申请日2015.12.28
公开(公告)日2016.04.20
IPC分类号C08L71/02; C08L29/04; C08L99/00; C08K3/34; C08F283/06; C08F220/06; C02F1/28; C02F1/62
摘要
本发明公开了一种用于处理含重金属污水的水凝胶材料，主要由包含腐殖酸和海泡石的以下材料制备而成：重量份为30-50的甲基丙烯酸;重量份为20-30的聚乙二醇;重量份为10-15的海泡石;重量份为5.0-7.0的聚乙烯醇;重量份为3.0-5.0的腐殖酸;重量份为0.4-0.6的过硫酸铵;重量份为0.05-0.10的硫酸铝和重量份为0.05-0.10的N,N`-亚甲基双丙烯酰胺。利用腐殖酸和海泡石的增强作用，将腐殖酸和海泡石均匀的穿插于甲基丙烯酸、聚乙二醇和聚乙烯醇形成的三维网状水凝胶材料中，形成对重金属离子吸附效率好，吸附量大，而且结构稳固，力学性能优异的水凝胶材料，降低了生产成本，同时提高材料热分解温度，延长材料使用寿命，适用于污水处理技术。本发明还公开了用于处理含重金属污水的水凝胶材料的制备方法，其生产工艺简单，成本低廉，安全环保，具有市场应用前景。
权利要求书
1.一种用于处理含重金属污水的水凝胶材料，其特征在于：由包含腐殖酸和海泡石的以下材料以重量份制备而成：
甲基丙烯酸30-50
聚乙二醇20-30
海泡石10-15
聚乙烯醇5.0-7.0
腐殖酸3.0-5.0
过硫酸铵0.4-0.6
硫酸铝0.05-0.10
N,N`-亚甲基双丙烯酰胺0.05-0.10
所述用于处理含重金属污水的水凝胶材料，由如下方法制备而得：
(1)将重量份为10-15的海泡石和重量份为3.0-5.0的腐殖酸置于水中，并进行超声分散，形成悬浮液;
(2)将重量份为30-50的甲基丙烯酸，重量份为20-30的聚乙二醇，重量份为5.0-7.0的聚乙烯醇，重量份为0.4-0.6的过硫酸铵，重量份为0.05-0.10的硫酸铝和重量份为0.05-0.10的N,N`-亚甲基丙烯酰胺加入步骤(1)的悬浮液中，在加热温度为75℃下进行超声搅拌混合，搅拌转速400-600rpm，搅拌时间100-120分钟，得到混合均匀含有腐殖酸和海泡石的初级产物;
(3)将步骤(2)得到混合均匀含有腐殖酸和海泡石的初级产物进行过滤，过滤后产物用乙醇洗涤，压片，得到用于处理含重金属污水的水凝胶材料。
2.根据权利要求1所述的用于处理含重金属污水的水凝胶材料，其特征在于：所述甲基丙烯酸中和度在65%和90%之间;所述海泡石为纤维状海泡石，粒径介于10微米和20微米之间，长径比介于10:1和20:1之间;所述腐殖酸为在温度为300℃脱水后，经由2mol/L的氯化钙浸泡改性2h，再在温度为80℃下干燥制得。
说明书
一种用于处理含重金属污水的水凝胶材料及其制备方法
技术领域
本发明属于新材料领域，具体涉及一种用于处理含重金属污水的水凝胶材料及其制备方法。
背景技术
随着现代工业的快速发展和经济的高速增长，传统的粗放式、劳动密集型经济发展模式已经带来了一系列的环境问题。其中，水污染问题尤为严峻。目前，水污染已经成为制约经济发展、影响社会稳定、危及人体健康以及破坏生态平衡的一大问题。同时，我国天然水资源又极其有限，因此，污水治理以及污水资源化技术的发展和创新能力应该得到进一步的重视。
中国专利公开号为CN103804828A公开了一种吸附重金属离子的复合水凝胶及制备方法，该制备方法包括：先将聚乙烯醇和海藻酸钠完全混合溶解在水中，再加入一定量壳聚糖使其混合均匀，再向该混合液中加入氧化石墨烯水溶液经超声分散，最后用注射器将混合液滴入氯化钙-硼酸饱和溶液中制成复合水凝胶小球。该发明的复合水凝胶制备工艺简单、操作性强、性能稳定，可循环利用并无二次污染在重金属污水处理领域中得到广泛应用。但是该方法制备的水凝胶力学性能较差。
