专利名称：一种吸附重金属的聚合物水凝胶及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明属于吸附材料技术领域，具体涉及一种聚合水凝胶及其制备方法和在对重金属离子吸附中的应用。
背景技术：
近年来，由于人类对重金属的开采、冶炼、加工及商业制造活动日益增多，产生的重金属在数量上和种类上都大大增加，导致重金属大量进入土壤、水体中，不仅引起严重的环境污染和资源浪费，而且对人类的身体健康产生了很大的威胁。处理重金属废水的方法很多，目前最常用的方法是化学法，它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。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。水凝胶是不溶于水但在水中高度溶胀的三维网络聚合物。它具有低交联度、高溶胀率、不溶于水的结构和性能特征；具有吸水能力强，保水性好，吸水后即使加压也不脱水， 同时具有一般高分子化合物的基本特征。在水凝胶中存在大量的功能基团，作为新型吸附剂对染料和重金属的吸附近年来备受关注。许多天然有机高分子聚合物由于具有丰富的功能性基团被研究应用于重金属废水的吸附处理上，壳聚糖类生物质材料就是一个典型的代表，专利号为CN101701042A的吸附树脂就是以壳聚糖为基体经过化学修饰后制备成的重金属吸附材料。壳聚糖类生物质材料的结构中含有大量的-NH和-OH基团，这些基团对重金属离子具有较强的络合与螯合作用，对水体中的微量重金属也有较好的去除效果，而且来源广泛、成本低廉。但是这类天然生物材料也有机械强度不高、易被生物降解、受PH影响很大等缺点。人工合成具有功能性基团的高分子聚合物凝胶，也被用于重金属废水的吸附分离。现有的人工合成的高分子聚合物水凝胶包括聚丙烯酸类水凝胶等，由于具有羧基等可结合重金属离子的有效基团，对重金属废水的离子吸附与分离也有一定得效果，但效果并不很显著。而且，现有的人工合成的高分子聚合物水凝胶大多合成途径相对复杂，操作比较麻烦，也是一大缺点。
发明内容
本发明需要解决的问题是提供一种吸附重金属的聚合物水凝胶及其制备方法和应用。本发明的技术方案为
1本发明所述水凝胶为不溶于水但在水中高度溶胀的三维网络聚合物，由丙烯酸羟乙酯(亲水性玻璃态单体)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸两种单体辐射共聚生成。它具有低交联度、高溶胀率、不溶于水的结构和性能特征；具有吸水能力强，保水性好，吸水后即使加压也不脱水，同时具有一般高分子化合物的基本特征。
2重金属吸附聚合物水凝胶的制备方法，其主要包括以下步骤
(1)将丙烯酸羟乙酯(亲水性玻璃态单体)、2_丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和蒸馏水按一定比例混合均勻；
(2)2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸加丙烯酸羟乙酯水的体积比为(广2):5,2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与丙烯酸羟乙酯的摩尔比为1 :(广9)；
(3)混合后经过5 20min超声波处理；
(4)向(1)的混合物中充入氮气，以保证无氧状态；
(5)在一63 一 95°C温度内，采用辐射剂量为IXlO3 IXlOty的高能射线辐照聚合形成水凝胶。聚合物水凝胶对重金属离子的吸附方法，其主要包括以下步骤
(1)将制备好的聚合物水凝胶切成IcmXIcmX Icm小块放在三角瓶中；
(2)将切成小块的聚合物水凝胶用去离子水多次洗涤；
(3)在25°C条件下对不同种类的重金属离子进行吸附。3本发明与现有技术相比其有益效果为
现有的重金属吸附水凝胶研究主要在于天然的有机高分子聚合物，特别是以壳聚糖为研究对象最常见，但是这类天然生物材料机械强度不高、易被生物降解、受PH影响很大。且现有人工吸附水凝胶的制备技术过程比较复杂，吸附容量不高。本发明提出一种应用辐射技术制备吸附水凝胶的方法，可以制备出一种具有功能性基团的有机高分子聚合物，可使得聚合物中的功能基团有效吸附螯合重金属离子，制备方法简单，易于操作。并且产物具有一定的机械强度，可以延长使用寿命。
