本发明专利技术涉及具酰胺基和羟基且负载纳米水合氧化锰的复合水凝胶制备方法及应用，先由2-丙烯酸羟乙酯、N-羟甲基丙烯酰胺和蒸馏水均匀混合经辐照聚合得到聚合物水凝胶，并以该聚合物水凝胶为模板原位负载纳米水合氧化锰；2-丙烯酸羟乙酯、N-羟甲基丙烯酰胺单体的摩尔比为1～9：9～1，聚合温度为-63℃～-95℃；所述辐照聚合是2-丙烯酸羟乙酯和N-羟甲基丙烯酰胺的水溶液在保护气体气氛下进行；负载纳米水合氧化锰的方法是氧化还原反应原位沉淀法。应用于废水中重金属离子的吸附，能够有效去除重金属，并且该复合水凝胶具有机械强度更大，使用寿命长。
【技术实现步骤摘要】
具酰胺基和羟基且负载纳米水合氧化锰的复合水凝胶的制备方法和应用
本专利技术涉及一种具酰胺基和羟基且负载纳米水合氧化锰的复合水凝胶的制备方法及在水处理中的应用。
技术介绍
重金属污染，主要是指汞、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的重金属造成的环境污染。重金属在人体内与蛋白质及各种酶发生强烈的相互作用，使它们失去活性，会给人体造成很严重的危害。重金属还对植物产生危害，重金属在土壤-植物系统中迁移直接影响到植物的生理生化和生长发育。动物食用了重金属污染过的植物会随着食物链发生富集，最终会影响到人类的健康。重金属在大气、水体、土壤、生物体中广泛分布，并且重金属污染具有长期性、累积性、隐蔽性、潜伏性和不可逆性等特点，危害大、持续时间长、治理成本高。因此，环境中重金属污染的治理是目前国际性的难题和研究热点。 重金属废水处理方法主要有三类:第一类是物理方法，这种方法使废水中的重金属元素在不改变其化学形态的情况下被吸附、浓缩、分离，包括物理吸附、萃取、蒸发凝固法、膜分离和离子交换等；第二类是化学方法，废水中的重金属离子通过和化学物质发生反应而被除去，包括化学还原法、中和沉淀法、铁氧体共沉淀法、硫化物沉淀法、电化学还原法等；第三类是生物方法，其中包括生物絮凝、生物化学法和植物修复等，利用的是微生物或植物的吸收、积累、富集、絮凝等作用来去除废水中重金属。由于吸附法处理废水，其原料来源丰富(包括一些天然物质或工农业废弃物、合成功能性聚合物)，价格低廉，且使用后可再生，大大降低了重金属离子废水的处理费用，是目前废液中重金属离子吸附分离中应用非常广泛的一种方法。因而，选择吸附法去除重金属离子，降低水溶液中重金属离子浓度到安全范围的创新技术的发展在环境保护和资源利用方面有广阔的应用前景。 现有研究表明，酰胺基、羟基等基团由于引入了电子云密度较高的氮、氧原子，易与金属离子发生配位络合，同时，纳米水合氧化锰有较强的吸附能力，因此三者的结合对重金属离子具有良好的吸附去除性能。专利申请号为CN200710150196.2公开了一种紫外光一温度响应型高分子水凝胶生产方法，其由丙烯酰胺基偶氮苯与N-异丙基丙烯酰胺合成。专利申请号为CN201110104713.9公开了一种纳米孔状羟基磷酸钙/水凝胶材料的制备方法。专利申请号为CN201210143955.3公开了一种高盐度含重金属生产污水的化处理方法，其利用污水中的锰离子并调节到一定的浓度，经曝气预氧化，投加碱和氧化剂，控制污水的pH和Eh值,在水中制备水合氧化猛,通过吸附和共沉淀,脱除水中的重金属元素。另外，唐群委等(功能材料，2008，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)报道了以N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，过硫酸铵为引发剂，采用新型两步水溶液聚合法合成出聚丙烯酸盐/聚乙二醇互穿网络(PAA/PEG IPN)水凝胶，将该水凝胶用于重金属离子的回收。饶品华等(环境化学，2011，磁性阳离子水凝胶的合成及其对六价铬的吸附去除)报道了通过化学交联法自由基聚合反应合成了一种带永久正电荷的磁性阳离子水凝胶，评价了该水凝胶对水体中六价铬的吸附去除效果，红外光谱测试表明水凝胶表面含有酰胺基和季铵基团。Bingcai Pan等(Use of hydrous manganesed1xide as a potential sorbent for selective removal of lead, cadmium, and zinc1ns from water.Journal of Colloid and Interface Science.2008)报道了将 Mn2+离子通过离子交换作用交换到大孔磺酸基阳离子交换树脂内部，再加入氧化剂氧化的方法，将Mn2+氧化为水合二氧化锰(HMO)，制备(HMO)纳米复合材料，研究其对铅的吸附性能。 现有人工合成的高分子水凝胶由于具有氨基，羟基，羧基，磺酸基等一种或多种功能性基团，对重金属离子的去除有一定效果，但是现有的人工合成方法大多合成途径复杂，需要添加交联剂，引发剂，得到的聚合物水凝胶纯度不高，高能射线辐照聚合法无需添加其他物质，方法较为清洁。