具有选择性吸附的全互穿温敏凝胶的制备及在重金属分离的应用
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种具有选择性吸附的全互穿溫敏凝胶的制备及在重金属分离的应 用。
【背景技术】
[0002] 运些年来，随着我国经济的快速发展，重金属污染问题日益严重。迄今已有许多高 分子材料用于重金属分离的研究报道。如通过络合、离子交换等作用而对重金属进行分离 的吸附树脂。吸附（馨合）树脂是一类具有多配位型官能团的树脂，通过功能基与金属离 子形成环状馨合物，其中五元环或六元环馨合物比相应的单齿配体络合物具有更高的稳定 性。由于吸附树脂与金属离子络合时形成离子键与配位键，即把离子交换与络合反应结合 在一起，因而比普通离子交换树脂对金属离子具有更高的吸附能力和吸附选择性。在吸附 树脂中主要的配位官能团有：-〇H，-NR，-C00H，-SH，=P等，运类功能团中的0、N、S、P等原 子轨道中不饱和的成键轨道较易跟±壤或水中的重金属原子或离子形成馨合物。运类大分 子与重金属离子馨合之后形成=维空间的网络结构，可W通过絮凝沉淀的方式达到分离目 的。运类聚合物常用的主要有交联聚丙締酸盐、聚丙締酷胺及其改性产物、聚丙締酸径乙 醋、交联聚苯乙締改性产物、聚乙締亚胺、纤维素衍生物、甲壳质及其改性物、木质素及其改 性物、W及其它天然高分子吸附剂等。
[0003] 高分子凝胶由交联成网状结构的聚合物吸收液体介质（称为溶胀溶剂）后而成。 环境响应性凝胶则是指能对微小的环境变化如溶剂组成、溫度、pH、离子强度等作出响应的 特殊凝胶，当环境发生微小的变化时，凝胶将发生显著的可逆溶胀或收缩，故又称之为智能 凝胶。凝胶类重金属离子交换剂一般指将带有碱金属离子的有机小分子盐类交联至高分子 链中，形成具有离子交换能力的具有网络结构的凝胶，运类凝胶可W吸附上壤中的水并将 水中的重金属离子置换成对环境无害的碱金属离子。和普通小分子离子交换剂相比，它具 有保水，易回收，机械性能好等优点。环境相应性凝胶有着广泛的用途，如用于药物的控制 释放、生化分离等。然而，在重金属分离领域也具有很好的应用潜质。
[0004] 基于上述思想，结合重金属分离的要求，本发明设计和制备了一类用于重金属分 离的具有选择性吸附的环境响应性凝胶。
【发明内容】
阳〇化]本发明的目的是利用高分子凝胶对重金属的馨合作用和环境响应性能，将具备溫 敏性能的聚合物与具有馨合作用的聚合物互穿交联，制备溫敏性的互穿聚合物网络（IPN) 选择吸附性凝胶。
[0006] 本发明所述选择性吸附凝胶中带有馨合基团单体可选用：丙締酸类、丙締酸甲醋 类、丙締酷胺类，带溫敏功能的聚合物单体选用：N-异丙基丙締酷胺、N-正丙基丙締酷胺、 N,N-二乙基丙締酷胺、N-乙基丙締酷胺。
[0007] 上述选择性吸附凝胶的制备采用自由基聚合，选择适宜的单体及其比例，加入一 种或复合的引发剂，按照特定溫度、时间等条件进行共聚反应得到共聚凝胶。本发明采用全 互穿（化11-IPN)聚合的方法，在带有馨合基团的聚合物网络结构中将具备溫敏性能的单 体聚合，并采用交联剂将两种聚合物交联，制得一种全互穿结构的具有选择性吸附的溫敏 凝胶。
[0008] 具体步骤为：