图1为水凝胶的SEM图。图2为水凝胶的红外光谱图。图3为水凝胶在不同pH下吸附1 2+的吸附容量图。图4为水凝胶在不同pH下吸附Cd2+的吸附容量图。图5为水凝胶在不同pH下吸附Cu2+的吸附容量图。图6为水凝胶在不同pH下吸附Cr3+的吸附容量图。图7为水凝胶在不同pH下吸附!^3+的吸附容量图。
具体实施例方式本发明通过实施例进行进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。实施例1
1.称取一定质量2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸单体(简称AMPS)溶解于去离子水中， 充分溶解混合均勻作为组分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羟乙酯单体(简称 HEA)，混合均勻，作为组分B;蒸馏水作为组分C，按(A+B):C为3:7 (ν/ν)进行混合，其中 Α:Β为2:5 (mol/mol)。使用超声波对混合物进行处理使混合均勻；
2.充氮气后，在一78°C的温度下，控制辐射剂量范围在1 X IO3 1 X IO6Gy,采用高能射线(6°Co- γ射线)辐照聚合形成聚合物水凝胶；3.将辐射后水凝胶切成IcmXIcmX Icm小块放在三角瓶中多次洗涤后，在40°C温度下烘干；
4.对产物进行结构与成分的表征，包括使用SEM进行孔结构观察和使用红外光谱分析产物的成分。SEM的结果表明，产物有较好的孔结构。产物的红外图谱与两种反应物单体的红外图谱对比，显示了经过高能射线辐射后单体的双键打开后成链形成新产物。实施例2:
1.称取一定质量2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸单体(简称AMPS)溶解于去离子水中， 充分溶解混合均勻作为组分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羟乙酯单体(简称 HEA),混合均勻，作为组分B ；蒸馏水作为组分C，按(A+B) :C为1 5进行混合，其中A:B为 2 3 (mol/mol)，使用超声波对混合物进行处理使混合均勻。2.充氮气后，在一63°C的温度下，控制辐射剂量范围在IX IO3 IX lOty，采用高能射线(137Cs- γ射线)辐照聚合形成聚合物水凝胶。3.将辐射后水凝胶切成IcmX IcmX Icm小块放在三角瓶中多次洗涤后，在40°C 温度下烘干。4.称取聚合物水凝胶0. Ig干燥后的产物五份分别置于IOOml三角瓶中，然后分别加入50ml lg/L的Pb2+、Cd2+、Cr3+、Cu2+、Fe3+五种单一溶液，将三角瓶置于恒温振荡器中 25°C下进行恒温吸附，4 充分吸附后，分别测定各个重金属离子溶液吸附前与吸附后的浓度。测量方法为稀释后使用原子吸收法。通过吸附前后离子的浓度差，可以计算出该产物对各个离子的吸附容量。经测定，产物对此2+、Cr3+、Cd2+、Cu2+、Fe3+五种金属离子的吸附容量分别为180mg/g、130mg/g、110mg/g、70mg/g、110mg/g。实施例3
1.称取一定质量2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸单体(简称AMPS)溶解于去离子水中， 充分溶解混合均勻作为组分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羟乙酯单体(简称 HEA),混合均勻，作为组分B ；蒸馏水作为组分C，按(A+B) :C为1 5进行混合，其中A:B为 1 1 (mol/mol)，使用超声波对混合物进行处理使混合均勻。2.充氮气后，在一63°C的温度下，控制辐射剂量范围在IX IO3 IX lOty，采用高能射线(6tlCo- γ射线)辐照聚合形成聚合物水凝胶。3.将辐射后水凝胶切成IcmX IcmX Icm小块放在三角瓶中多次洗涤后，在40°C 温度下烘干。4.称取聚合物水凝胶0. Ig干燥后的产物五份分别置于100ml三角瓶中，然后分别加入50ml lg/L的Pb2+、Cd2+、Cr3+、Cu2+、Fe3+五种单一溶液，将三角瓶置于恒温振荡器中 25°C下进行恒温吸附，4 充分吸附后，分别测定各个重金属离子溶液吸附前与吸附后的浓度。测量方法为稀释后使用原子吸收法。通过吸附前后离子的浓度差，可以计算出该产物对各个离子的吸附容量。经测定，产物对此2+、Cr3+、Cd2+、Cu2+、Fe3+五种金属离子的吸附容量分另1J 为:150mg/g、130mg/g、1 IOmg/g、70mg/g、110mg/go实施例4
