一种聚丙烯酸水凝胶吸附材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种聚丙烯酸水凝胶吸附材料的制备方法及应用，所述聚丙烯酸吸附材料是以丙烯酸为单体，N,N'‑亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，过硫酸铵为引发剂，亚硫酸氢钠为助凝剂，通过自由基聚合而成。本发明专利技术合成方法简便，对反应条件要求低，原料价格便宜，便于推广利用，且合成及吸附操作步骤简便，聚丙烯酸水凝胶吸附材料能够有效的对铀、铜等重金属离子进行吸附以达到合理治理污水的目的，通过调整不同的初始浓度，最适的PH,吸附平衡时间可以得到最优的吸附条件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物化工领域，具体涉及一种聚丙烯酸水凝胶吸附材料的制备方法及应用
技术介绍
吸附在水处理，尤其是去除重金属离子及有机染料等领域已经得到了大规模的应用，在所有的吸附材料中，高分子水凝胶因其具有大量的活性基团(重金属离子螯合活性位点)而得到了广泛应用。多数吸附材料吸附性能低、机械强度差且难以循环使用，聚丙烯酸水凝胶由于有大量的羧基基团且化学稳定性好、耐溶剂性强占据了重要的地位。传统的聚丙烯酸水凝胶合成方法需在氮气保护下进行，聚合时间较久，成本较高，不利于推广应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种聚丙烯酸水凝胶吸附材料的制备方法及应用，本专利技术方法无需氮气保护，简便快捷，成本较低。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种聚丙烯酸水凝胶吸附材料的制备方法，是以丙烯酸为单体，N,N'-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，过硫酸铵为引发剂，亚硫酸氢钠为助凝剂，通过自由基聚合而成。本专利技术所述制备方法具体如下：分别制备丙烯酸溶液、过硫酸铵溶液和亚硫酸氢钠溶液，将N,N'-亚甲基双丙烯酰胺溶解在丙烯酸溶液中，再加入过硫酸铵溶液和亚硫酸氢钠溶液，加水稀释得到混合溶液，所述混合溶液中，丙烯酸的质量分数为28-32％，N,N'-亚甲基双丙烯酰胺的质量分数为0.8-1.2％，过硫酸铵的质量分数为0.35-0.45％，亚硫酸氢钠的质量分数为0.35-0.45％；然后将上述混合液搅拌均匀，静置发生聚合反应形成水凝胶，将所述水凝胶切碎后冷冻干燥，得到聚丙烯酸水凝胶吸附材料，将所述吸附材料保存于50℃烘箱中。进一步，所述混合溶液中，丙烯酸的质量分数为30％，N,N'-亚甲基双丙烯酰胺的质量分数为1％，过硫酸铵的质量分数为0.42％，亚硫酸氢钠的质量分数为0.42％。所述聚合反应的聚合温度为23-27℃，聚合时间为2-2.5h。进一步，所述聚合反应的聚合温度为25℃，聚合时间为2h。本专利技术制备的聚丙烯酸水凝胶吸附材料应用于水处理，能有效吸附水中的重金属离子，如铀酰离子、铜离子等。在不添加N,N'-亚甲基双丙烯酰胺的情况下，丙烯酸单体线性聚合形成的聚丙烯酸水凝胶是水溶性的，该水溶性的吸附材料吸附重金属离子后无法回收，造成资源利用率低。而本专利技术添加了N,N'-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，丙烯酸单体交联聚合形成的聚丙烯酸水凝胶是非水溶性的，因此本专利技术的聚丙烯酸吸附材料吸附重金属离子后可回收，循环使用。本专利技术采用以上技术方案，通过自由基聚合作用将丙烯酸单体交联形成聚丙烯酸水凝胶，在添加助凝剂的情况下，无需氮气保护，就能快速聚合得到聚丙烯酸吸附材料。本专利技术合成的聚丙烯酸吸附材料利用聚丙烯酸上大量的羧基活性基团，在聚丙烯酸放置于水中的时候形成羧酸根，与金属离子通过配位键形成络合物，达到去除重金属离子污染物的目的。通过调整不同的初始浓度，最适的PH,吸附平衡时间可以得到最优的吸附条件。本专利技术的显著优点是：合成方法简便、快捷，反应所需条件少，可操作性强，形成的吸附材料放在污水中，可以有效快速的去除重金属离子，解决水中重金属离子的污染问题，是一种具有良好应用前景的方法，重金属离子去除率可以满足污水处理要求。附图说明以下结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细地说明：图1为FTIR结构分析图；a,b,c分别为丙烯酸，聚丙烯酸以及丙烯酸-铀复合物；图2为聚丙烯酸水凝胶吸附铀酰离子前后的TEM形貌分析：a,c为吸附前，b,d为吸附后；图3为聚丙烯酸水凝胶吸附铀酰离子前后的EDX表面元素分析：a为吸附前，b为吸附后；图4为实施例5中pH对吸附能力的影响；图5为实施例5中初始浓度对吸附的影响；图6为实施例5中时间对吸附的影响；图7为实施例5的吸附等温线；图8为实施例5的拟二级动力学曲线。具体实施方式以下本专利技术的几个具体实例，进一步描述本专利技术，但是本专利技术不仅限于此。