一種吸附重金屬離子的pH敏感水凝膠的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種敏感性水凝膠，具體為一種對(duì)鎳、鉻、鉛等重金屬離子具有良好吸附功能的pH敏感水凝膠，屬于智能高分子材料【技術(shù)領(lǐng)域】。該pH敏感水凝膠包括底層、水凝膠基體層和凹凸棒土凸起三部分；所述底層為聚氯乙烯面料；所述凝膠基體層為丙烯酸單體聚合而成的凝膠體；所述凹凸棒土凸起為圓柱體、立方體或其他不規(guī)則形狀，所述凹凸棒土凸起隨機(jī)分布在水凝膠基體層表面。本實(shí)用新型制備方法簡(jiǎn)單，使用時(shí)只需將pH敏感水凝膠放入待處理廢水池中，操作方法簡(jiǎn)便；此外，與常規(guī)聚丙烯酸水凝膠相比，由于凹凸棒的加入，吸附強(qiáng)度有大幅度提升。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種吸附重金屬離子的PH敏感水凝膠
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本實(shí)用新型涉及一種敏感性水凝膠，具體為一種對(duì)鎳、鉻、鉛等重金屬離子具有良好吸附功能的PH敏感水凝膠，屬于智能高分子材料【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】:
[0002]隨著化學(xué)工業(yè)、冶金工業(yè)等的快速發(fā)展，來(lái)自電解液、電鍍液以及采礦、金屬冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的含有鎳、鉻、鉛等重金屬離子的廢水污染正日趨嚴(yán)重，重金屬?gòu)U水污染已成為嚴(yán)重的環(huán)境和社會(huì)問(wèn)題。
[0003]近年來(lái)，無(wú)機(jī)材料凹凸棒土對(duì)重金屬離子的吸附性能越來(lái)越受到研究學(xué)者的關(guān)注，凹凸棒土(又稱(chēng)坡縷石)是一種天然非金屬礦物質(zhì)材料，是一種具有鏈層狀結(jié)構(gòu)的含水富鎂硅酸鹽粘土礦物，典型化學(xué)式為Si8Mg6O2O (OH) 2 (OH2) 4.4Η20，結(jié)構(gòu)屬2: I型粘土礦物，在每個(gè)2: I單位結(jié)構(gòu)層中，四面體晶片角頂隔一定距離方向顛倒，形成層鏈狀。凹凸棒土的特殊結(jié)構(gòu)使其具有很大的比表面積，物理吸附能力很強(qiáng)；另一方面，凹凸棒土帶有層面負(fù)電荷，在層間吸附了具有可交換性的陽(yáng)離子以使電荷平衡，因此，凹凸棒土具有較強(qiáng)的離子吸附交換能力。
[0004]對(duì)于水處理領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，粉末狀的凹凸棒土無(wú)法直接投入水中使用，需要采取一定的方法進(jìn)行處理。目前，較好的處理方法是采用一定的載體固載凹凸棒土，再投入水中使用。本發(fā)明人在前期發(fā)明中公開(kāi)了一種吸附型高分子復(fù)合水凝膠的制備方法及其產(chǎn)品，專(zhuān)利號(hào)ZL201020595998.1，利用高分子水凝膠作載體，固載凹凸棒土，從而很好地發(fā)揮凹凸棒土的吸附作用。但是，該凹凸棒土復(fù)合水凝膠對(duì)溶液的PH值不具有敏感性，無(wú)法通過(guò)控制溶液的PH值來(lái)控制對(duì)重金屬離子的吸附量，同時(shí)具有吸附重金屬離子的效率低、吸附量小，凝膠吸附重金屬離子后清洗困難的缺點(diǎn)。