1.称取一定质量2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸单体(简称AMPS)溶解于去离子水中， 充分溶解混合均勻作为组分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羟乙酯单体(简称 HEA)，混合均勻，作为组分B ；蒸馏水作为组分C，按(A+B) :C为2:5进行混合，其中A:B为1 5 (mol/mol)，使用超声波对混合物进行处理使混合均勻。2.充氮气后，在一 78°C的温度下，控制辐射剂量范围在IX IO3 IX lOty，采用高能射线(137Cs- γ射线)辐照聚合形成聚合物水凝胶。3.将辐射后水凝胶切成IcmX IcmX Icm小块放在三角瓶中多次洗涤后，在40°C 温度下烘干。4.称取聚合物水凝胶0. Ig干燥后的产物五份分别置于IOOml三角瓶中，然后分别加入50ml lg/L的Pb2+、Cd2+、Cr3+、Cu2+、Fe3+五种单一溶液，将三角瓶置于恒温振荡器中 25°C下进行恒温吸附，4 充分吸附后，分别测定各个重金属离子溶液吸附前与吸附后的浓度。测量方法为稀释后使用原子吸收法。通过吸附前后离子的浓度差，可以计算出该产物对各个离子的吸附容量。经测定，产物对此2+、Cr3+、Cd2+、Cu2+、Fe3+五种金属离子的吸附容量分另1J 为130mg/g、80mg/g、70mg/g、60mg/g、11 Omg/g。实施例5
1.称取一定质量2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸单体(简称AMPS)溶解于去离子水中， 充分溶解混合均勻作为组分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羟乙酯单体(简称 HEA)，混合均勻，作为组分B ；蒸馏水作为组分C，按(A+B) :C为2:5进行混合，其中A:B为
2 3 (mol/mol)，使用超声波对混合物进行处理使混合均勻。2.充氮气后，在一 78°C的温度下，控制辐射剂量范围在IX IO3 IX lOty，采用高能射线(137Cs- γ射线)辐照聚合形成聚合物水凝胶。3.将辐射后水凝胶切成IcmX IcmX Icm小块放在三角瓶中多次洗涤后，在40°C 温度下烘干。4.称取聚合物水凝胶0. Ig干燥后的产物五份分别置于100ml三角瓶中，然后分别加入50ml lg/L的Pb2+、Cd2+、Cr3+、Cu2+、Fe3+五种单一溶液，将三角瓶置于恒温振荡器中 25°C下进行恒温吸附，4 充分吸附后，分别测定各个重金属离子溶液吸附前与吸附后的浓度。测量方法为稀释后使用原子吸收法。通过吸附前后离子的浓度差，可以计算出该产物对各个离子的吸附容量。经测定，产物对此2+、Cr3+、Cd2+、Cu2+、Fe3+五种金属离子的吸附容量分别为200mg/g、120mg/g、130mg/g、100mg/g、130mg/g。实施例6
1.称取一定质量2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸单体(简称AMPS)溶解于去离子水中， 充分溶解混合均勻作为组分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羟乙酯单体(简称 HEA)，混合均勻，作为组分B ；蒸馏水作为组分C，按(A+B) :C为3:7进行混合，其中A:B为 1 9 (mol/mol)，使用超声波对混合物进行处理使混合均勻。2.充氮气后，在一95°C的温度下，控制辐射剂量范围在IX IO3 IX lOty，采用高能射线(6tlCo- γ射线)辐照聚合形成聚合物水凝胶。3.将辐射后水凝胶切成IcmX IcmX Icm小块放在三角瓶中多次洗涤后，在40°C 温度下烘干。4.称取聚合物水凝胶0. Ig干燥后的产物五份分别置于100ml三角瓶中，然后分别加入50ml lg/L的Pb2+、Cd2+、Cr3+、Cu2+、Fe3+五种单一溶液，将三角瓶置于恒温振荡器中 25°C下进行恒温吸附，4 充分吸附后，分别测定各个重金属离子溶液吸附前与吸附后的浓度。测量方法为稀释后使用原子吸收法。通过吸附前后离子的浓度差，可以计算出该产物对各个离子的吸附容量。经测定，产物对此2+、Cr3+、Cd2+、Cu2+、!^3+五种金属离子的吸附容量分另1J 为140mg/g、60mg/g、70mg/g、80mg/g、130mg/g。实施例7
