一种用于吸附重金属的复合水凝胶材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于吸附重金属的复合水凝胶材料及其制备方法。该材料是将四氯化钛与氯化锰分别加入壳聚糖的醋酸溶液中，再通氮气，水浴升温至55‑70℃，加入引发剂后搅拌均匀，再快速加入丙烯酰胺，60‑65℃下反应1.5‑3h，产物经脱水过滤后烘干，即得。该制备方法过程简单，制备所需时间短，适合于大规模生产；同时得到的掺杂无机物的无机‑有机复合水凝胶，对铅、铬、镍离子均具有良好吸附性能，吸附能力分别达到458.7mg/g、318.2mg/g、238.2mg/g，且经过脱附剂处理后，仍具有较高的吸附，可重复利用。

Composite hydrogel material for adsorbing heavy metal and preparation method thereof

The invention discloses a composite hydrogel material for adsorbing heavy metals and a preparation method thereof. The material is four titanium chloride and manganese chloride acetic acid solution were added to chitosan, then nitrogen, water bath heating up to 55 70 DEG C, adding initiator after mixing evenly, and then quickly added 1.5 acrylamide, the reaction of 3H 60 65 deg.c, filtering and drying product is dehydrated, i.e.. The preparation method has simple process, short preparation time required, suitable for mass production; inorganic organic doped inorganic composite hydrogel simultaneously obtained, have good adsorption properties of lead, chromium, nickel ion, adsorption capacity reached 458.7mg/g, 318.2mg/g, 238.2mg/g, and after desorption agent treatment, still with high adsorption, reusable.

