料純度下降，功能降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是，提出一種應(yīng)用輻射技術(shù)制備吸附水凝膠的方法，可以制備出一種具有功能性基團(tuán)的有機(jī)高分子聚合物水凝膠，可使得聚合物中的功能基團(tuán)有效吸附螯合重金屬離子；進(jìn)一步的，在已制備的聚合物水凝膠上負(fù)載磁性納米鐵以增加吸附效果，制備方法簡(jiǎn)單，易于操作，并且產(chǎn)物在原有聚合物水凝膠吸附能力的基礎(chǔ)上增加了納米氧化鐵的吸附效果，產(chǎn)物具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，可以延長(zhǎng)使用壽命。本發(fā)明技術(shù)方案是，聚合物水凝膠基納米氧化鐵，包括被聚合形式的丙烯酸羥乙酯和N-乙烯基咪唑形成聚合物水凝膠，聚合物水凝膠負(fù)載納米氧化鐵；其中，丙烯酸羥乙酯與N-乙烯基咪唑的摩爾比為I 9 I。氧化鐵包括亞鐵和三價(jià)鐵，其中Fe2+/Fe3+的比值為I : I. 2 I : 2. 5 (mol/mol)。聚合物水凝膠的制備方法，其主要包括以下步驟(I)將丙烯酸羥乙酯(親水性玻璃態(tài)單體)、N-乙烯基咪唑和蒸餾水按一定比例混合均勻；丙烯酸羥乙酯加N-乙烯基咪唑水的體積比為(I 2) 5，丙烯酸羥乙酯與N-乙烯基咪唑的摩爾比為(I 9) I ；(2)混合后可以經(jīng)過10±3min超聲波處理；(3)向(I)的混合物中充入惰性氣體，以保證無氧狀態(tài)；(4)在-63 _95°C溫度范圍內(nèi)，采用輻射劑量為IX IO4 IXlO8Gy的高能射線輻照聚合形成聚合物水凝膠。所述高能射線為6tlCo-Y射線、137Cs-Y射線或電子束。所述惰性氣體為氮?dú)?、氬氣和氦氣。聚合物水凝膠負(fù)載納米氧化鐵方法，其主要包括以下步驟(I)將制備好的聚合物水凝膠切成0. 5-2cm3的小塊。(2)稱取適量待改性的聚合物水凝膠裝入三頸瓶中，取一定量的蒸餾水加入到具有冷凝裝置的三頸瓶中，鼓泡通惰性氣體除氧。(2)將一定摩爾比的FeSO4. 7H20和FeCl3. 6H20分別溶于IOml蒸餾水中，將上述溶液加入到三頸瓶中，機(jī)械攪拌下緩慢滴加4% 15%的氨水或0. 01 0. lmol/L的NaOH，調(diào)節(jié)PH至一定范圍，停止滴加，繼續(xù)常溫反應(yīng)。(3)將所得的產(chǎn)物磁分離，傾慮清洗數(shù)次，透析48小時(shí)聚合物水凝膠基納米氧化鐵對(duì)重金屬離子的吸附方法，其主要包括以下步驟(I)將制備好的聚合物水凝膠基納米氧化鐵放在三角瓶中；(2)將聚合物水凝膠基納米氧化鐵用去離子水多次洗滌；(3)在25±5°C條件下對(duì)不同種類的重金屬離子進(jìn)行吸附。尤其是所述的聚合物水凝膠基納米氧化鐵在水處理中除去Pb2+和Cd2+重金屬離子的應(yīng)用。聚合物水凝膠基納米氧化鐵Pb2+和Cd2+重金屬離子24小時(shí)產(chǎn)物對(duì)Pb2+、Cd2+兩種金屬離子的吸附容量分別為197mg/g、145mg/g。聚合物水凝膠基納米氧化鐵經(jīng)稀酸洗滌后重復(fù)使用。本發(fā)明的有益效果是通過應(yīng)用輻射技術(shù)制備吸附水凝膠的方法，制備出一種具有功能性基團(tuán)的有機(jī)高分子聚合物水凝膠，可使得聚合物中的功能基團(tuán)有效吸附螯合重金屬離子；并在已制備的聚合物水凝膠上負(fù)載磁性納米鐵，本發(fā)明制品以增加吸附效果，制備方法簡(jiǎn)單，易于操作，并且產(chǎn)物在原有聚合物水凝膠吸附能力的基礎(chǔ)上增加了納米氧化鐵的吸附效果，使用壽命長(zhǎng)。