而采用辐照法结合改性技术，既可以制备纯净的聚合物水凝胶，又可以在制备后进行改性，负载可以高效吸附重金属的其他有用物质。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种具酰胺基和羟基且负载纳米水合氧化锰的复合水凝胶的制备方法及其对Cr3+、Cd2+、Ni2+、Zn2+、Cu2+和Pb2+离子的吸附应用。 本专利技术的技术方案是:具酰胺基和羟基且负载纳米水合氧化锰的复合水凝胶的制备方法为:先由2-丙烯酸羟乙酯、N-羟甲基丙烯酰胺和蒸馏水均匀混合经辐照聚合得到聚合物水凝胶，并以该聚合物水凝胶为模板原位负载纳米水合氧化锰最终得到复合水凝胶；其中，2-丙烯酸羟乙酯、N-羟甲基丙烯酰胺单体的摩尔比为I?9:9?1，所述辐照聚合的辐射剂量为I X 14?I X 18Gy,聚合温度为-63°C?_95°C。负载纳米水合氧化锰的方法是氧化还原反应原位沉淀法。 优选所述辐照聚合为Y射线或电子束(电子束由加速器产生，能量一般在MeV以上)辐照聚合，所述Y射线优选为6tlCo-Y射线或137Cs-Y射线。 作为优选方案，所述辐照聚合是2-丙烯酸羟乙酯和N-羟甲基丙烯酰胺的水溶液在保护气体气氛下进行，2-丙烯酸羟乙酯和N-羟甲基丙烯酰胺的均匀混合物与水的体积比为1:1?5。所述均匀混合物是指将2-丙烯酸羟乙酯和N-羟甲基丙烯酰胺与水混合并用超声处理0.5h充分溶解后所得的溶液。所述保护气体为对聚合无影响的气体，以排除空气中氧气，保护气体优选为氮气、氦气、氩气等惰性气体，最优选为氮气。 作为优选方案，对二元共聚水凝胶采用氧化还原法原位负载水合氧化锰，负载于复合水凝胶上的水合氧化锰的成分为ΗΜ0。 作为优选方案，用于氧化还原反应原位沉淀的二价锰盐为硫酸锰、氯化锰中的任一种，所用的氧化剂为NaC10、KMn04中的任一种；反应温度控制在25±5°C。 所述制备方法得到的具酰胺基和羟基且负载纳米水合氧化锰的复合水凝胶。 所述的制备方法得到的具酰胺基和羟基且负载纳米水合氧化锰的纳米复合水凝胶在水处理中应用，用于除去Cr3+、Cd2+、Ni2+、Zn2+、Cu2+或Pb2+中至少一种金属离子的应用。 具体而言，在聚合物水凝胶上原位负载纳米水合氧化锰，主要包括以下步骤: (I)称取适量待改性的载体水凝胶置于Mn (II)溶液中搅拌24h ； (2)滤出上述溶液中的水凝胶，晾干，然后置于NaC1的碱溶液或KMnO4溶液中搅拌24±12h。当溶液的颜色变为深棕色，表明HMO生成，反应在25±5°C进行； (3)将氧化反应后的复合水凝胶过滤，用去离子水将其洗至中性。然后在烘箱中以45±5°C烘干，即可得到复合水凝胶。 本专利技术得到的具酰胺基和羟基且负载纳米水合氧化锰的复合水凝胶对重金属离子的吸附，具体操作如下: 具酰胺基和羟基且负载纳米水合氧化锰的复合水凝胶对重金属离子进行吸收，最好在25±5°C下进行恒温吸附，时间为24h以上(至72h)，能够吸附大量重金属离子。 2-本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具酰胺基和羟基且负载纳米水合氧化锰的复合水凝胶制备方法，其特征在于，先由2‑丙烯酸羟乙酯、N‑羟甲基丙烯酰胺和蒸馏水均匀混合经辐照聚合得到聚合物水凝胶，并以该聚合物水凝胶为模板原位负载纳米水合氧化锰；2‑丙烯酸羟乙酯、N‑羟甲基丙烯酰胺单体的摩尔比为1～9：9～1，所述辐照聚合的高能射线为60Co‑γ射线、137Cs‑γ射线或电子束，辐射剂量为1×104～1×108Gy，聚合温度为‑63℃～‑95℃；所述辐照聚合是2‑丙烯酸羟乙酯和N‑羟甲基丙烯酰胺的水溶液在保护气体气氛下进行；负载纳米水合氧化锰的方法是氧化还原反应原位沉淀法。
【技术特征摘要】
1.一种具酰胺基和羟基且负载纳米水合氧化锰的复合水凝胶制备方法，其特征在于，先由2-丙烯酸羟乙酯、N-羟甲基丙烯酰胺和蒸馏水均匀混合经辐照聚合得到聚合物水凝胶，并以该聚合物水凝胶为模板原位负载纳米水合氧化锰； 2_丙烯酸羟乙酯、N-羟甲基丙烯酰胺单体的摩尔比为1?9:9?1，所述辐照聚合的高能射线为6°Coi射线、137Csi射线或电子束，辐射剂量为1X104?lX108Gy，聚合温度为-63°C ?-95 °C ； 所述辐照聚合是2-丙烯酸羟乙酯和N-羟甲基丙烯酰胺的水溶液在保护气体气氛下进行；负载纳米水合氧化锰的方法是氧化还原反应原位沉淀法。2.如权利要求1所述的复合水凝胶的制备方法，其特征在于对二元聚合物水凝胶采用氧化还原法原位负载纳米水合氧化锰，负载于复合水凝胶上的纳米水合氧化锰的成分为HMOo3.如权利要求2所述的复合水凝胶的制备方法，其特征在于用于氧化还原反应原位沉淀的二价锰盐为硫酸锰、氯化锰中的任一种，所用的氧化剂为NaC1、...
【专利技术属性】
技术研发人员：李正魁，朱倩，王晶晶，韩华杨，张万广，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。