申请日2011.04.01
公开(公告)日2011.09.28
IPC分类号C08F220/28; C08F226/06; C08F2/46; C08J3/075; C02F101/22; B01J20/30; C02F1/28; C02F1/62; C02F101/20; B01J20/26
摘要
本发明涉及一种聚合物水凝胶及其制备方法，由以被聚合形式的N-乙烯基咪唑和丙烯酸羟乙酯构成，其中，N-乙烯基咪唑与丙烯酸羟乙酯的摩尔比为1∶1～1∶9，其制备方法为：将N-乙烯基咪唑、丙烯酸羟乙酯和水混合均匀;然后充入氮气，在-63℃～-95℃温度下，采用高能射线辐照聚合，得到聚合物水凝胶。本发明提供的聚合物水凝胶具有较好的孔结构，含有多种可以吸附重金属的功能基团，对Pb2+、Cr3+、Cd2+和Cu2+离子的吸附容量高，可有效吸附、螯合重金属离子，并且具有一定的机械强度，使用寿命长，可用于污水处理。本发明方法无需添加引发剂，保证了聚合物的纯净，且制备方法简单，易于操作。
权利要求书
1.一种聚合物水凝胶，其特征在于：由以被聚合形式的N-乙烯基咪唑和丙烯酸羟乙酯构成，其中，N-乙烯基咪唑与丙烯酸羟乙酯的摩尔比为1∶1～1∶9。
2.权利要求1所述的聚合物水凝胶的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将N-乙烯基咪唑、丙烯酸羟乙酯和水混合均匀;
(2)充入保护气体，在-63℃～-95℃温度下，采用高能射线辐照聚合，得到聚合物水凝胶。
3.按权利要求2所述的聚合物水凝胶的制备方法，其特征在于：所述高能射线为γ射线或电子束，其辐射剂量为1×103～1×106Gy。
4.按权利要求3所述的聚合物水凝胶的制备方法，其特征在于：所述γ射线为60Co-γ射线或137Cs-γ射线。
5.按权利要求2或3或4所述的聚合物水凝胶的制备方法，其特征在于：N-乙烯基咪唑和丙烯酸羟乙酯之和与水的体积比为1∶5～3∶7。
6.按权利要求2或3或4所述的聚合物水凝胶的制备方法，其特征在于：所述保护气体为氮气。
7.按权利要求2或3或4所述的聚合物水凝胶的制备方法，其特征在于：混合均匀的混合物经过超声波处理，并且充入保护气体隔绝氧气。
8.权利要求1-7之一所述的聚合物水凝胶在水处理中除去Pb2+、Cr3+、Cd2+和Cu2+中一种或两种以上金属离子的应用。
说明书
一种聚合物水凝胶、制备方法及其在水处理中的应用
技术领域
本发明属于吸附材料技术领域，涉及吸附材料的制备及其对重金属的吸附性能，具体的说是一种聚合物水凝胶、制备方法及其在水处理中的应用。
背景技术
随着工业的发展与人类生活水平的提高，污水的排放量逐年增加，其中包含大量对人体有严重危害的重金属离子，因此如何有效的对重金属离子进行去除已成为迫切需要解决的难题。传统的处理工业及生活废水中重金属离子的方法主要有化学处理方法和超滤法等，化学处理方法能快速去除废水中的金属离子，工艺过程简单，但存在出水金属浓度偏高，易产生二次污染，废水回用困难等缺点;超滤法工艺复杂，成本高，效果欠佳。而吸附法因为处理流程简单，易于操作，也是重金属废水处理技术中被广泛使用和研究的方法。吸附剂主要有活性炭、沸石、离子树脂和螯合树脂(如公开号为CN1772386的一种螯合树脂)等，而关于水凝胶作为吸附剂的研究相对较少。
水凝胶是一种三维网络结构的新型功能高分子材料，除了具有一般高分子化合物的基本特征外，还具有高交联度、高溶胀率、不溶于水的结构和性能特征。同时，由于在水凝胶中存在大量的功能基团，水凝胶作为新型吸附剂对染料和重金属的吸附近年来备受关注。专利号为ZL 95194263.8以化学方法制备了水凝胶，专利号为ZL 200710008807.X以丙烯酸、丙烯酰胺通过预聚合反应制备了一种互穿网络水凝胶。专利号为CN 101905146A公布了化学法制备硅胶-多亚乙基多胺鳌合型吸附材料。另外，华侨大学唐群委等人(功能材料，2008年，《温度敏感聚丙烯酸盐/聚乙二醇互穿网络水凝胶的合成及重金属离子吸收》)研究了聚丙烯酸盐/聚乙二醇水凝胶的合成方法及对重金属离子吸附。但上述方法大多数为化学聚合，其制备过程往往需要添加引发剂，导致制备的高分子材料纯度下降，功能降低。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种聚合物水凝胶及其制备方法，该聚合物水凝胶中含有的功能基团可有效吸附、螯合重金属离子，其制备采用辐照聚合，方法简单，易于操作;另一目的是提供该聚合物水凝胶在水处理中的应用，可有效吸附Pb2+、Cr3+、Cd2+、Cu2+离子。
本发明的技术方案是：一种聚合物水凝胶，由以被聚合形式的N-乙烯基咪唑和丙烯酸羟乙酯构成，其中，N-乙烯基咪唑与丙烯酸羟乙酯的摩尔比为1∶1～1∶9。
所述的聚合物水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)将N-乙烯基咪唑、丙烯酸羟乙酯和水混合均匀;
(2)充入保护气体，在-63℃～-95℃温度下，采用高能射线辐照聚合，得到聚合物水凝胶。
混合均匀的混合物经过超声波处理数分钟以上更好。
步骤(1)中所用水优选蒸馏水或去离子水，更优选去离子水;步骤(2)中所用保护气体为对聚合无影响的气体，排除空气中氧气，优选为氮气和氦气、氩气等惰性气体，最优选为氮气，所述高能射线优选为γ射线或电子束(由加速器产生，能量一般在MEV以上)，γ射线优选为60Co-γ射线或137Cs-γ射线，其辐射剂量优选为1×103～1×106Gy。
作为对本发明的进一步揭示，N-乙烯基咪唑和丙烯酸羟乙酯之和与水的体积比为1∶5～3∶7。步骤(1)得到的混合均匀的混合物经过超声波处理，并且充入保护气体隔绝氧气。
所述的聚合物水凝胶在水处理中除去Pb2+、Cr3+、Cd2+和Cu2+中一种或两种以上金属离子的应用。采用本发明提供的聚合物水凝胶可以单独除去水中Pb2+、Cr3+、Cd2+或Cu2+离子，也可以除去两种以上离子，其作用机理相同。
本发明的有益效果显著是：提供的聚合物水凝胶具有较好的孔结构，含有多种可以吸附重金属的功能基团，对Pb2+、Cr3+、Cd2+和Cu2+离子的吸附容量高，可有效吸附、螯合重金属离子;并且具有一定的机械强度，使用寿命长。本发明采用辐射技术制备聚合物水凝胶，无需添加引发剂，未引入其他杂质，保证了聚合物的纯净，且制备方法简单，易于操作。