一种多孔重金属离子吸附剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多孔重金属离子吸附剂及其制备方法，其以二氧化钛溶胶与丙烯酸均匀混合，通过交联聚合制备稳定均一的二氧化钛/聚丙烯酸杂化凝胶，再使用酸性溶液洗脱二氧化钛后制得，本发明专利技术的多孔重金属离子吸附剂具有发达的孔隙结构且孔隙分布比较均匀，能够快速吸附重金属离子，吸附量很高，而且再生使用多次吸附量也没有明显变化，且制备过程简单、高效，性能优异，可广泛应用于含重金属离子的废水废液的处理，工业化应用潜力大，发展前景广阔。

A porous heavy metal ion adsorbent and its preparation method

The invention discloses a porous metal ion adsorbent and its preparation method, the TiO2 sol with acrylic acid mixing, preparation of stable and uniform TiO2 / polyacrylate hybrid gel by crosslinking polymerization, and then eluted using an acidic solution prepared porous titanium dioxide, adsorption of heavy metal ions of the invention has developed pore structure and agent the pore distribution is uniform, rapid adsorption of heavy metal ions, adsorption capacity is high, and the adsorption capacity of regeneration times did not change significantly, and the preparation process is simple, high efficiency, excellent performance, can be widely used in the treatment of wastewater containing heavy metal ions, industrial application potential and broad prospects for development.

【技术实现步骤摘要】
一种多孔重金属离子吸附剂及其制备方法
本专利技术涉及吸附功能材料及环境污染治理
，尤其是涉及一种多孔重金属离子吸附剂及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着重金属废水污染的不断加剧，重金属离子吸附剂成为了研究热点。丙烯酸是一种重要的有机合成原料，丙烯酸分子中含有大量的羧酸基团，与金属离子具有很强的相互作用，可用于制备重金属离子吸附剂；而多孔重金属离子吸附剂具有孔隙结构，不仅提高吸附速率，同时也为重金属离子的脱附提供便捷。目前常用的多孔结构制备方法包括：多孔原料的掺杂、水溶性致孔剂致孔、无机金属氧化物等。其中，多孔原料(如沸石、凹凸棒、纳米金属氧化物等)的掺杂可以有效提高材料的比表面积，但是原材料本身有的对重金属吸附效果不佳，有的价格较高；另外，水溶性致孔剂致孔是将混合了致孔剂的材料在水中浸泡，通过洗脱致孔剂而在材料中形成多孔结构，但是耗时长，洗脱效率不高；而无机金属氧化物可以溶解于酸性或碱性溶液，将无机金属氧化物与高分子材料混合，然后使用酸性或碱性溶液洗脱无机金属氧化物可以形成多孔结构，但是无机金属氧化物由于团聚，不易均匀分散于高分子材料中。
技术实现思路