【技术实现步骤摘要】
一种用于吸附重金属的复合水凝胶材料及其制备方法
本专利技术属于功能材料领域，具体而言，涉及一种吸附水体中重金属的复合水凝胶材料及其制备方法。
技术介绍
重金属是指密度大于4.5g/cm3的金属，重金属污染是由冶金、电镀、制革等行业排放的废水对水体及农田土壤环境造成的污染。重金属不能被微生物降解，易被生物体摄取后在较高级的生物体内富集产生累积性中毒。例如重金属汞，进入人体后将直接沉入肝脏，破坏大脑视力神经；重金属铅的毒性较大，对胎儿神经板造成伤害，导致脑死亡、老年痴呆等疾病；重金属铬会造成人体四肢麻木、精神异常。尽管目前已研发了诸如传统化学沉淀法、鳌合絮凝法、铁氧体法、离子交换法、蒸发浓缩法、吸附法、膜分离法和电化学方法等多种处理方法，与其它处理方法相比，吸附法由于具有适用范围广、处理工艺简单、原材料来源广、成本较低、处理效果较好，因此具有更好的实用性和更广阔的应用前景。现有吸附剂的研究主要包括活性炭、农业废弃物、树脂、膨润土、粉煤灰、海藻等，例如申请号201710159372.2《一种去除水体重金属的有机无机复合水凝胶》公开了先对黏土进行提纯、活化后与有机物复合，得到复合水凝胶，该方法需要对黏土进行多次处理，且步骤繁琐，耗费时间长。申请号201610851701.5《一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备方法》公开了将羧甲基壳聚糖与氧化石墨烯、丙胺烯酰胺混合反应，得到复合水凝胶，但是制备该水凝胶的目的是使其具有良好的生物相容性、力学性能，作为人造皮肤、韧带等材料，且文献中说明氧化石墨烯的作用是提高生物相容性，，羧甲基壳聚糖则是提供刚性，因此从该申请文件的各组分功能及效果来看，该水凝胶材料对重金属并未表现出任何吸附效果。申请号201610828084.7《壳聚糖/坡缕石/聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备方法》公开了一种以壳聚糖、坡缕石、丙烯酰胺为原料，在不加引发剂和无需N2保护的条件下，得到的复合水凝胶，但是该复合水凝胶不但对不同重金属离子的吸附量差别显著，且饱和吸附量最高不到160mg/g。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种制备时间短、对多种重金属均具有较高吸附率的复合水凝胶材料及其制备方法。为了实现本专利技术的目的，通过大量试验研究并不懈努力，最终获得如下技术方案：一种用于吸附重金属的复合水凝胶材料制备方法，由以下步骤制备而成：将四氯化钛与氯化锰分别加入壳聚糖的醋酸溶液中，再通氮气，水浴升温至55-70℃，加入引发剂后搅拌均匀，再快速加入丙烯酰胺，60-65℃下反应1.5-3h，产物经脱水过滤后烘干，得到复合水凝胶材料；其中所述四氯化钛、氯化锰、壳聚糖的质量比为(3-10)：(0.2-0.8)：180，壳聚糖：丙烯酰胺的质量比为1:(65-90)。进一步优选地，本专利技术提供的用于吸附重金属的复合水凝胶材料制备方法，其中所述四氯化钛、氯化锰、壳聚糖的质量比为(5-7)：(0.4-0.7)：180，壳聚糖：丙烯酰胺的质量比为1：(73-82)。进一步优选地，本专利技术提供的用于吸附重金属的复合水凝胶材料制备方法，其中所述引发剂用量为所述壳聚糖质量的10-14％。进一步优选地，本专利技术提供的用于吸附重金属的复合水凝胶材料制备方法，其中所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸氨或过硫酸钠，引发剂浓度为0.008-0.045g/mL。进一步优选地，本专利技术提供的用于吸附重金属的复合水凝胶材料制备方法，其中所述壳聚糖的醋酸溶液的质量浓度12-25g/L。进一步优选地，本专利技术提供的用于吸附重金属的复合水凝胶材料制备方法，其中所述醋酸溶液浓度为1-3％。进一步优选地，本专利技术提供的用于吸附重金属的复合水凝胶材料制备方法，其中所述壳聚糖的的粘均分子量为250000-400000。本专利技术中产物脱水过滤后烘干均为本领域常规技术手段，其中脱水过滤一般采用无水乙醇进行处理，烘干一般采用烘箱，烘干温度为60-70℃。本专利技术相对于现有技术，具有如下技术效果：本专利技术通过大量试验研究并筛选，创造性地得到掺杂无机物的无机-有机复合水凝胶，相对于单一材料，提高了凝胶吸附能力，且对铅、铬、镍都具有良好的吸附性能，吸附能力分别达到458.7mg/g、318.2mg/g、238.2mg/g，且经过脱附剂处理后，仍然具有优良的重金属吸附能力，可重复利用；本专利技术过程简单，制备所需时间短，适合于大规模生产。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式作进一步说明。实施例1取四氯化钛0.3g、氯化锰0.03g，分别加入到1.2L15g/L壳聚糖的醋酸溶液中(壳聚糖的粘均分子量为258000左右)，其中醋酸溶液浓度为1.5％，加入后立即通氮气30min，然后水浴升温至60℃，加入浓度0.02g/mL过硫酸钾90ml后搅拌溶液至均匀，快速加入丙烯酰胺1180g，在水浴60℃反应1.5h，得到的产物加入无水乙醇进行脱水过滤处理，凝胶在60℃下烘干2h，得到复合水凝胶材料。实施例2取四氯化钛1g、氯化锰0.08g，分别加入到0.9L20g/L壳聚糖的醋酸溶液中(壳聚糖的粘均分子量为375000左右)，其中醋酸溶液浓度为3％，加入后立即通氮气30min，然后水浴升温至70℃，加入浓度0.04g/mL过硫酸铵溶液63ml后搅拌溶液至均匀，快速加入丙烯酰胺1600g，在水浴65℃反应1.5h，得到的产物加入无水乙醇进行脱水过滤处理，凝胶在60℃下烘干2h，得到复合水凝胶材料。实施例3取四氯化钛0.55g、氯化锰0.04g，分别加入到0.9L20g/L壳聚糖的醋酸溶液中(壳聚糖的粘均分子量为350000左右)，其中醋酸溶液浓度为3％，加入后立即通氮气30min，然后水浴升温至65℃，加入浓度0.03g/mL过硫酸铵溶液73ml后搅拌溶液至均匀，快速加入丙烯酰胺1350g，在水浴65℃反应1.5h，得到的产物加入无水乙醇进行脱水过滤处理，凝胶在60℃下烘干2h，得到复合水凝胶材料。实施例4取四氯化钛0.7g、氯化锰0.07g，分别加入到1L18/L壳聚糖的醋酸溶液中(壳聚糖的粘均分子量为320000左右)，其中醋酸溶液浓度为2％，加入后立即通氮气30min，然后水浴升温至65℃，加入浓度0.03g/mL过硫酸铵溶液80ml后搅拌溶液至均匀，快速加入丙烯酰胺1450g，在水浴65℃反应1.5h，得到的产物加入无水乙醇进行脱水过滤处理，凝胶在60℃下烘干2h，得到复合水凝胶材料。实施例5其它条件与实施例1的相同，改变四氯化钛加入量为0.2g，氯化锰0.01g，丙烯酰胺900g，制备得到复合水凝胶材料。实施例6其它条件与实施例1的相同，改变四氯化钛加入量为1.2g，氯化锰1.0g，丙烯酰胺1800g，制备得到复合水凝胶材料。实施例7吸附重金属离子效果实验：1.处理含二价铅离子分别取实施例1-6得到的复合水凝胶20mg，处理25ml含二价铅离子的目标处理液，采用盐酸或氢氧化钠调节处理液pH为4-5，重金属铅离子浓度为500ppm，温度30℃，摇床速度200r/min，2h后检测目标处理液中重金属铅离子浓度，得到铅离子吸附量，结果如表1所示。表1实施例1-6复合水凝胶的铅离子吸附量(mg/g)实施例123456吸附量458.7472.1511.4491.2387.640本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于吸附重金属的复合水凝胶材料，其特征在于，该复合水凝胶材料按如下方法制备而成：将四氯化钛与氯化锰分别加入壳聚糖的醋酸溶液中，再通氮气，水浴升温至55‑70℃，加入引发剂后搅拌均匀，再快速加入丙烯酰胺，60‑65℃下反应1.5‑3h，产物经脱水过滤后烘干，得到复合水凝胶材料；其中所述四氯化钛、氯化锰、壳聚糖的质量比为(3‑10)：(0.2‑0.8)：180，壳聚糖：丙烯酰胺的质量比为1:(65‑90)。