圖I聚合物水凝膠基納米氧化鐵對(duì)水體中Pb2+的吸附效果。圖2聚合物水凝膠基納米氧化鐵對(duì)水體中Cd2+的吸附效果。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明通過實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施例。實(shí)施例I :I.取一定體積的丙烯酸羥乙酯單體(簡(jiǎn)稱HEA)作為組分A，稱取一定質(zhì)量N-乙烯基咪唑(簡(jiǎn)稱NVI)溶解于去離子水中，充分溶解混合均勻作為組分B，將組分B加入組分A中，充分混合均勻；蒸餾水作為組分C，按(A+B) : C為3 : 7(v/v)進(jìn)行混合，其中A B為5 2 (mol/mol)。使用超聲波對(duì)混合物進(jìn)行處理使混合均勻。2.充氮?dú)夂?，在_78°C的溫度下，控制輻射劑量范圍在IX IO4 IX IO8Gy,采用高能射線(6tlCo-Y射線)輻照聚合形成聚合物水凝膠。3.將輻射后形成的聚合物水凝膠切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌后，在40°C溫度下烘干。4.稱取適量待改性的聚合物水凝膠裝入三頸瓶中，用IOOOml的量筒量取400ml的蒸餾水加入到IOOOml具有冷凝裝置的三頸瓶中，鼓泡通氮?dú)獬?0min。5.將 FeSO4. 7H20 和 FeCl3. 6H20 按照 I 2 (mol/mol)分別溶于 IOml 蒸餾水中，將上述溶液加入到三頸瓶中，機(jī)械攪拌下(轉(zhuǎn)速240r/min)緩慢滴加5%的氨水,直到pH =8，停止滴加，繼續(xù)常溫反應(yīng)2h。6.將所得的產(chǎn)物磁分離，傾慮清洗數(shù)次，透析48小時(shí)。7.對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行結(jié)構(gòu)與成分的表征，包括使用SEM進(jìn)行孔結(jié)構(gòu)觀察和使用紅外光譜分析產(chǎn)物的成分。SEM的結(jié)果表明，制備的聚合物水凝膠基納米氧化鐵顆粒為球形，分散均勻，適合于對(duì)離子進(jìn)行吸附，特別適合于對(duì)重金屬離子的吸附。實(shí)施例2 I.取一定體積的丙烯酸羥乙酯單體(簡(jiǎn)稱HEA)作為組分A，稱取一定質(zhì)量N-乙烯基咪唑(簡(jiǎn)稱NVI)溶解于去離子水中，充分溶解混合均勻作為組分B，將組分B加入組分A中，充分混合均勻；蒸餾水作為組分C，按(A+B) : C為2 : 5(v/v)進(jìn)行混合，其中A B為5 2 (mol/mol)。使用超聲波對(duì)混合物進(jìn)行處理使混合均勻。2.充氮?dú)夂?，在_78°C的溫度下，控制輻射劑量范圍在IX IO4 IX IO8Gy,采用高能射線(137Cs-Y射線)輻照聚合形成聚合物水凝膠。3.將輻射后聚合物水凝膠切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌后，在40°C溫度下烘干。4.稱取IOg待改性的聚合物水凝膠裝入三頸瓶中，用IOOOml的量筒量取400ml的蒸餾水加入到IOOOml具有冷凝裝置的三頸瓶中，鼓泡通氮?dú)獬?0min。5.將 FeSO4. 7H20 和 FeCl3. 6H20 按照 I 2 (mol/mol)分別溶于 IOml 蒸餾水中，將上述溶液加入到三頸瓶中，機(jī)械攪拌下(轉(zhuǎn)速240r/min)緩慢滴加10%的氨水,直到pH =8，停止滴加，繼續(xù)常溫反應(yīng)2h。6.將所得的產(chǎn)物磁分離，傾慮清洗數(shù)次，透析48小時(shí)，得到聚合物水凝膠基納米氧化鐵。7.稱取聚合物水凝膠基納米氧化鐵0. Ig干燥后的產(chǎn)物兩份分別置于IOOml三角瓶中，然后分別加入50ml lg/L的Pb2+、Cd2+兩種單一溶液，將三角瓶置于恒溫振蕩器中 25°C下進(jìn)行恒溫吸附，48h充分吸附后，分別測(cè)定各個(gè)重金屬離子溶液吸附前與吸附后的濃度。測(cè)量方法為稀釋后使用原子吸收法。