中国专利公开号为CN104804203A公开了一种水凝胶微球的制备方法，步骤(1)：合成含有双烯体基团的聚合物;步骤(2)：合成含有亲双烯体基团的聚合物;步骤(3)：选择乳化剂和有机相，将步骤(2)和步骤(3)中合成的大分子双烯体和大分子亲双烯体溶解于水中，搅拌形成稳定的W/O型乳液;将步骤(3)中形成的稳定的W/O型乳液进行升高温度，发生双烯合成反应，反应结束后经过破乳、洗涤、抽滤和干燥程序，即得到水凝胶微球。该发明水凝胶微球的制备方法操作简单方便，无需催化剂或引发剂;但是该发明制备的水凝胶微球结构稳定性和力学性能较差。
中国专利公开号为CN103877953A公开了一种用于污水处理的水凝胶及其制备方法，该水凝胶包括聚乙烯醇5-90份，壳聚糖5-90份，羧甲基纤维素钠0-20份，氧化石墨烯0.05-0.3份，海藻酸钠3-5份。该发明的水凝胶能够高效吸附水中重金属离子，具有高吸附容量、高选择性，可循环再生利用，生物可降解等特点;但是该发明制备的水凝胶材料结构稳定性较差，使用寿命短。
伴随我国经济和工业技术的快速发展，环境问题越来越受到重视，污水处理材料已经成为污水处理技术中的重要组成部分，同时受到各个领域关注，而目前用于污水处理的水凝胶材料的种类较少，大大限制了污水处理材料的选择，因此，开发一种适用于污水处理的具有对污水中重金属离子吸附效率好，吸附量大，力学性能优异的水凝胶材料，对丰富污水处理材料，促进污水处理的发展具有重要意义。
发明内容
本发明目的：为了丰富污水处理材料种类，本发明提供一种用于处理含重金属污水的水凝胶材料，其对污水中重金属离子吸附效率好，吸附量大，而且结构稳固，力学性能强，生产成本低廉，使用寿命长，为污水处理材料提供更多的选择。
本发明采用的技术方案：为了解决上述问题，提供了一种用于处理含重金属污水的水凝胶材料，由包含腐殖酸和海泡石的以下材料以重量份制备而成：
甲基丙烯酸30-50
聚乙二醇20-30
海泡石10-15
聚乙烯醇5.0-7.0
腐殖酸3.0-5.0
过硫酸铵0.4-0.6
硫酸铝0.05-0.10
N,N`-亚甲基双丙烯酰胺0.05-0.10
用于处理含重金属污水的水凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将重量份为10-15的海泡石和重量份为3.0-5.0的腐殖酸置于水中，并进行超声分散，形成悬浮液;
(2)将重量份为30-50的甲基丙烯酸，重量份为20-30的聚乙二醇，重量份为5.0-7.0的聚乙烯醇，重量份为0.4-0.6的过硫酸铵，重量份为0.05-0.10的硫酸铝和重量份为0.05-0.10的N,N`-亚甲基丙烯酰胺加入步骤(1)的悬浮液中，在加热温度为75℃下进行超声搅拌混合，搅拌转速400-600rpm，搅拌时间100-120分钟，得到混合均匀含有腐殖酸和海泡石的初级产物;
(3)将步骤(2)得到混合均匀含有腐殖酸和海泡石的初级产物进行过滤，过滤后产物用乙醇洗涤，压片，得到用于处理含重金属污水的水凝胶材料。
进一步地，所述甲基丙烯酸中和度在65%和90%之间。
进一步地，所述海泡石为纤维状海泡石，粒径介于10微米和20微米之间，长径比介于10:1和20:1之间。
进一步地，所述腐殖酸为在温度为300℃脱水后，经由2mol/L的氯化钙浸泡改性2h，再在温度为80℃下干燥制得。
本发明的原理：利用改性后腐殖酸与重金属离子具备很强的络合能力，以及成本低廉海泡石的优异的吸附性能、力学性能和亲水性能，将腐殖酸和海泡石均匀的穿插于甲基丙烯酸、聚乙二醇和聚乙烯醇形成的三维网状水凝胶材料中，形成对重金属离子吸附效率好，吸附量大，而且结构稳固，力学性能优异的水凝胶材料，提高了制得的用于处理含重金属污水的水凝胶材料吸附分离能力，降低了生产成本;同时，由于海泡石提高了甲基丙烯酸、聚乙二醇和聚乙烯醇的热分解温度，延长了用于处理含重金属污水的水凝胶材料的使用寿命。
本发明突出特点和有益效果在于：
(1)本发明的用于处理含重金属污水的水凝胶材料通过添加对重金属离子具有很强络合能力的腐殖酸，使制得的水凝胶材料具有对污水中重金属离子吸附效率好，吸附量大的特点;
(2)本发明的用于处理含重金属污水的水凝胶材料力学性能优异，通过海泡石的增强作用，使得用于处理含重金属污水的水凝胶材料的力学性能增强，并延长了水凝胶材料的使用寿命;
(3)本发明用于处理含重金属污水的水凝胶材料的生产工艺简单，成本低廉，安全环保，具有较高的市场应用前景。