针对现有技术的情况，本专利技术的目的在于提供一种多孔重金属离子吸附剂及其制备方法，本专利技术首先通过制备特定所需的二氧化钛溶胶，然后将该二氧化钛溶胶与丙烯酸混合均匀后引发丙烯酸交联聚合，然后利用二氧化钛溶胶表面的羧基与丙烯酸带有的羧基反应，在聚丙烯酸上原位引入二氧化钛制备稳定均一的二氧化钛/聚丙烯酸杂化凝胶，再利用酸性溶液洗脱二氧化钛，获得孔隙发达且分布均匀的多孔汇总金属离子吸附剂，通过有效增加吸附剂的孔隙结构，使吸附剂能够快速吸附重金属离子，并且吸附量高，同时发达的孔隙结构也有利于重金属离子从吸附剂脱附，使吸附剂具有优异的再生使用性能。为了实现本专利技术的技术目的，本专利技术采取的具体技术方案为：一种多孔重金属离子吸附剂的制备方法，其包括如下步骤：(1)将2～5份冰醋酸、24份无水乙醇依序加入到10份钛酸丁酯中，经搅拌混合均匀后，制得溶液A；(2)将0.1～1份去离子水加入到7.8份无水乙醇中，再滴加两滴浓盐酸后，经搅拌混合均匀制得溶液B；(3)将步骤(1)制得的溶液A缓慢搅拌倒入到步骤(2)制得的溶液B中，并在室温条件下持续搅拌15min后，进行静置处理2h，制得二氧化钛溶胶；(4)将1.56～2.34份氢氧化钠加入到7.5～10份去离子水中并进行搅拌混合均匀制得氢氧化钠溶液，然后在冰水浴条件下将4～6份丙烯酸搅拌滴加到制得的氢氧化钠溶液中，再加入0.004～0.08份N,N’-亚甲基双丙烯酰胺并将混合溶液置于60℃水浴条件下，将加入的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺搅拌溶解，然后加入引发剂进行反应制得丙烯酸预反应液；(5)将步骤(3)制得的二氧化钛溶胶加入到步骤(4)制得的丙烯酸预反应液中进行搅拌混合均匀，然后将其置于63℃的水浴条件下反应2h，制得稳定均一的二氧化钛/聚丙烯酸杂化凝胶；(6)将步骤(5)制得的二氧化钛/聚丙烯酸杂化凝胶置于去离子水中充分溶胀，然后投入到酸性溶液中，在80℃条件下搅拌浸泡2h，进行洗脱二氧化钛，即可制得多孔凝胶；(7)将步骤(6)制得的多孔凝胶取出并用去离子水洗涤去除酸性溶液后，再将其浸入碱性溶液以中和聚丙烯酸，最后再将其取出后用去离子水洗涤并冷冻干燥，即可制得聚丙烯酸多孔重金属离子吸附剂。进一步，所述步骤(4)中的氢氧化钠与丙烯酸的添加质量比为0.39：1。进一步，所述步骤(4)中的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵中的一种。进一步，所述步骤(5)中的二氧化钛溶胶与步骤(4)中丙烯酸的添加质量比值为0.25～1。进一步，所述步骤(6)中的酸性溶液为盐酸、硫酸、醋酸中的一种。进一步，所述步骤(7)中的碱性溶液为氢氧化钠、氨水、氢氧化钾中的一种。其中，可以通过原子吸收分光光度计测定所述吸附剂对重金属离子的吸附能力。以铜(II)离子为例，铜(II)离子吸附量的测试方法为：取50ml氯化铜溶液加入到锥形瓶中，加入一定量的吸附剂并密封，将锥形瓶放入100r/min的轨道摇床摇荡吸附8h，以原子吸收分光光度计测定吸附前后氯化铜溶液的浓度，并由下式计算铜(II)离子吸附量：式中：qe为铜(II)离子吸附量，mg/g；C0为吸附前铜(II)离子浓度，mg/L；C为吸附后溶液中的残留铜(II)离子浓度，mg/L；V为溶液体积，L；M为吸附剂质量，g。采用上述的技术方案，本专利技术与现有技术相比，其具有的有益效果为：(1)本专利技术首先制备特定的二氧化钛溶胶，然后将该二氧化钛溶胶与丙烯酸混合均匀并引发丙烯酸交联聚合，利用二氧化钛溶胶表面的羟基与丙烯酸带有的羧基反应，在聚丙烯酸上原位引入二氧化钛，从而制备了稳定均一的二氧化钛/聚丙烯酸杂化凝胶，克服了无机金属氧化物由于团聚不易均匀分散于高分子材料中的问题，再使用酸性溶液洗脱杂化凝胶中的二氧化钛制得所述吸附剂；(2)本专利技术所制得的吸附剂具有发达的孔隙结构，且孔隙分布比较均匀，能够快速吸附重金属离子，且吸附量很高，例如对铜(II)离子的吸附，5min吸附量即达200mg/g，饱和吸附量超过290mg/g；(3)本专利技术制得的多孔重金属离子吸附剂，由于具有发达的孔隙结构，不仅吸附效果好，而且易于脱附再生，再生多次后仍然保持原来的的形态，吸附量也没有明显变化，可以反复再生使用，有效降低使用成本。