通過吸附前后離子的濃度差，可以計(jì)算出該產(chǎn)物對(duì)各個(gè)離子的吸附容量。經(jīng)測(cè)定，產(chǎn)物對(duì)Pb2+、Cd2+兩種金屬離子的吸附容量分別為221mg/g、145mg/g。聚合物水凝膠基納米氧化鐵經(jīng)稀酸洗滌后重復(fù)使用。實(shí)施例3 I.取一定體積的丙烯酸羥乙酯單體(簡(jiǎn)稱HEA)作為組分A，稱取一定質(zhì)量N-乙烯基咪唑(簡(jiǎn)稱NVI)溶解于去離子水中，充分溶解混合均勻作為組分B，將組分B加入組分A中，充分混合均勻；蒸餾水作為組分C，按(A+B) : C為3 : 7(v/v)進(jìn)行混合，其中A B為5 2 (mol/mol)。使用超聲波對(duì)混合物進(jìn)行處理使混合均勻。2.充氮?dú)夂?，在_95°C的溫度下，控制輻射劑量范圍在IX IO4 IX IO8Gy,采用高能射線(6tlCo-Y射線)輻照聚合形成聚合物水凝膠。3.將輻射后聚合物水凝膠切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌后，在40°C溫度下烘干。4.稱取IOg待改性的聚合物水凝膠裝入三頸瓶中，用IOOOml的量筒量取400ml的蒸餾水加入到IOOOml具有冷凝裝置的三頸瓶中，鼓泡通氬氣除氧20min。5.將 FeSO4. 7H20 和 FeCl3. 6H20 按照 I I. 5 (mol/mol)分別溶于 IOml 蒸餾水中，將上述溶液加入到三頸瓶中，機(jī)械攪拌下(轉(zhuǎn)速200r/min)緩慢滴加15%的氨水，直到pH=9,停止滴加,繼續(xù)常溫反應(yīng)2h。6.將所得的產(chǎn)物磁分離，傾慮清洗數(shù)次，透析48小時(shí)，得到聚合物水凝膠基納米氧化鐵。7.稱取聚合物水凝膠基納米氧化鐵0. Ig干燥后的產(chǎn)物兩份分別置于IOOml三角瓶中，然后分別加入50ml lg/L的Pb2+、Cd2+兩種單一溶液，將三角瓶置于恒溫振蕩器中25°C下進(jìn)行恒溫吸附，48h充分吸附后，分別測(cè)定各個(gè)重金屬離子溶液吸附前與吸附后的濃度。測(cè)量方法為稀釋后使用原子吸收法。通過吸附前后離子的濃度差，可以計(jì)算出該產(chǎn)物對(duì)各個(gè)離子的吸附容量。經(jīng)測(cè)定，產(chǎn)物對(duì)Pb2+、Cd2+兩種金屬離子的吸附容量分別為232mg/g、121mg/g。聚合物水凝膠基納米氧化鐵經(jīng)稀酸洗滌后重復(fù)使用。實(shí)施例4:I.取一定體積的丙烯酸羥乙酯單體(簡(jiǎn)稱HEA)作為組分A，稱取一定質(zhì)量N-乙烯基咪唑單體(簡(jiǎn)稱NVI)溶解于去離子水中，充分溶解混合均勻作為組分B，將組分B加入組分A中，充分混合均勻；蒸餾水作為組分C，按(A+B) : C為I : 5(v/v)進(jìn)行混合，其中A : B為3 : 2 (mol/mol)。使用超聲波對(duì)混合物進(jìn)行處理使混合均勻。2.充氮?dú)夂螅赺63°C的溫度下，控制輻射劑量范圍在IX IO4 IX IO8Gy,采用高能射線(137Cs-Y射線)輻照聚合形成聚合物水凝膠。3.將輻射后聚合物水凝膠切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌后，在40°C溫度下烘干。4.稱取IOg待改性的聚合物水凝膠裝入三頸瓶中，用IOOOml的量筒量取400ml的蒸餾水加入到IOOOml具有冷凝裝置的三頸瓶中，鼓泡通氦氣除氧20min。5.將 FeSO4. 7H20 和 FeCl3. 6H20 按照 I I. 2 (mol/mol)分別溶于 IOml 蒸餾水中，將上述溶液加入到三頸瓶中，機(jī)械攪拌下(轉(zhuǎn)速300r/min)緩慢滴加4%的氨水,直到pH =7，停止滴加，繼續(xù)常溫反應(yīng)2h。