[0009] (1)称取2-5g馨合单体溶于10-30血无水乙醇溶液中，加入0. 01-0. 05g的偶氮二 异下腊（AIBN)和0.01-0. 05gN，N-亚甲基双丙締酷胺度is),揽拌均匀，于40-70°C中反应 24小时，制得具有馨合功能的凝胶，冷却取出，在体积比为7. 5/2. 5、5/5、2. 5/7. 5的无水甲 醇/无水乙酸溶液中浸泡24小时，分离出剩余的单体，切块干燥，待用。
[0010] (2)称取2-6g具有溫敏功能的单体、0. 02-0. 06g的辅助馨合单体和0. 02-0.OSg 的交联剂，溶于30-60mL无水乙醇中，再加入l-5g步骤（1)所得的具有馨合功能的凝胶，待 具有馨合功能的凝胶完全溶胀之后，于50-80°C水浴中反应8-15小时，冷却至室溫，置于无 水乙醇溶液中浸泡S天，W除去未反应的单体，再置于IOOmL体积比分别为75/25、50/50、 25/75的乙醇与水的混合溶液中，每天更换一次；最后用蒸馈水浸泡一周；将所得的水凝胶 切成大小为1.OcmX1.OcmXO. 5cm的均匀块状，真空干燥至恒重，制得具有选择性吸附的 全互穿溫敏凝胶。
[0011] (3)重金属吸-脱附测试方法
[0012] 将步骤（2)所制的具有选择性吸附的全互穿溫敏凝胶置于蒸馈水中，通过重量法 测定该凝胶的溶胀度，并通过动态测试方法，测定凝胶的溫度响应曲线，得出凝胶的临界相 变溫度化CST)。
[0013] 通过实验检测凝胶在LCST溫度及W下时，凝胶对重金属的吸附量变化情况。并将 吸附达到饱和的凝胶升溫至LCSTW上，使凝胶完全退涨脱附，取出，室溫下置于肥1溶液中 浸泡，使重金属离子完全脱离，溶于酸性溶液中。整个过程采用原子吸收光谱（AA巧分析凝 胶对重金属离子的吸-脱附性能进行定量分析。
[0014] 所述馨合单体为丙締酸（AAc)、甲基丙締酸下醋度MA)和丙締酷胺（A化）中的一 种。
[0015]所述具有溫敏功能的单体为N-异丙基丙締酷胺（NIPAm)、N-正丙基丙締酷胺 (NPAm)、N，N-二乙基丙締酷胺（NNDAm)和N-乙基丙締酷胺（肥Am)中的一种。
[0016]所述辅助馨合单体为丙締酸（AAc)、甲基丙締酸下醋度MA)和丙締酷胺（Aca)中中 的一种。
[0017] 所述交联剂为过氧化苯甲酯亚胺度PO)和N，N-亚甲基双丙締酷胺度is)中的一 种或两种。
[0018] 制得具有选择性吸附的全互穿溫敏凝胶应用于重金属分离。
[0019] 本发明制得具有选择性吸附的全互穿溫敏凝胶对Pb2\Cd2\化6\化2+等重金属离 子具有很好的吸附分离作用，且重复使用性能良好，能广泛应用于污水重金属处理，±壤重 金属污染修复，矿物加工等领域。
【具体实施方式】 阳020] 实施例I: 阳OW (I)PAAc凝胶的制备
[0022] 称取3g丙締酸（AAc)溶于20血无水乙醇溶液中，加入0. 0：3g偶氮二异下腊（AIBN) 和0.OlgN，N-亚甲基双丙締酷胺度is)，于50°C中反应24小时，制得具有馨合功能的凝胶 即PAAc凝胶，冷却取出，分别用IOOmL体积比为：甲醇/乙酸溶液中浸泡分离出剩余的单 体，切块干燥，待用。
[0023] 似PAAc/PNIPAm凝胶的制备
[0024] 称取4gN-异丙基丙締酷胺（NIPAm)、0. 04g过氧化苯甲酯亚胺牌0)和0. 04g N，N-亚甲基双丙締酷胺度is),溶于50血无水乙醇溶液中，加入4g步骤（1)合成的PAAc凝 胶，PAAc凝胶溶胀吸附平衡后，升溫至50°C，反应10小时，冷却至室溫，置于无水乙醇溶液 中浸泡=天，W除去未反应的单体，再置于IOOmL体积比分别为75/25、50/50、25/75的乙醇