1.称取一定质量2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸单体(简称AMPS)溶解于去离子水中， 充分溶解混合均勻作为组分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羟乙酯单体(简称 HEA)，混合均勻，作为组分B ；蒸馏水作为组分C，按(A+B) :C为3:7进行混合，其中A:B为
1 5 (mol/mol)，使用超声波对混合物进行处理使混合均勻。2.充氮气后，在一95°C的温度下，控制辐射剂量范围在IX IO3 IX lOty，采用高能射线(6tlCo- γ射线)辐照聚合形成聚合物水凝胶。3.将辐射后水凝胶切成IcmX IcmX Icm小块放在三角瓶中多次洗涤后，在40°C 温度下烘干。4.称取聚合物水凝胶0. Ig干燥后的产物五份分别置于IOOml三角瓶中，然后分别加入50ml lg/L的Pb2+、Cd2+、Cr3+、Cu2+、Fe3+五种单一溶液，将三角瓶置于恒温振荡器中 25°C下进行恒温吸附，4 充分吸附后，分别测定各个重金属离子溶液吸附前与吸附后的浓度。测量方法为稀释后使用原子吸收法。通过吸附前后离子的浓度差，可以计算出该产物对各个离子的吸附容量。经测定，产物对此2+、Cr3+、Cd2+、Cu2+、Fe3+五种金属离子的吸附容量分别为160mg/g、80mg/g、100mg/g、80mg/g、110mg/g。实施例8
1.称取一定质量2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸单体(简称AMPS)溶解于去离子水中， 充分溶解混合均勻作为组分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羟乙酯单体(简称 HEA)，混合均勻，作为组分B ；蒸馏水作为组分C，按(A+B) :C为3:7进行混合，其中A:B为
2 3 (mol/mol)，使用超声波对混合物进行处理使混合均勻。2.充氮气后，在一95°C的温度下，控制辐射剂量范围在IX IO3 IX lOty，采用高能射线(6tlCo- γ射线)辐照聚合形成聚合物水凝胶。3.将辐射后水凝胶切成IcmX IcmX Icm小块放在三角瓶中多次洗涤后，在40°C 温度下烘干。4.称取聚合物水凝胶0. Ig干燥后的产物五份分别置于100ml三角瓶中，然后分别加入50ml lg/L的Pb2+、Cd2+、Cr3+、Cu2+、Fe3+五种单一溶液，将三角瓶置于恒温振荡器中 25°C下进行恒温吸附，4 充分吸附后，分别测定各个重金属离子溶液吸附前与吸附后的浓度。测量方法为稀释后使用原子吸收法。通过吸附前后离子的浓度差，可以计算出该产物对各个离子的吸附容量。经测定，产物对此2+、Cr3+、Cd2+、Cu2+、Fe3+五种金属离子的吸附容量分别为190mg/g、120mg/g、140mg/g、80mg/g、150mg/g。实施例9
1.称取一定质量2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸单体(简称AMPS)溶解于去离子水中， 充分溶解混合均勻作为组分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羟乙酯单体(简称 HEA)，混合均勻，作为组分B ；蒸馏水作为组分C，按(A+B) :C为3:7进行混合，其中A:B为 1 9 (mol/mol)，使用超声波对混合物进行处理使混合均勻。2.充氮气后，在一 78°C的温度下，控制辐射剂量范围在IX IO3 IX lOty，采用高能射线(6tlCo- γ射线)辐照聚合形成聚合物水凝胶。
3.将辐射后水凝胶切成IcmX IcmX Icm小块放在三角瓶中多次洗涤后，在40°C 温度下烘干。4.称取干燥产物0. Ig各七份分别置于IOOml三角瓶中，然后分别加入50ml — 定PH下的2g/L的Pb2+溶液。溶液的pH分别是1，2，3，4，5，6，7。将三角瓶置于恒温振荡器中25°C下进行恒温吸附，4 充分吸附后，分别测定各个pH下1 2+溶液吸附前与吸附后的 1 2+的浓度。测量方法为稀释后使用原子吸收法。通过吸附前后1 2+的浓度差，可以计算出该产物对于1 2+的吸附容量。经测定，在PH为6时，水凝胶对1 2+的吸附效果最好。详见附图3。实施例10