6.將所得的產(chǎn)物磁分離，傾慮清洗數(shù)次，透析48小時(shí)，得到聚合物水凝膠基納米氧化鐵。7.稱取聚合物水凝膠基納米氧化鐵0. Ig干燥后的產(chǎn)物兩份分別置于IOOml三角瓶中，然后分別加入50ml lg/L的Pb2+、Cd2+兩種單一溶液，將三角瓶置于恒溫振蕩器中25°C下進(jìn)行恒溫吸附，48h充分吸附后，分別測(cè)定各個(gè)重金屬離子溶液吸附前與吸附后的濃度。測(cè)量方法為稀釋后使用原子吸收法。通過吸附前后離子的濃度差，可以計(jì)算出該產(chǎn)物對(duì)各個(gè)離子的吸附容量。經(jīng)測(cè)定，產(chǎn)物對(duì)Pb2+、Cd2+兩種金屬離子的吸附容量分別為201mg/g、116mg/g。聚合物水凝膠基納米氧化鐵經(jīng)稀酸洗滌后重復(fù)使用。實(shí)施例5 I.取一定體積的丙烯酸羥乙酯單體(簡(jiǎn)稱HEA)作為組分A，稱取一定質(zhì)量N-乙烯基咪唑(簡(jiǎn)稱NVI)溶解于去離子水中，充分溶解混合均勻作為組分B，將組分B加入組分A中，充分混合均勻；蒸餾水作為組分C，按(A+B) : C為I : 5(v/v)進(jìn)行混合，其中A B為I : I (mol/mol)。使用超聲波對(duì)混合物進(jìn)行處理使混合均勻。2.充氮?dú)夂?，在_63°C _95°C的溫度下，控制輻射劑量范圍在I X IO4Gy,采用高能射線(6tlCo-Y射線)輻照聚合形成聚合物水凝膠。3.將輻射后聚合物水凝膠切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌后，在40°C溫度下烘干。4.稱取IOg待改性的聚合物水凝膠裝入三頸瓶中，用1000ml的量筒量取400ml的蒸餾水加入到1000ml具有冷凝裝置的三頸瓶中，鼓泡通氮?dú)獬?0min。5.將 FeSO4. 7H20 和 FeCl3. 6H20 按照 I I. 7 (mol/mol)分別溶于 IOml 蒸餾水中，將上述溶液加入到三頸瓶中，機(jī)械攪拌下(轉(zhuǎn)速280r/min)緩慢滴加8%的氨水,直到pH =8，停止滴加，繼續(xù)常溫反應(yīng)2h。6.將所得的產(chǎn)物磁分離，傾慮清洗數(shù)次，透析48小時(shí)，得到聚合物水凝膠基納米氧化鐵。7.稱取聚合物水凝膠基納米氧化鐵0. Ig干燥后的產(chǎn)物兩份分別置于IOOml三角瓶中，然后分別加入50ml lg/L的Pb2+、Cd2+兩種單一溶液，將三角瓶置于恒溫振蕩器中25°C下進(jìn)行恒溫吸附，48h充分吸附后，分別測(cè)定各個(gè)重金屬離子溶液吸附前與吸附后的濃度。測(cè)量方法為稀釋后使用原子吸收法。通過吸附前后離子的濃度差，可以計(jì)算出該產(chǎn)物對(duì)各個(gè)離子的吸附容量。經(jīng)測(cè)定，產(chǎn)物對(duì)Pb2+、cd2+兩種金屬離子的吸附容量分別為189mg/g、165mg/g。聚合物水凝膠基納米氧化鐵經(jīng)稀酸洗滌后重復(fù)使用。實(shí)施例6 I.取一定體積的丙烯酸羥乙酯單體(簡(jiǎn)稱HEA)作為組分A，稱取一定質(zhì)量N-乙烯基咪唑(簡(jiǎn)稱NVI)溶解于去離子水中，充分溶解混合均勻作為組分B，將組分B加入組分A中，充分混合均勻；蒸餾水作為組分C，按(A+B) : C為2 : 5(v/v)進(jìn)行混合，其中A B為5 I (mol/mol)。使用超聲波對(duì)混合物進(jìn)行處理使混合均勻。2.充氮?dú)夂螅赺63°C _95°C的溫度下，控制輻射劑量范圍在I X IO4Gy,采用高能射線(137Cs-Y射線)輻照聚合形成聚合物水凝膠。3.將輻射后聚合物水凝膠切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌后，在40°C溫度下烘干。 4.稱取IOg待改性的聚合物水凝膠裝入三頸瓶中，用IOOOml的量筒量取400ml的蒸餾水加入到IOOOml具有冷凝裝置的三頸瓶中，鼓泡通氮?dú)獬?0min。