實(shí)用新型內(nèi)容:
[0005]本實(shí)用新型在前期研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中凹凸棒土復(fù)合水凝膠應(yīng)用于重金屬離子吸附方面存在的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種對(duì)溶液PH值具有敏感性，可通過(guò)控制溶液的PH值來(lái)控制對(duì)鎳、鉻、鉛等重金屬離子的吸附量的復(fù)合水凝膠。
[0006]本實(shí)用新型pH敏感水凝膠包括底層、水凝膠基體層和凹凸棒土凸起三部分；所述底層為聚氯乙烯面料；所述水凝膠基體層由丙烯酸單體聚合而成；所述凹凸棒土凸起為圓柱體、立方體或其他不規(guī)則形狀，凹凸棒土凸起經(jīng)單寧酸預(yù)處理后隨機(jī)分布在水凝膠基體層表面。
[0007]本實(shí)用新型pH敏感水凝膠具體制備方法如下:
[0008](I)凹凸棒土的預(yù)處理。稱(chēng)取IOg?20g粒徑300目?1000目的凹凸棒土,用IL蒸餾水洗滌，沉淀取其上層清液，500rpm離心Imin后取其上層清液，上層清液中加少量蒸餾水混合均勻后繼續(xù)500rpm離心lmin，然后取其上層清液，如此反復(fù)洗滌上層清液3?5次后，最后用4000rpm進(jìn)行離心分離，取其沉淀，90°C下真空干燥24h，研磨后按粒徑大小選擇對(duì)應(yīng)目數(shù)的篩子過(guò)篩，得純化凹凸棒土。
[0009]配置濃度為0.5mol / L?3mol / L的鹽酸溶液,取IOg?20g純化凹凸棒土與150mL?200mL鹽酸溶液加入到小燒杯中攪拌混合，5min后，將混合物加熱到70°C?80°C，攪拌Ih?2h,然后超聲振蕩30min?40min,抽濾,用蒸懼水洗漆至pH約為6左右，90°C下真空干燥24h，研磨后按粒徑大小選擇對(duì)應(yīng)目數(shù)的篩子過(guò)篩，得酸改性凹凸棒土。
[0010]取Ig?3g酸改性凹凸棒土,加入200mL?250mL濃度2000mg / L的單寧酸溶液，室溫?cái)嚢?h?3h后，用乙醇洗滌至上清液與FeCl3溶液無(wú)顯色反應(yīng)，離心分離，干燥研磨，按粒徑大小選擇對(duì)應(yīng)目數(shù)的篩子過(guò)篩，得到單寧酸改性凹凸棒土。
[0011](2)制備復(fù)合水凝膠。稱(chēng)取一定量丙烯酸(AA)用20ml蒸餾水溶解配成溶液，使溶液濃度控制在Imol / L?3mol/L ;向溶液中加入一定量的單寧酸改性凹凸棒土，控制凹凸棒土與AA的質(zhì)量比為5: I?15: I。向混合溶液中加入0.04mol / L?0.12mol/L的MBAA作交聯(lián)劑，溶解攪拌均勻后通氮?dú)?0分鐘以上，再加入0.005mol / L?0.015mol/L的過(guò)硫酸銨作引發(fā)劑，攪拌溶解，繼續(xù)通氮?dú)?0分鐘以上，將底層聚氯乙烯面料平鋪在模具底部，將上述混合溶液倒入模具中，將模具放入65?75°C恒溫環(huán)境中，使其凝膠反應(yīng)12?24小時(shí)，即得pH敏感的聚丙烯酸復(fù)合水凝膠。
[0012](3)水凝膠后處理。將所得的復(fù)合水凝膠用蒸餾水浸泡3?5天，以除去未反應(yīng)的小分子單體，即得本發(fā)明所述的PH敏感水凝膠。
[0013]有益效果:
[0014]本實(shí)用新型pH敏感水凝膠，利用具有pH敏感性的聚丙烯酸凝膠與經(jīng)單寧酸改性凹凸棒土復(fù)合制備得到，制備方法簡(jiǎn)單，使用時(shí)只需將PH敏感水凝膠放入待處理廢水池中，操作方法簡(jiǎn)便；此外，與常規(guī)聚丙烯酸水凝膠相比，由于凹凸棒的加入，力學(xué)強(qiáng)度有大幅度提升。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
[0015]圖1為pH敏感水凝膠結(jié)構(gòu)示意圖
[0016]圖中所示標(biāo)記為:1-底層；2_水凝膠基體層；3_凹凸棒土凸起【具體實(shí)施方式】:
[0017]下面的實(shí)施例可以使本專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員更全面地理解本實(shí)用新型，但不以任何方式限制本實(shí)用新型。
[0018]實(shí)施例1:
[0019](I)凹凸棒土的預(yù)處理。稱(chēng)取IOg粒徑300目的凹凸棒土，用IL蒸餾水洗滌，沉淀取其上層清液，500rpm離心Imin后取其上層清液，上層清液中加少量蒸餾水混合均勻后繼續(xù)500rpm離心lmin,然后取其上層清液,如此反復(fù)洗漆上層清液3次后,最后用4000rpm進(jìn)行離心分離，取其沉淀，90°C下真空干燥24h，研磨后按粒徑大小選擇對(duì)應(yīng)目數(shù)的篩子過(guò)篩，得純化凹凸棒土。
[0020]配置濃度為0.5mol / L的鹽酸溶液，取IOg純化凹凸棒土與150mL鹽酸溶液加入到小燒杯中攪拌混合，5min后,將混合物加熱到70°C,攪拌Ih,然后超聲振蕩30min,抽濾，用蒸餾水洗滌至PH約為6左右，90°C下真空干燥24h，研磨后按粒徑大小選擇對(duì)應(yīng)目數(shù)的篩子過(guò)篩，得酸改性凹凸棒土。
[0021]取Ig酸改性凹凸棒土，加入200mL濃度2000mg/L的單寧酸溶液，室溫?cái)嚢?h后乙醇洗至上清液與FeCl3溶液無(wú)顯色反應(yīng)，離心分離，干燥研磨，按粒徑大小選擇對(duì)應(yīng)目數(shù)的篩子過(guò)篩，得到單寧酸改性凹凸棒土。
[0022](2)制備復(fù)合水凝膠。稱(chēng)取一定量AA用20ml蒸餾水溶解配成溶液，使溶液濃度控制在Imol / L ;向溶液中加入一定量的單寧酸改性凹凸棒土，控制凹凸棒土與AA的質(zhì)量比為5: I。向混合溶液中加入0.04mol / L的MBAA作交聯(lián)劑，溶解攪拌均勻后通氮?dú)?0分鐘以上，再加入0.005mol / L的過(guò)硫酸銨作引發(fā)劑，攪拌溶解，繼續(xù)通氮?dú)?0分鐘以上，將底層聚氯乙烯面料平鋪在模具底部，將上述混合溶液倒入模具中，將模具放入65°C恒溫環(huán)境中，使其凝膠反應(yīng)12小時(shí)，即得pH敏感的聚丙烯酸復(fù)合水凝膠。
[0023](3)水凝膠后處理。將所得的復(fù)合水凝膠用蒸餾水浸泡3天，以除去未反應(yīng)的小分子單體，即得本實(shí)用新型所述的PH敏感水凝膠。
[0024]實(shí)施例2:
[0025](I)凹凸棒土的預(yù)處理。稱(chēng)取IOg粒徑1000目的凹凸棒土，用IL蒸餾水洗滌，沉淀取其上層清液，500rpm離心Imin后取其上層清液，上層清液中加少量蒸餾水混合均勻后繼續(xù)500rpm離心lmin,然后取其上層清液,如此反復(fù)洗漆上層清液3次后,最后用4000rpm進(jìn)行離心分離，取其沉淀，90°C下真空干燥24h，研磨后按粒徑大小選擇對(duì)應(yīng)目數(shù)的篩子過(guò)篩，得純化凹凸棒土。