1.称取一定质量2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸单体(简称AMPS)溶解于去离子水中， 充分溶解混合均勻作为组分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羟乙酯单体(简称 HEA),混合均勻，作为组分B ；蒸馏水作为组分C，按(A+B) :C为3:7进行混合，其中A:B为 1 9 (mol/mol)，使用超声波对混合物进行处理使混合均勻。2.充氮气后，在一63°C的温度下，控制辐射剂量范围在IX IO3 IX lOty，采用高能射线(6tlCo- γ射线)辐照聚合形成聚合物水凝胶。3.将辐射后水凝胶切成IcmX IcmX Icm小块放在三角瓶中多次洗涤后，在40°C 温度下烘干。4.称取干燥产物0. Ig各七份分别置于IOOml三角瓶中，然后分别加入50ml 一定PH下的2g/L的Cd2+溶液。溶液的pH分别是1，2，3，4，5，6，7。将三角瓶置于恒温振荡器中25°C下进行恒温吸附，4 充分吸附后，分别测定各个pH下Cd2+溶液吸附前与吸附后的Cd2+的浓度。测量方法为稀释后使用原子吸收法。通过吸附前后Cd2+的浓度差，可以计算出该产物对于Cd2+的吸附容量。经测定，在pH为6时，水凝胶对Cd2+的吸附效果最好。 详见附图4。实施例11
1.称取一定质量2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸单体(简称AMPS)溶解于去离子水中， 充分溶解混合均勻作为组分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羟乙酯单体(简称 HEA)，混合均勻，作为组分B ；蒸馏水作为组分C，按(A+B) :C为3:7进行混合，其中A:B为 1 9 (mol/mol)，使用超声波对混合物进行处理使混合均勻。2.充氮气后，在一 78°C的温度下，控制辐射剂量范围在IX IO3 IX lOty，采用高能射线(6tlCo- γ射线)辐照聚合形成聚合物水凝胶。3.将辐射后水凝胶切成IcmX IcmX Icm小块放在三角瓶中多次洗涤后，在40°C 温度下烘干。4.称取干燥产物0. Ig各七份分别置于100ml三角瓶中，然后分别加入50ml 一定PH下的2g/L的Cu2+溶液。溶液的pH分别是1，2，3，4，5，6，7。将三角瓶置于恒温振荡器中25°C下进行恒温吸附，4 充分吸附后，分别测定各个pH下Cu2+溶液吸附前与吸附后的Cu2+的浓度。测量方法为稀释后使用原子吸收法。通过吸附前后Cu2+的浓度差，可以计算出该产物对于Cu2+的吸附容量。经测定，在pH为4时，水凝胶对Cu2+的吸附效果最好。 详见附图5。实施例12 1.称取一定质量2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸单体(简称AMPS)溶解于去离子水中， 充分溶解混合均勻作为组分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羟乙酯单体(简称 HEA)，混合均勻，作为组分B ；蒸馏水作为组分C，按(A+B) :C为3:7进行混合，其中A:B为 1 9 (mol/mol)，使用超声波对混合物进行处理使混合均勻。2.充氮气后，在一63°C的温度下，控制辐射剂量范围在IX IO3 IX lOty，采用高能射线(6tlCo- γ射线)辐照聚合形成聚合物水凝胶。3.将辐射后水凝胶切成IcmX IcmX Icm小块放在三角瓶中多次洗涤后，在40°C 温度下烘干。4.称取干燥产物0. Ig各七份分别置于IOOml三角瓶中，然后分别加入50ml 一定PH下的2g/L的Cr3+溶液。溶液的pH分别是1，2，3，4，5，6，7。将三角瓶置于恒温振荡器中25°C下进行恒温吸附，4 充分吸附后，分别测定各个pH下Cr3+溶液吸附前与吸附后的Cr3+的浓度。测量方法为稀释后使用原子吸收法。通过吸附前后Cr3+的浓度差，可以计算出该产物对于Cr3+的吸附容量。经测定，在pH为7时，水凝胶对Cr3+的吸附效果最好。 详见附图6。实施例13
1.称取一定质量2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸单体(简称AMPS)溶解于去离子水中， 充分溶解混合均勻作为组分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羟乙酯单体(简称 HEA)，混合均勻，作为组分B ；蒸馏水作为组分C，按(A+B) :C为3:7进行混合，其中A:B为