5 將 FeSO4. 7H20 和 FeCl3. 6H20 按照 I 2 (mol/mol)分別溶于 IOml 蒸餾水中，將上述溶液加入到三頸瓶中，機(jī)械攪拌下(轉(zhuǎn)速280r/min)緩慢滴加0. 01mol/L的NaOH，直到pH = 8,停止滴加,繼續(xù)常溫反應(yīng)2h。6.將所得的產(chǎn)物磁分離，傾慮清洗數(shù)次，透析48小時(shí)，得到聚合物水凝膠基納米氧化鐵。7.稱取聚合物水凝膠基納米氧化鐵0. Ig干燥后的產(chǎn)物兩份分別置于IOOml三角瓶中，然后分別加入50ml lg/L的Pb2+、Cd2+兩種單一溶液，將三角瓶置于恒溫振蕩器中25°C下進(jìn)行恒溫吸附，48h充分吸附后，分別測(cè)定各個(gè)重金屬離子溶液吸附前與吸附后的濃度。測(cè)量方法為稀釋后使用原子吸收法。通過吸附前后離子的濃度差，可以計(jì)算出該產(chǎn)物對(duì)各個(gè)離子的吸附容量。經(jīng)測(cè)定，產(chǎn)物對(duì)Pb2+、Cd2+兩種金屬離子的吸附容量分別為197mg/g、145mg/g。聚合物水凝膠基納米氧化鐵經(jīng)稀酸洗滌后重復(fù)使用。實(shí)施例7 I.取一定體積的丙烯酸羥乙酯單體(簡(jiǎn)稱HEA)作為組分A，稱取一定質(zhì)量N-乙烯基咪唑(簡(jiǎn)稱NVI)溶解于去離子水中，充分溶解混合均勻作為組分B，將組分B加入組分A中，充分混合均勻；蒸餾水作為組分C，按(A+B) : C為3 : 7(v/v)進(jìn)行混合，其中A B為5 I (mol/mol)。使用超聲波對(duì)混合物進(jìn)行處理使混合均勻。2.充氮?dú)夂螅赺63°C _95°C的溫度下，控制輻射劑量范圍在I X IO7Gy,采用高能射線(6tlCo-Y射線)輻照聚合形成聚合物水凝膠。3.將輻射后聚合物水凝膠切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌后，在40°C溫度下烘干。4.稱取IOg待改性的聚合物水凝膠裝入三頸瓶中，用1000ml的量筒量取400ml的蒸餾水加入到1000ml具有冷凝裝置的三頸瓶中，鼓泡通氮?dú)獬?0min。5.將 FeSO4. 7H20 和 FeCl3. 6H20 按照 I 2. 5 (mol/mol)分別溶于 IOml 蒸餾水中，將上述溶液加入到三頸瓶中，機(jī)械攪拌下(轉(zhuǎn)速280r/min)緩慢滴加0. 05mol/L的NaOH，直到pH = 8,停止滴加,繼續(xù)常溫反應(yīng)2h。6.將所得的產(chǎn)物磁分離，傾慮清洗數(shù)次，透析48小時(shí)，得到聚合物水凝膠基納米氧化鐵。7.稱取聚合物水凝膠基納米氧化鐵0. Ig干燥后的產(chǎn)物兩份分別置于IOOml三角瓶中，然后分別加入50ml lg/L的Pb2+、Cd2+兩種單一溶液，將三角瓶置于恒溫振蕩器中25°C下進(jìn)行恒溫吸附，48h充分吸附后，分別測(cè)定各個(gè)重金屬離子溶液吸附前與吸附后的濃度。測(cè)量方法為稀釋后使用原子吸收法。通過吸附前后離子的濃度差，可以計(jì)算出該產(chǎn)物對(duì)各個(gè)離子的吸附容量。經(jīng)測(cè)定，產(chǎn)物對(duì)Pb2+、Cd2+兩種金屬離子的吸附容量分別為189mg/g、127mg/g。聚合物水凝膠基納米氧化鐵經(jīng)稀酸洗滌后重復(fù)使用。實(shí)施例8 I.取一定體積的丙烯酸羥乙酯單體(簡(jiǎn)稱HEA)作為組分A，稱取一定質(zhì)量N-乙烯基咪唑(簡(jiǎn)稱NVI)溶解于去離子水中，充分溶解混合均勻作為組分B，將組分B加入組分A中，充分混合均勻；蒸餾水作為組分C，按(A+B) : C為3 : 7(v/v)進(jìn)行混合，其中A B為3 2 (mol/mol)。使用超聲波對(duì)混合物進(jìn)行處理使混合均勻。 