一种去除水中重金属离子的方法与流程

本发明涉及一种氧化石墨烯(go)/聚n-异丙基丙烯酰胺(pnipanm)复合的温度响应性水凝胶在重金属离子去除中的应用，属于环境保护技术领域。

背景技术：

随着工业发展和人类自身活动的增加，大量含有重金属污染物的工业废水和城市生活污水被排入江河湖泊。为此，国家政府对需要排放重金属离子等污染物的工厂做了规定，明确要求其所排放污水中各重金属离子不能超过某一浓度。而目前来说，大部分工厂对排放污水的处理方式都是投入大量的碱使重金属离子形成氢氧化物而沉淀下来。这种方法虽然简单，但处理周期却需要很长时间，并且往往需要投入大量的人力物力财力。虽然也有少部分工厂对重金属离子的处理采用离子交换法或电化学方法，但它们也存在着产生废液、周期长适应性差以及成本较高的问题。

目前来说，处理重金属离子的众多方法中比较有应用前景的一种方法是吸附法，该法处理重金属废水具有很多优点，现已经开发了许多吸附剂，但对于吸附效果非常好且可以达到国家污水排放标准的还是比较少，所以还有许多吸附性能良好的吸附材料有待发现，故而离子吸附法成为近年来研究的热点。而本文主要提供一种新型的可逆“溶胶-凝胶”体系，通过重金属离子的吸附和相分离去除水中的重金属离子的具体制备和应用方法。

技术实现要素：

本发明提供一种go/pnipam复合体系，该体系具有温度响应性“溶胶-凝胶”可逆转变，可以以非常高的效率吸附水中的重金属离子并通过相分离的方法进行分离去除。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

本发明所提供的go/pnipam复合水凝胶在重金属离子去除中的应用，包括如下步骤：

(1)取go0.1-0.5mg及固态pnipam10.0-40.0mg粉末(比例在1：20及1：400之间)充分溶于1.0ml纯水中，得到go/pnipam悬浮液；

(2)将所述go/pnipam悬浮液加入含重金属离子的废水中混合均匀(比例保证在1：1及1：5之间)，并加热至35℃以上形成固相水凝胶；

(3)将所述升温形成的go/pnipam水凝胶体系降温至32℃以下，体系会发生相分离，形成固相水凝胶及液相溶液；

(4)对(3)所述产物进行“类萃取”模式分离，将固相水凝胶和液相溶液分开，液相溶液即为已去除重金属离子的废水。

优选地，步骤(1)，所述充分溶于水为将所述pnipam粉末与水的混合物置于超声波下加速溶解。

优选地，步骤(1)，所述go/pnipam悬浮液的含量分别为0.1mg/ml，40mg/ml。

优选地，步骤(2)，所述混合废水应置于35℃以上下反应至少10min。

优选地，步骤(4)，所述过滤分离步骤中应趁热(25–31℃)过滤。

附图说明

图1是0.5mg/mlgo+40mg/mlpnipam在不同反应温度下的水凝胶对铜的吸附情况；

图2是0.5mg/mlgo+40mg/mlpnipam吸附效率与ph的关系；

图3是0.1mg/mlgo溶于水的电镜图片(比例尺5μm)；

图4是聚n-异丙基丙烯酰胺水凝胶逐渐由液态转变成固态的过程。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

(1)配制25.0mg/ml铜标准溶液；

(2)将go溶液及固态pnipam粉末(go/pnipam质量比例1：400)充分溶于水中，得到go/pnipam悬浮液，并将该悬浮液ph调节为6.0左右；

(3)将步骤(1)、(2)所述25.0mg/ml铜标准溶液、go/pnipam悬浮液充分混合，再将体系升温到35℃以上，即可形成复合水凝胶。通过降温至25–31℃，在5分钟之内，水凝胶会分相形成水相和高度凝缩的凝胶相；

(4)对步骤(3)所得产物在25–31℃进行相分离，除去固相凝胶得到液相溶液；

(5)取步骤(4)分离后的液相溶液1ml加入分液漏斗，并再向分液漏斗中加入49.0ml纯水稀释，然后加入5ml乙二胺四乙酸(edta)-柠檬酸铵溶液和2滴甲酚红指示液，用氯化铵-氢氧化铵缓冲溶液调ph至8～8.5(由红色经黄色变为浅紫色)；

(6)向分液漏斗加入5.0ml二乙基二硫代氨基甲酸钠溶液，摇匀，静置5min。准确加入5.0ml四氯化碳振荡不少于2min，静置，使分层；

(7)取步骤(6)中分液漏斗四氯化碳层溶液1.0ml，放入5mm比色皿中。分别在440nm波长处，以四氯化碳为参比，利用紫外分光光度仪测量吸光度，通过标准曲线计算铜离子浓度。经测试，在初始铜离子浓度为25.0mg/ml时，利用复合水凝胶吸附后，水中铜离子浓度降至2.1mg/ml，吸附效率为91.6％。

实施例2

(1)配制25.0mg/ml铅标准溶液；

(2)将液相氧化石墨烯及固态pnipam粉末(比例1：400)充分溶于水中，得到go/pnipam悬浮液，并将该悬浮液ph调节为6.0左右；

(3)将步骤(1)、(2)所述25mg/ml铅标准溶液、go/pnipam悬浮液充分混合，再将体系升温到35℃以上，即可形成复合水凝胶。通过降温至25–31℃，在5分钟之内，水凝胶会分相形成水相和高度凝缩的凝胶相；

(4)对步骤(3)所得产物在25–31℃进行相分离，除去固相凝胶得到液相溶液；

(5)将步骤(4)所得溶液利用原子吸收光谱进行检测。经检测，在铅离子浓度为25.0mg/ml时，利用复合水凝胶吸附后，水中铅离子浓度降至1.7mg/ml，吸附效率为93.2％。

实施例3

(1)配制25.0mg/ml镍标准溶液；

(2)将液相氧化石墨烯及固态pnipam粉末(比例1：400)充分溶于水中，得到go/pnipam悬浮液，并将该悬浮液ph调节为6.0左右；

(3)将步骤(1)、(2)所述25.0mg/ml镍标准溶液、go/pnipam悬浮液充分混合，再将体系升温到35℃以上，即可形成复合水凝胶。通过降温至25–31℃，在5分钟之内，水凝胶会分相形成水相和高度凝缩的凝胶相；

(4)对步骤(3)所得产物在25–31℃进行相分离，除去固相凝胶得到液相溶液；

(5)将步骤(4)所得溶液利用原子吸收光谱进行检测。经检测，在镍离子浓度为25.0mg/ml时，利用复合水凝胶吸附后，水中镍离子浓度降至2.8mg/ml，吸附效率为88.8％。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种氧化石墨烯(GO)/聚N‑异丙基丙烯酰胺(PNIPANM)复合可逆“溶胶–凝胶”体系在重金属离子去除中的应用，属于环境保护技术领域。将GO/PNIPAM复配水溶液，加入重金属离子超标的污水中，将体系升温到35℃以上，可形成复合水凝胶。通过降温至32℃以下，在5分钟内水凝胶会排出大量水分，分相形成水相和高度凝缩的凝胶相。同时吸附有大量重金属离子的GO片层被固定在高度凝缩的凝胶相中，可以通过简单的两相分离将水相和高度凝缩的凝胶相分离，以“类萃取”方式实现污水中重金属离子的去除。

技术研发人员：曹美文;位强;沈阳;闫云鹏;王生杰;夏永清
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：2019.04.23
技术公布日：2019.07.30