[0026]配置濃度為0.5mol / L的鹽酸溶液，取20g純化凹凸棒土與150mL鹽酸溶液加入到小燒杯中攪拌混合，5min后,將混合物加熱到70°C,攪拌Ih,然后超聲振蕩30min,抽濾，用蒸餾水洗滌至PH約為6左右，90°C下真空干燥24h，研磨后按粒徑大小選擇對(duì)應(yīng)目數(shù)的篩子過(guò)篩，得酸改性凹凸棒土。
[0027]取Ig酸改性凹凸棒土，加入250mL濃度2000mg/L的單寧酸溶液，室溫?cái)嚢?h后乙醇洗至上清液與FeCl3溶液無(wú)顯色反應(yīng)，離心分離，干燥研磨，按粒徑大小選擇對(duì)應(yīng)目數(shù)的篩子過(guò)篩，得到單寧酸改性凹凸棒土。
[0028](2)制備復(fù)合水凝膠。稱(chēng)取一定量AA用20ml蒸餾水溶解配成溶液，使溶液濃度控制在Imol / L ;向溶液中加入一定量的單寧酸改性凹凸棒土，控制凹凸棒土與AA的質(zhì)量比為5: I。向混合溶液中加入0.12mol / L的MBAA作交聯(lián)劑，溶解攪拌均勻后通氮?dú)?0分鐘以上，再加入0.015mol / L的過(guò)硫酸銨作引發(fā)劑，攪拌溶解，繼續(xù)通氮?dú)?0分鐘以上，將底層聚氯乙烯面料平鋪在模具底部，將上述混合溶液倒入模具中，將模具放入75°C恒溫環(huán)境中，使其凝膠反應(yīng)24小時(shí)，即得pH敏感的聚丙烯酸復(fù)合水凝膠。
[0029](3)水凝膠后處理。將所得的復(fù)合水凝膠用蒸餾水浸泡5天，以除去未反應(yīng)的小分子單體，即得本實(shí)用新型所述的PH敏感水凝膠。
[0030]實(shí)施例3:
[0031](I)凹凸棒土的預(yù)處理。稱(chēng)取20g粒徑300目的凹凸棒土，用IL蒸餾水洗滌，沉淀取其上層清液，500rpm離心Imin后取其上層清液，上層清液中加少量蒸餾水混合均勻后繼續(xù)500rpm離心lmin,然后取其上層清液,如此反復(fù)洗漆上層清液5次后,最后用4000rpm進(jìn)行離心分離，取其沉淀，90°C下真空干燥24h，研磨后按粒徑大小選擇對(duì)應(yīng)目數(shù)的篩子過(guò)篩，得純化凹凸棒土。[0032]配置濃度為3mol / L的鹽酸溶液，取IOg純化凹凸棒土與150mL鹽酸溶液加入到小燒杯中攪拌混合，5min后,將混合物加熱到80°C,攪拌2h,然后超聲振蕩30min,抽濾,用蒸餾水洗滌至PH約為6左右，900C下真空干燥24h，研磨后按粒徑大小選擇對(duì)應(yīng)目數(shù)的篩子過(guò)篩，得酸改性凹凸棒土。
[0033]取Ig酸改性凹凸棒土，加入200mL濃度2000mg / L的單寧酸溶液，室溫?cái)嚢?h后乙醇洗至上清液與FeCl3溶液無(wú)顯色反應(yīng)，離心分離，干燥研磨，按粒徑大小選擇對(duì)應(yīng)目數(shù)的篩子過(guò)篩，得到單寧酸改性凹凸棒土。
[0034](2)制備復(fù)合水凝膠。稱(chēng)取一定量AA用20ml蒸餾水溶解配成溶液，使溶液濃度控制在1.5mol / L ;向溶液中加入一定量的單寧酸改性凹凸棒土，控制凹凸棒土與AA的質(zhì)量比為10: I。向混合溶液中加入0.05mol / L的MBAA作交聯(lián)劑，溶解攪拌均勻后通氮?dú)?0分鐘以上，再加0.0lOmol / L的過(guò)硫酸銨作引發(fā)劑，攪拌溶解，繼續(xù)通氮?dú)?0分鐘以上，將底層聚氯乙烯面料平鋪在模具底部，將上述混合溶液倒入模具中，將模具放入70°C恒溫環(huán)境中，使其凝膠反應(yīng)24小時(shí)，即得pH敏感的聚丙烯酸復(fù)合水凝膠。
