一种高效还原Cr(VI)的光控缓释双网络水凝胶催化剂制造技术

本发明专利技术公开了一种高效还原Cr(VI)的光控缓释双网络水凝胶催化剂，属于环境功能材料领域。本发明专利技术以丙烯酸为单体，通过自由基聚合法制备聚丙烯酸盐水凝胶，后置于Fe(III)溶液中利用铁和羧酸根的配位作用构建双网络水凝胶，经光照后基于配体

【技术实现步骤摘要】
一种高效还原Cr(VI)的光控缓释双网络水凝胶催化剂
[0001]本专利技术属于环境功能材料领域，特别涉及一种高效还原Cr(VI)的光控缓释双网络水凝胶催化剂。

技术介绍

[0002]电镀、采矿和不锈钢生产等工业活动中产生的Cr(VI)成为日益突出的环境问题，目前工业上大多采用化学还原法进行处理，其中，硫酸亚铁是常用的还原剂之一，但其存在Fe(II)利用率低、铁泥量大且无法回收利用等问题，因此亟需提升Fe(II)利用率并减少铁泥产生量。Fe(II)还原Cr(VI)过程中同时存在Fe(II)氧化副反应，且副反应的反应级数更高，因此Fe(II)浓度对副反应的反应速率影响更大。鉴于此，通过调控Fe(II)浓度，降低副反应的反应速率，对于提升Fe(II)利用率具有重要作用。
[0003]缓释指通过物理或化学法延缓活性成分的释放速率，目前主要应用在医药领域。其中光控缓释通常利用材料的光敏性进行活性成分的定量释放，其主要优势在于通过缓释可延长活性成分有效期、提高利用率等。据文献报道(Xu Zhe et al.,A new combined process for efficient removal of Cu(II)organic complexes from wastewater:Fe(III)displacement/UV degradation/alkaline precipitation,Water Research,87(2015)378
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384；Chen Yong et al.,Photodegradation of propranolol by Fe(III)
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citrate complexes:Kinetics,mechanism and effect of environmental media,Journal of Hazardous Materials,194(2011)202
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208)，Fe(III)
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羧基络合物在紫外光照下可基于配体
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金属电荷转移机制实现Fe(II)释放。然而目前基于Fe(III)
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羧基络合物的研究(Xu Zhe et al.,A new combined process for efficient removal of Cu(II)organic complexes from wastewater:Fe(III)displacement/UV degradation/alkaline precipitation,Water Research,87(2015)378
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384；Ye Yuxuan et al.,Efficient removal of Cr(III)
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organic complexes from water using UV/Fe(III)system:Negligible Cr(VI)accumulation and mechanism,Water Research,126(2017)172
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178；Yuan Yuan et al.,Low
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Fe(III)driven UV/Air process for enhanced recovery of heavy metals from EDTA complexed system,Water Research,171(2020)115375)主要集中于均相体系，仍未有效破解铁泥量大且铬回收利用难等问题，因此需要制备经济环保的非均相缓释材料作为催化剂。
[0004]薛诗山等人制备铁离子交联的自修复聚丙烯酸水凝胶(薛诗山等，基于金属离子交联的自修复聚丙烯酸水凝胶，高分子材料科学与工程，34(2018)15
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19)主要用于自修复领域，材料制备过程中直接将Fe(III)、单体丙烯酸和引发剂共混，其中Fe(III)与聚合物分子链中的羧基之间通过离子键进行交联，具有动态可逆特性，形成具有单一交联网络的结构。而本专利技术是应用于Cr(VI)的高效还原，应用领域不同，此外，制备过程中为了增强材料的稳定性和可循环使用性，使用交联剂进行初次交联反应后生成具有聚丙烯酸单一交联网络的水凝胶，后置于Fe(III)溶液中进行二次交联反应，生成具有双网络结构的水凝胶，此专利技术制备的水凝胶内不仅包含离子键，还包含共价键。