【技术特征摘要】
1.一种用于吸附重金属的复合水凝胶材料，其特征在于，该复合水凝胶材料按如下方法制备而成：将四氯化钛与氯化锰分别加入壳聚糖的醋酸溶液中，再通氮气，水浴升温至55-70℃，加入引发剂后搅拌均匀，再快速加入丙烯酰胺，60-65℃下反应1.5-3h，产物经脱水过滤后烘干，得到复合水凝胶材料；其中所述四氯化钛、氯化锰、壳聚糖的质量比为(3-10)：(0.2-0.8)：180，壳聚糖：丙烯酰胺的质量比为1:(65-90)。2.根据权利要求1所述用于吸附重金属的复合水凝胶材料，其特征在于：所述四氯化钛、氯化锰、壳聚糖的质量比为(5-7)：(0.4-0.7)：180，壳聚糖：丙烯酰胺的质量比为1：(73-82)。3.一种根据权利要求1或2所述用于吸附重金属的复合水凝胶材料的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：将四氯化钛与氯化锰分别加入壳聚糖的醋酸溶液中，再通氮气，水浴升温至55-70℃，加入引发剂后搅拌均匀，再快速加入丙烯酰胺，60-65℃下反应1.5-3h，产物经脱水过滤后烘干...

【专利技术属性】
技术研发人员：张锋，
申请(专利权)人：宝鸡市金得利新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61