实施例1一种聚丙烯酸水凝胶吸附材料的制备方法，具体如下：分别制备丙烯酸溶液、过硫酸铵溶液和亚硫酸氢钠溶液，将N,N'-亚甲基双丙烯酰胺溶解在丙烯酸溶液中，再加入过硫酸铵溶液和亚硫酸氢钠溶液，加水稀释得到混合溶液，所述混合溶液中，丙烯酸的质量分数为30％，N,N'-亚甲基双丙烯酰胺的质量分数为1％，过硫酸铵的质量分数为0.42％，亚硫酸氢钠的质量分数为0.42％；然后将上述混合液搅拌均匀，静置发生聚合反应形成水凝胶，所述聚合反应的聚合温度为25℃，聚合时间为2h，将得到的水凝胶切碎后冷冻干燥，得到聚丙烯酸水凝胶吸附材料，保存于50℃烘箱中。本实施例制备的聚丙烯酸水凝胶能够有效的对铀、铜等重金属离子进行吸附以达到合理治理污水的目的。实施例2一种聚丙烯酸水凝胶吸附材料的制备方法，具体如下：分别制备丙烯酸溶液、过硫酸铵溶液和亚硫酸氢钠溶液，将N,N'-亚甲基双丙烯酰胺溶解在丙烯酸溶液中，再加入过硫酸铵溶液和亚硫酸氢钠溶液，加水稀释得到混合溶液，所述混合溶液中，丙烯酸的质量分数为28％，N,N'-亚甲基双丙烯酰胺的质量分数为1.2％，过硫酸铵的质量分数为0.35％，亚硫酸氢钠的质量分数为0.35％；然后将上述混合液搅拌均匀，静置发生聚合反应形成水凝胶，所述聚合反应的聚合温度为23℃，聚合时间为2.5h，将得到的水凝胶切碎后冷冻干燥，得到聚丙烯酸水凝胶吸附材料，保存于50℃烘箱中。本实施例制备的聚丙烯酸水凝胶能够有效的对铀、铜等重金属离子进行吸附以达到合理治理污水的目的。实施例3一种聚丙烯酸吸附材料的制备方法，具体如下：分别制备丙烯酸溶液、过硫酸铵溶液和亚硫酸氢钠溶液，将N,N'-亚甲基双丙烯酰胺溶解在丙烯酸溶液中，再加入过硫酸铵溶液和亚硫酸氢钠溶液，加水稀释得到混合溶液，所述混合溶液中，丙烯酸的质量分数为32％，N,N'-亚甲基双丙烯酰胺的质量分数为0.8％，过硫酸铵的质量分数为0.45％，亚硫酸氢钠的质量分数为0.45％；然后将上述混合液搅拌均匀，静置发生聚合反应形成水凝胶，所述聚合反应的聚合温度为27℃，聚合时间为2-2.5h，将得到的水凝胶切碎后冷冻干燥，得到聚丙烯酸水凝胶吸附材料，保存于50℃烘箱中。本实施例制备出来的聚丙烯酸水凝胶能够有效的对铀、铜等重金属离子进行吸附以达到合理治理污水的目的。实施例4一种聚丙烯酸吸附材料的制备方法，具体如下：称取0.5gN,N'-亚甲基双丙烯酰胺溶解在15g丙烯酸单体溶液中，再加入完全溶解在水中的0.21g过硫酸铵和0.21g亚硫酸氢钠，最后将溶液稀释到50ml，搅拌均匀后静置直至形成水凝胶，将水凝胶切碎后放在冷冻干燥机里干燥24h，得到聚丙烯酸水凝胶吸附材料，放于50℃烘箱保存。本实施例制备出来的聚丙烯酸水凝胶能够有效的对铀、铜等重金属离子进行吸附以达到合理治理污水的目的。实施例5聚丙烯酸水凝胶吸附铀酰离子取干燥后的聚丙烯酸水凝胶对UO22+进行吸附研究。铀酰离子浓度的测定：以偶氮胂Ⅲ为络合剂，用紫外分光光度计在650nm波长处测定其浓度。吸附能力计算：其中，qe代表吸附能力，ce和c0分别代表平衡和初始浓度，m代表吸附材料的质量。研究了初始pH，初始浓度，反应时间对吸附过程的影响，同时对吸附等温线及动力学做了拟合。结果表明，聚丙烯酸水凝胶吸附材料对铀酰离子具有很好的吸附作用。如图4所示，在pH值较低的时候，吸附效果比较低，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚丙烯酸水凝胶吸附材料的制备方法，其特征在于：所述聚丙烯酸水凝胶吸附材料是以丙烯酸为单体，N,N'‑亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，过硫酸铵为引发剂，亚硫酸氢钠为助凝剂，通过自由基聚合而成。

【技术特征摘要】
1.一种聚丙烯酸水凝胶吸附材料的制备方法，其特征在于：所述聚丙烯酸水凝胶吸附材料是以丙烯酸为单体，N,N'-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，过硫酸铵为引发剂，亚硫酸氢钠为助凝剂，通过自由基聚合而成。2.根据权利要求1所述的一种聚丙烯酸水凝胶吸附材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法如下：分别制备丙烯酸溶液、过硫酸铵溶液和亚硫酸氢钠溶液，将N,N'-亚甲基双丙烯酰胺溶解在丙烯酸溶液中，再加入过硫酸铵溶液和亚硫酸氢钠溶液，加水稀释得到混合溶液，所述混合溶液中，丙烯酸的质量分数为28-32%，N,N'-亚甲基双丙烯酰胺的质量分数为0.8-1.2%，过硫酸铵的质量分数为0.35-0.45%，亚硫酸氢钠的质量分数为0.35-0.45%；然后将上述混合液搅拌均匀，静置发生聚合反应形成水凝胶，将水凝胶冷冻干燥，得到所述聚丙烯酸水凝胶吸...

【专利技术属性】
技术研发人员：许小平，伊晓峰，欧敏锐，祝令辉，谷俊杰，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35