2.充氮?dú)夂?，在_63°C _95°C的溫度下，控制輻射劑量范圍在I X IO8Gy,采用采用高能射線(電子束)輻照聚合形成聚合物水凝膠；。3.將輻射后聚合物水凝膠切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌后，在40°C溫度下烘干。4.稱取IOg待改性的聚合物水凝膠裝入三頸瓶中，用IOOOml的量筒量取400ml的蒸餾水加入到IOOOml具有冷凝裝置的三頸瓶中，鼓泡通氮?dú)獬?0min。5.將 FeSO4. 7H20 和 FeCl3. 6H20 按照 I 2. 3 (mol/mol)分別溶于 IOml 蒸餾水中，將上述溶液加入到三頸瓶中，機(jī)械攪拌下(轉(zhuǎn)速280r/min)緩慢滴加0. 08mol/L的NaOH，直到pH = 8,停止滴加,繼續(xù)常溫反應(yīng)2h。6.將所得的產(chǎn)物磁分離，傾慮清洗數(shù)次，透析48小時(shí)，得到聚合物水凝膠基納米氧化鐵。7.稱取聚合物水凝膠基納米氧化鐵0. Ig干燥后的產(chǎn)物兩份分別置于IOOml三角瓶中，然后分別加入50ml lg/L的Pb2+、Cd2+兩種單一溶液，將三角瓶置于恒溫振蕩器中25°C下進(jìn)行恒溫吸附，48h充分吸附后，分別測(cè)定各個(gè)重金屬離子溶液吸附前與吸附后的濃度。測(cè)量方法為稀釋后使用原子吸收法。通過吸附前后離子的濃度差，可以計(jì)算出該產(chǎn)物對(duì)各個(gè)離子的吸附容量。經(jīng)測(cè)定，產(chǎn)物對(duì)Pb2+、Cd2+兩種金屬離子的吸附容量分別為187mg/g、128mg/g。聚合物水凝膠基納米氧化鐵經(jīng)稀酸洗滌后重復(fù)使用。實(shí)施例9:I.取一定體積的丙烯酸羥乙酯單體(簡(jiǎn)稱HEA)作為組分A，稱取一定質(zhì)量N-乙烯基咪唑(簡(jiǎn)稱NVI)溶解于去離子水中，充分溶解混合均勻作為組分B，將組分B加入組分A中，充分混合均勻；蒸餾水作為組分C，按(A+B) : C為3 : 7(v/v)進(jìn)行混合，其中A B為3 2 (mol/mol)。使用超聲波對(duì)混合物進(jìn)行處理使混合均勻。2.充氮?dú)夂螅赺78°C的溫度下，控制輻射劑量范圍在IX IO4 IX IO8Gy,采用采用高能射線(6tlCo-Y射線)輻照聚合形成聚合物水凝膠。3.將輻射后聚合物水凝膠切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌后，在40°C溫度下烘干。4.稱取IOg待改性的聚合物水凝膠裝入三頸瓶中，用1000ml的量筒量取400ml的蒸餾水加入到IOOOml具有冷凝裝置的三頸瓶中，鼓泡通氮?dú)獬?0min。5 將 FeSO4. 7H20 和 FeCl3. 6H20 按照 I 2 (mol/mol)分別溶于 IOml 蒸餾水中，將上述溶液加入到三頸瓶中，機(jī)械攪拌下(轉(zhuǎn)速280r/min)緩慢滴加0. lmol/L的NaOH,直到pH = 8,停止滴加,繼續(xù)常溫反應(yīng)2h。6.將所得的產(chǎn)物磁分離，傾慮清洗數(shù)次，透析48小時(shí)，得到聚合物水凝膠基納米氧化鐵。7.稱取聚合物水凝膠基納米氧化鐵0. Ig干燥后的產(chǎn)物兩份分別置于IOOml三角瓶中，然后分別加入50ml lg/L的Pb2+、Cd2+兩種單一溶液，將三角瓶置于恒溫振蕩器中25°C下進(jìn)行恒溫吸附，48h充分吸附后，分別測(cè)定各個(gè)重金屬離子溶液吸附前與吸附后的濃度。測(cè)量方法為稀釋后使用原子吸收法。通過吸附前后離子的濃度差，可以計(jì)算出該產(chǎn)物對(duì)各個(gè)離子的吸附容量。經(jīng)測(cè)定，產(chǎn)物對(duì)Pb2+、Cd2+兩種金屬離子的吸附容量分別為178mg/g、121mg/g。聚合物水凝膠基納米氧化鐵經(jīng)稀酸洗滌后重復(fù)使用。