[0035](3)水凝膠后處理。將所得的復(fù)合水凝膠用蒸餾水浸泡4天，以除去未反應(yīng)的小分子單體，即得本實(shí)用新型所述的PH敏感水凝膠。
[0036]實(shí)施例4:
[0037](I)凹凸棒土的預(yù)處理。稱(chēng)取15g粒徑500目的凹凸棒土,用IL蒸懼水洗漆,沉淀取其上層清液，500rpm離心Imin后取其上層清液，上層清液中加少量蒸餾水混合均勻后繼續(xù)500rpm離心lmin,然后取其上層清液,如此反復(fù)洗漆上層清液5次后,最后用4000rpm進(jìn)行離心分離，取其沉淀，90°C下真空干燥24h，研磨后按粒徑大小選擇對(duì)應(yīng)目數(shù)的篩子過(guò)篩，得純化凹凸棒土。
[0038]配置濃度為Imol / L的鹽酸溶液，取12g純化凹凸棒土與180mL鹽酸溶液加入到小燒杯中攪拌混合，5min后,將混合物加熱到70°C,攪拌Ih,然后超聲振蕩30min,抽濾,用蒸餾水洗滌至PH約為6左右，900C下真空干燥24h，研磨后按粒徑大小選擇對(duì)應(yīng)目數(shù)的篩子過(guò)篩，得酸改性凹凸棒土。
[0039]取2g酸改性凹凸棒土，加入250mL濃度2000mg / L的單寧酸溶液，室溫?cái)嚢?h后乙醇洗至上清液與FeCl3溶液無(wú)顯色反應(yīng)，離心分離，干燥研磨，按粒徑大小選擇對(duì)應(yīng)目數(shù)的篩子過(guò)篩，得到單寧酸改性凹凸棒土。
[0040](2)制備復(fù)合水凝膠。稱(chēng)取一定量AA用20ml蒸餾水溶解配成溶液，使溶液濃度控制在2mol / L ;向溶液中加入一定量的單寧酸改性凹凸棒土，控制凹凸棒土與AA的質(zhì)量比為8: I。向混合溶液中加入0.05mol / L的MBAA作交聯(lián)劑，溶解攪拌均勻后通氮?dú)?0分鐘以上，再加入0.006mol / L的過(guò)硫酸銨作引發(fā)劑，攪拌溶解，繼續(xù)通氮?dú)?0分鐘以上，將底層聚氯乙烯面料平鋪在模具底部，將上述混合溶液倒入模具中，將模具放入65°C恒溫環(huán)境中，使其凝膠反應(yīng)18小時(shí)，即得pH敏感的聚丙烯酸復(fù)合水凝膠。
[0041](3)水凝膠后處理。將所得的復(fù)合水凝膠墊用蒸餾水浸泡3.5天，以除去未反應(yīng)的小分子單體，即得本實(shí)用新型所述的PH敏感水凝膠。
【權(quán)利要求】
1.一種吸附重金屬離子的PH敏感水凝膠，包括底層、水凝膠基體層和凹凸棒土凸起三部分，其特征在于，所述底層為聚氯乙烯面料；所述凝膠基體層為丙烯酸單體聚合而成的凝膠體；所述凹凸棒土凸起為圓柱體、立方體或其他不規(guī)則形狀。
2.一種如權(quán)利要求1所述的吸附重金屬離子的pH敏感水凝膠，其特征在于，所述凹凸棒土凸起隨機(jī)分布在水凝膠基體層表面。
【文檔編號(hào)】B01J20/26GK203610140SQ201320639701
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2013年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月17日
【發(fā)明者】何曉春, 張桂芳, 劉健 申請(qǐng)人:滁州友林科技發(fā)展有限公司