技术实现思路

[0005]针对均相Fe(II)用于化学还原过程中由于Fe(II)氧化副反应存在导致Fe(II)利用率低、铁泥量大且无法回收利用等问题，本专利技术提供一种高效还原Cr(VI)的光控缓释双网络水凝胶催化剂，利用丙烯酸为单体，通过自由基聚合制备单网络聚丙烯盐水凝胶，并置于Fe(III)溶液中进行二次交联反应，制备双网络水凝胶，可在光照下缓释Fe(II)催化位点从而实现Cr(VI)的高效还原。
[0006]为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0007]一种高效还原Cr(VI)的光控缓释双网络水凝胶催化剂，其步骤为：
[0008]步骤1，聚丙烯酸钠(PAAS)水凝胶制备：将丙烯酸(AA)和交联剂混溶于水制备溶液A，冰水浴条件下向溶液A中加入碱溶液制备溶液B，将溶液B经惰性气体吹扫后加入引发剂制备溶液C，将溶液C加热进行交联反应即可制得PAAS水凝胶；
[0009]步骤2，光控缓释双网络水凝胶的制备：将步骤1所制备的PAAS水凝胶置于Fe(III)溶液中进行二次交联反应，制得PAAS
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Fe水凝胶；
[0010]步骤3：所述光控缓释双网络(PAAS
‑
Fe)水凝胶催化剂在Cr(VI)还原中的应用，60min内对Cr(VI)去除率达到100％，Fe(II)利用率为95％。
[0011]优选地，所述步骤1中，交联剂为N,N
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亚甲基双丙烯酰胺、戊二醛、环氧氯丙烷中任一种或混合物，并控制溶液A中丙烯酸(AA)与交联剂的摩尔比为50:1～400:1。
[0012]优选地，所述步骤1中，碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾中任一种或混合物，并控制溶液B中丙烯酸(AA)和碱的摩尔比为1:1～1:10，惰性气体为氮气、氩气、氦气中任一种或混合物，所述惰性气体吹扫时间为5～60min。
[0013]优选地，所述步骤1中，引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中任一种或混合物，并控制溶液C中丙烯酸(AA)和引发剂的摩尔比为200:1～500:1。
[0014]优选地，所述步骤1中，溶液C加热进行交联反应的温度为30～70℃，反应时间为0.5～12h。
[0015]优选地，所述步骤2中，Fe(III)溶液为氯化铁、硝酸铁、硫酸铁中任一种，浓度为0.1～10mol/L。
[0016]优选地，所述步骤2中，PAAS水凝胶置于Fe(III)溶液中进行二次交联反应温度为20～50℃，反应时间为0.5～8h。
[0017]本专利技术中首本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效还原Cr(VI)的光控缓释双网络水凝胶催化剂，其特征在于，其制备过程及应用如下：步骤1，聚丙烯酸钠(PAAS)水凝胶制备：将丙烯酸(AA)和交联剂混溶于水中制备溶液A，冰水浴条件下向溶液A中加入碱溶液制备溶液B，将溶液B经惰性气体吹扫后加入引发剂制备溶液C，将溶液C加热进行交联反应即可制得PAAS水凝胶；步骤2，光控缓释双网络(PAAS
‑
Fe)水凝胶的制备：将步骤1所制备的PAAS水凝胶置于Fe(III)溶液中进行二次交联反应，制得PAAS
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Fe水凝胶；步骤3：所述光控缓释双网络(PAAS
‑
Fe)水凝胶催化剂在Cr(VI)还原中的应用，60min内对Cr(VI)去除率达到100％，Fe(II)利用率为95％。2.根据权利要求1所述的一种高效还原Cr(VI)的光控缓释双网络水凝胶催化剂，其特征在于，所述步骤1中，交联剂为N,N
‑
亚甲基双丙烯酰胺、戊二醛、环氧氯丙烷中任一种或混合物，并控制溶液A中丙烯酸(AA)与交联剂的摩尔比为50:1～400:1。3.根据权利要求1所述的一种高效还原Cr(VI)的光控缓释双...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘福强，宋丽，邱易行，冯悦峰，李爱民，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：