實(shí)施例10 I.取一定體積的丙烯酸羥乙酯單體(簡(jiǎn)稱HEA)作為組分A，稱取一定質(zhì)量N-乙烯基咪唑(簡(jiǎn)稱NVI)溶解于去離子水中，充分溶解混合均勻作為組分B，將組分B加入組分A中，充分混合均勻；蒸餾水作為組分C，按(A+B) : C為3 : 7(v/v)進(jìn)行混合，其中A B為3 2 (mol/mol)。使用超聲波對(duì)混合物進(jìn)行處理使混合均勻。2.充氮?dú)夂?，在_78°C的溫度下，控制輻射劑量范圍在IX IO4 IX IO8Gy,采用采用高能射線(137Cs-Y射線)輻照聚合形成聚合物水凝膠。3.將輻射后聚合物水凝膠切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌后，在40°C溫度下烘干。4.稱取IOg待改性的聚合物水凝膠裝入三頸瓶中，用1000ml的量筒量取400ml的蒸餾水加入到1000ml具有冷凝裝置的三頸瓶中，鼓泡通氮?dú)獬?0min。5 將 FeSO4. 7H20 和 FeCl3. 6H20 按照 I 2 (mol/mol)分別溶于 IOml 蒸餾水中，將上述溶液加入到三頸瓶中，機(jī)械攪拌下(轉(zhuǎn)速280r/min)緩慢滴加0. lmol/L的NaOH,直到pH = 8,停止滴加,繼續(xù)常溫反應(yīng)2h。6.將所得的產(chǎn)物磁分離，傾慮清洗數(shù)次，透析48小時(shí)，得到聚合物水凝膠基納米氧化鐵。7.受到污染的某生活污水含有重金屬，其中Pb2+的含量約為10mg/L。將該生活污水經(jīng)過一定的預(yù)處理后，采用制備的聚合物水凝膠基納米氧化鐵進(jìn)行處理。于IL的廢水中，加入2g聚合物水凝膠基納米氧化鐵進(jìn)行處理。24h后，廢水中Pb2+吸附率為65%。增加聚合物水凝膠基納米氧化鐵的量使之到達(dá)6g/L時(shí)，Pb2+的去除率可以到達(dá)92%以上(圖2)。聚合物水凝膠基納米氧化鐵經(jīng)稀酸洗滌后重復(fù)使用。實(shí)施例11 I.取一定體積的丙烯酸羥乙酯單體(簡(jiǎn)稱HEA)作為組分A，稱取一定質(zhì)量N-乙烯基咪唑(簡(jiǎn)稱NVI)溶解于去離子水中，充分溶解混合均勻作為組分B，將組分B加入組分A中，充分混合均勻；蒸餾水作為組分C，按(A+B) : C為3 : 7(v/v)進(jìn)行混合，其中A B為3 2 (mol/mol)。使用超聲波對(duì)混合物進(jìn)行處理使混合均勻。2.充氮?dú)夂?，在_63°C的溫度下，控制輻射劑量范圍在IX IO4 IX IO8Gy,采用采用高能射線(電子束)輻照聚合形成聚合物水凝膠。3.將輻射后聚合物水凝膠切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌后，在40°C溫度下烘干。4.稱取IOg待改性的聚合物水凝膠裝入三頸瓶中，用IOOOml的量筒量取400ml的蒸餾水加入到IOOOml具有冷凝裝置的三頸瓶中，鼓泡通氮?dú)獬?0min。5 將 FeSO4. 7H20 和 FeCl3. 6H20 按照 I 2 (mol/mol)分別溶于 IOml 蒸餾水中，將上述溶液加入到三頸瓶中，機(jī)械攪拌下(轉(zhuǎn)速280r/min)緩慢滴加5 %的氨水,直到pH =8，停止滴加，繼續(xù)常溫反應(yīng)2h。
6.將所得的產(chǎn)物磁分離，傾慮清洗數(shù)次，透析48小時(shí)，得到聚合物水凝膠基納米氧化鐵。7.由于周圍工業(yè)污水排放的污染，某湖泊水源地受到一定重金屬離子的污染，其中Cd2+的含量約為lmg/L。將該湖水采集部分水樣，經(jīng)過一定的預(yù)處理后，采用制備的聚合物凝膠基納米氧化鐵進(jìn)行處理。將聚合物水凝膠基納米氧化鐵以2g/L的比例投加至水樣中，經(jīng)過24h吸附后，水樣中的Cd2+降低至0. 45mg/L以下。當(dāng)投加量增至8mg/L時(shí)，處理后的水樣中Cd2+的濃度下降至0. 03mg/L以下，去除率達(dá)到97%以上。聚合物水凝膠基納米氧化鐵經(jīng)稀酸洗滌后重復(fù)使用。