1 9 (mol/mol)，使用超声波对混合物进行处理使混合均勻。2.充氮气后，在一63°C的温度下，控制辐射剂量范围在IX IO3 IX lOty，采用高能射线(6tlCo- γ射线)辐照聚合形成聚合物水凝胶。3.将辐射后水凝胶切成IcmX IcmX Icm小块放在三角瓶中多次洗涤后，在40°C 温度下烘干。4.称取干燥产物0. Ig各七份分别置于100ml三角瓶中，然后分别加入50ml 一定PH下的2g/L的1 3+溶液。溶液的pH分别是1，2，3，4，5，6，7。将三角瓶置于恒温振荡器中25°C下进行恒温吸附，4 充分吸附后，分别测定各个pH下!^3+溶液吸附前与吸附后的1 3+的浓度。测量方法为稀释后使用原子吸收法。通过吸附前后1 3+的浓度差，可以计算出该产物对于1 3+的吸附容量。经测定，在pH为2时，水凝胶对!^3+的吸附效果最好。 详见附图7。实施例14
1.称取一定质量2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸单体(简称AMPS)溶解于去离子水中， 充分溶解混合均勻作为组分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羟乙酯单体(简称 HEA)，混合均勻，作为组分B ；蒸馏水作为组分C，按(A+B) :C为3:7进行混合，其中A:B为
2 3 (mol/mol)，使用超声波对混合物进行处理使混合均勻。2.充氮气后，在一 78°C的温度下，控制辐射剂量范围在IX IO3 IX lOty，采用高能射线(137Cs- γ射线)辐照聚合形成聚合物水凝胶。3.将辐射后水凝胶切成IcmX IcmX Icm小块放在三角瓶中多次洗涤后，在40°C温度下烘干。4.某生活污水收到周边Cu2+的污染，其中Cu2+的含量约为10mg/L。将该生活污水经过一定的预处理后，采用制备的聚合物凝胶进行处理。于IL的废水中，加入2g凝胶干燥产物处理。24h后，废水中Cu2+吸附率为60%。增加凝胶产物的量使之到达6g/L时， Cu2+的去除率可以到达90%以上。实施例I5
1.称取一定质量2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸单体(简称AMPS)溶解于去离子水中， 充分溶解混合均勻作为组分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羟乙酯单体(简称 HEA),混合均勻，作为组分B ；蒸馏水作为组分C，按(A+B) :C为3:7进行混合，其中A:B为 2 3 (mol/mol)，使用超声波对混合物进行处理使混合均勻。2.充氮气后，在一 78°C的温度下，控制辐射剂量范围在IX IO3 IX lOty，采用高能射线(137Cs- γ射线)辐照聚合形成聚合物水凝胶。3.将辐射后水凝胶切成IcmX IcmX Icm小块放在三角瓶中多次洗涤后，在40°C温度下烘干。4.某电镀废水含有大量的重金属离子，其中Cr3+的含量约为500mg/L。将该电镀废水经过一定的预处理后，采用制备的聚合物凝胶进行处理。于IL的废水中，加入2g 凝胶干燥产物处理。24h后，废水中Cr3+吸附率为40%。增加凝胶产物的量使之到达10g/L 时，Cr3+的去除率可以到达90%以上。实施例16
1.称取一定质量2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸单体(简称AMPS)溶解于去离子水中， 充分溶解混合均勻作为组分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羟乙酯单体(简称 HEA),混合均勻，作为组分B ；蒸馏水作为组分C，按(A+B) :C为3:7进行混合，其中A:B为 2 3 (mol/mol)，使用超声波对混合物进行处理使混合均勻。2.充氮气后，在一 78°C的温度下，控制辐射剂量范围在IX IO3 IX lOty，采用高能射线(137Cs- γ射线)辐照聚合形成聚合物水凝胶。3.将辐射后水凝胶切成IcmX IcmX Icm小块放在三角瓶中多次洗涤后，在40°C温度下烘干。4.某农灌井水因邻近某铅冶炼厂，受到铅污染，，其中1 2+的含量约为％ig/L。 将该井水采集部分水样，经过一定的预处理后，采用制备的聚合物凝胶进行处理。将聚合物凝胶以2g/L的比例投加至水样中，经过24h吸附后，水样中的1 2+降低至ang/L以下。当投加量增至8mg/L时，处理后的水样中1 2+的浓度下降至0. 2mg/L以下，去除率达到95%。实施例16