另外，本专利技术方案的吸附剂还具有制备过程简单、高效，性能优异，可广泛应用于含重金属离子的废水废液的处理，工业化应用潜力大，发展前景广阔的优点。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步的阐述：图1为本专利技术实施例1所制得的吸附剂的扫描电镜图，其中放大倍率为200倍；图2为本专利技术对比例1所制得的吸附剂的扫描电镜图，其中放大倍率为200倍；图3为专利技术实施例1与对比例1所制得吸附剂对铜(II)离子的吸附速率曲线对比；图4为本专利技术实施例1所制得吸附剂的吸附-脱附循环再生使用性能图。具体实施方式为了使本专利技术所述的内容更加便于理解，以下实施例将对本专利技术做进一步说明，但并非用以限制本专利技术的范围。实施例1一种多孔重金属离子吸附剂的制备方法，其包括如下步骤：(1)将2份冰醋酸、24份无水乙醇依序加入到10份钛酸丁酯中，经搅拌混合均匀后，制得溶液A；(2)将1份去离子水加入到7.8份无水乙醇中，再滴加两滴浓盐酸后，经搅拌混合均匀制得溶液B；(3)将步骤(1)制得的溶液A缓慢搅拌倒入到步骤(2)制得的溶液B中，并在室温条件下持续搅拌15min后，进行静置处理2h，制得二氧化钛溶胶；(4)将1.95份氢氧化钠加入到7.5份去离子水中并进行搅拌混合均匀制得氢氧化钠溶液，然后在冰水浴条件下将5份丙烯酸搅拌滴加到制得的氢氧化钠溶液中，再加入0.02份N,N’-亚甲基双丙烯酰胺并将混合溶液置于60℃水浴条件下，将加入的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺搅拌溶解，然后加入过硫酸钾进行反应制得丙烯酸预反应液；(5)将2份步骤(3)制得的二氧化钛溶胶加入到步骤(4)制得的丙烯酸预反应液中进行搅拌混合均匀，然后将其置于63℃的水浴条件下反应2h，制得稳定均一的二氧化钛/聚丙烯酸杂化凝胶；(6)将步骤(5)制得的二氧化钛/聚丙烯酸杂化凝胶置于去离子水中充分溶胀，然后投入到盐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔重金属离子吸附剂，其特征在于：其由二氧化钛溶胶与丙烯酸均匀混合后，通过交联聚合制得稳定均一的二氧化钛/聚丙烯酸杂化凝胶，再使用酸性溶液洗脱二氧化钛后制得。

【技术特征摘要】
1.一种多孔重金属离子吸附剂，其特征在于：其由二氧化钛溶胶与丙烯酸均匀混合后，通过交联聚合制得稳定均一的二氧化钛/聚丙烯酸杂化凝胶，再使用酸性溶液洗脱二氧化钛后制得。2.根据权利要求1所述的一种多孔重金属离子吸附剂的制备方法，其特征在于：其包括如下步骤：（1）将2～5份冰醋酸、24份无水乙醇依序加入到10份钛酸丁酯中，经搅拌混合均匀后，制得溶液A；（2）将0.1～1份去离子水加入到7.8份无水乙醇中，再滴加两滴浓盐酸后，经搅拌混合均匀制得溶液B；（3）将步骤（1）制得的溶液A缓慢搅拌倒入到步骤（2）制得的溶液B中，并在室温条件下持续搅拌15min后，进行静置处理2h，制得二氧化钛溶胶；（4）将1.56～2.34份氢氧化钠加入到7.5～10份去离子水中并进行搅拌混合均匀制得氢氧化钠溶液，然后在冰水浴条件下将4～6份丙烯酸搅拌滴加到制得的氢氧化钠溶液中，再加入0.004～0.08份N,N’-亚甲基双丙烯酰胺并将混合溶液置于60℃水浴条件下，将加入的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺搅拌溶解，然后加入引发剂进行反应制得丙烯酸预反应液；（5）将步骤（3）制得的二氧化钛溶胶加入到步骤（4）制得的丙烯酸预反应液中进行搅拌混合均匀，然后将其置于63℃的水浴条件下反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：张卫英，袁喆，李晓，陈玉宝，陈旻阳，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35