權(quán)利要求
1.聚合物水凝膠基納米氧化鐵，其特征是包括被聚合形式的丙烯酸羥乙酯和N-乙烯基咪唑形成聚合物水凝膠，聚合物水凝膠負(fù)載納米氧化鐵；其中，丙烯酸羥乙酯與N-乙烯基咪唑的摩爾比為I 9 I。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的聚合物水凝膠基納米氧化鐵，其特征是氧化鐵包括亞鐵和三價(jià)鐵，其中 Fe2+/Fe3+的比值為 I : I. 2 I : 2. 5 (mol/mol)。
3.聚合物水凝膠的制備方法，其特征是包括以下步驟 (1)將丙烯酸羥乙酯、N-乙烯基咪唑和蒸餾水按一定比例混合均勻；丙烯酸羥乙酯加N-乙烯基咪唑水的體積比為(I 2) 5，丙烯酸羥乙酯與N-乙烯基咪唑的摩爾比為(I 9) I ； (2)混合后可以經(jīng)過10±3min超聲波處理； (3)向(I)的混合物中充入惰性氣體，以保證無氧狀態(tài)； (4)在-63 _95°C溫度范圍內(nèi)，采用輻射劑量為IX IO4 I X IO8Gy的高能射線輻照聚合形成聚合物水凝膠。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的聚合物水凝膠負(fù)載納米氧化鐵方法，其特征是所述高能射線為6tlCo-Y射線、137Cs-Y射線或電子束。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的聚合物水凝膠負(fù)載納米氧化鐵方法，其特征是所述惰性氣體為氮?dú)?、氬氣或氦氣?br> 6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的聚合物水凝膠負(fù)載納米氧化鐵方法，其特征是包括以下步驟 (1)將制備好的聚合物水凝膠切成0.5-2cm3的小塊。
(2)稱取適量待改性的聚合物水凝膠裝入三頸瓶中，取一定量的蒸餾水加入到具有冷凝裝置的三頸瓶中，鼓泡通惰性氣體除氧； (3)將一定摩爾比的FeSO4.7H20和FeCl3. 6H20分別溶于IOml蒸餾水中，將上述溶液加入到三頸瓶中，機(jī)械攪拌下緩慢滴加4% 15%的氨水或0.01 0. lmol/L的NaOH，調(diào)節(jié)PH至一定范圍，停止滴加，繼續(xù)常溫反應(yīng)； (4)將所得的產(chǎn)物磁分離，傾慮清洗數(shù)次，透析48小時(shí)。
7.聚合物水凝膠基納米氧化鐵對(duì)重金屬離子的吸附方法，其特征是包括以下步驟 (1)將制備好的聚合物水凝膠基納米氧化鐵放在三角瓶中； (2)將聚合物水凝膠基納米氧化鐵用去離子水多次洗滌； (3)在25±5°C條件下對(duì)不同種類的重金屬離子進(jìn)行吸附。
全文摘要
聚合物水凝膠基納米氧化鐵，包括被聚合形式的丙烯酸羥乙酯和N-乙烯基咪唑形成聚合物水凝膠，聚合物水凝膠負(fù)載納米氧化鐵；其中，丙烯酸羥乙酯與N-乙烯基咪唑的摩爾比為1～9∶1。聚合物水凝膠的制備方法，(1)將丙烯酸羥乙酯、N-乙烯基咪唑和蒸餾水按一定比例混合均勻；丙烯酸羥乙酯加N-乙烯基咪唑∶水的體積比為(1～2)∶5，丙烯酸羥乙酯與N-乙烯基咪唑的摩爾比為(1～9)∶1；(2)混合后可以經(jīng)過10±3min超聲波處理；(3)向(1)的混合物中充入惰性氣體，以保證無氧狀態(tài)；(4)在-63～-95℃溫度范圍內(nèi)，采用輻射劑量為1×104～1×108Gy的高能射線輻照聚合形成聚合物水凝膠。
文檔編號(hào)C02F1/62GK102652915SQ20121011306
公開日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月17日
發(fā)明者劉丹丹, 華蓉, 葉忠香, 李正魁 申請(qǐng)人:南京大學(xué)