1.称取一定质量2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸单体(简称AMPS)溶解于去离子水中， 充分溶解混合均勻作为组分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羟乙酯单体(简称 HEA),混合均勻，作为组分B ；蒸馏水作为组分C，按(A+B) :C为3:7进行混合，其中A:B为 2 3 (mol/mol)，使用超声波对混合物进行处理使混合均勻。2.充氮气后，在一 78°C的温度下，控制辐射剂量范围在IX IO3 IX lOty，采用高能射线(137Cs- γ射线)辐照聚合形成聚合物水凝胶。3.将辐射后水凝胶切成IcmX IcmX Icm小块放在三角瓶中多次洗涤后，在40°C温度下烘干。4.某湖泊由于周围工业污水的排入，受到一定重金属离子的污染，其中Cd2+的含量约为lmg/L。将该湖水采集部分水样，经过一定的预处理后，采用制备的聚合物凝胶进行处理。将聚合物凝胶以2g/L的比例投加至水样中，经过24h吸附后，水样中的Cd2+降低至 0. 5mg/L以下。当投加量增至8mg/L时，处理后的水样中Cd2+的浓度下降至0. 03mg/L以下， 去除率达到94%以上。
权利要求
1.一种吸附重金属离子的聚合物水凝胶，其特征是该水凝胶为不溶于水但在水中高度溶胀的三维网络聚合物，由丙烯酸羟乙酯和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸两种单体辐射共聚生成，它具有低交联度、高溶胀率、不溶于水、吸水能力强，保水性好的结构和性能特征。
2.根据权利要求1所述的吸附重金属离子聚合物水凝胶的制备方法，其特征是由以下步骤构成(1)将丙烯酸羟乙酯、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和蒸馏水按一定比例混合均勻；(2)2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸加丙烯酸羟乙酯水的体积比为广2 :5，2_丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与丙烯酸羟乙酯的摩尔比为1 广9 ；(3)混合后经过5 20min超声波处理；(4)向(1)的混合物中充入氮气，以保证无氧状态；(5)在一63 一 95°C温度内，采用辐射剂量为IX IO3 IXlO6Gy的高能射线辐照聚合形成水凝胶。
3.根据权利要求1所述的吸附重金属离子的聚合物水凝胶在不同PH条件下对重金属离子吸附中的应用。
4.根据权利要求1所述的吸附重金属离子的聚合物水凝胶在处理工业废水中对重金属离子吸附中的应用。
5.根据权利要求1所述的吸附重金属离子的聚合物水凝胶在处理生活污水中对重金属离子吸附中的应用。
6.根据权利要求1所述的吸附重金属离子的聚合物水凝胶在处理自然水体中对重金属离子吸附中的应用。
全文摘要
本发明属于吸附材料技术领域，具体涉及一种聚合水凝胶及其制备方法和在对重金属离子吸附中的应用。本发明所述水凝胶为不溶于水但在水中高度溶胀的三维网络聚合物，由丙烯酸羟乙酯(亲水性玻璃态单体)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸两种单体辐射共聚生成。它具有低交联度、高溶胀率、不溶于水的结构和性能特征；具有吸水能力强，保水性好，吸水后即使加压也不脱水，同时具有一般高分子化合物的基本特征。本发明中辐射共聚方法制备的聚合物水凝胶，含有多种可以吸附重金属的功能基团，对铅、镉等多种重金属有良好的吸附性能。并且，合成方法简单，易于操作，反应过程未引入其他杂质，保证了生成物的纯净。
文档编号C02F101/20GK102453187SQ201010517949
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月25日 优先权日2010年10月25日
发明者吴凯, 周莉, 李正魁, 潘静赟, 王易超, 王月明, 范念文, 陈祈春 申请人:南京大学