本发明专利技术公开了一种高分子吸附材料及其制备方法与应用，其制备方法包括以下步骤：以Fe3O4@SiO2，丙烯酸、丙烯酰胺、对苯乙烯磺酸钠或者Fe3O4@SiO2，丙烯酸、丙烯酰胺、苯乙烯为原料，聚乙烯醇为分散剂，十六烷为制孔剂，制备磁性复合水凝胶，再经硫醇改性制备改性磁性复合水凝胶P(AA/AM/SSS)/Fe3O4@SiO2或P(AA/AM/S)/Fe3O4@SiO2。本发明专利技术能够有效地减缓纳米Fe3O4的团聚现象，提高材料的比表面积，增加吸附鏊和基团，有效的提高了吸附能力。有效的提高了吸附能力。有效的提高了吸附能力。
【技术实现步骤摘要】
一种高分子吸附材料及其制备方法与应用
[0001]本专利技术涉及磁性水凝胶的制备以及在工业中的应用，属于高分子复合材料吸附剂领域。
技术介绍
[0002]大多数重金属离子，即使浓度很低，也具有毒性并且不会被生物降解。重金属离子有极大的毒性，不易排出体外；如若不慎摄入人体，可能会致癌、致畸，甚者产生生命危险。工业中产生的废水中常含有大量铅离子Pb(Ⅱ)、镉离子Cd(Ⅱ)等重金属离子，若不加处理直接排放到环境水系中，会导致严重的水污染事件发生。处理这些重金属离子废水常用化学沉淀法、离子交换法、电化学法和吸附法。其中，吸附法是目前处理重金属离子废水的有效方法之一，其具有操作简单灵活、高去除率、多数吸附材料易回收、成本低等优点。于此同时，对吸附法所用新型吸附材料的要求日益增高，既要求具有高吸附量、易回收、重复利用性好等优良性能，又需要易制备、低成本，于环境无害。
[0003]水凝胶吸附剂因其经济效益而被广泛关注，特别是磁性水凝胶，不仅具有良好的吸附能力且易于回收。以Fe3O4纳米颗粒作为水凝胶的一种原料时，虽然水凝胶对重金属离子具有良好的吸附效果，但是由于纳米Fe3O4粒子之间存在范德华力以及自身的磁力作用，容易发生团聚现象，这将会减小水凝胶的比表面积并降低其吸附重金属能力。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是提供一种高分子吸附材料及其制备方法与应用，以解决Fe3O4纳米颗粒作为水凝胶的一种原料时存在团聚，从而复合不均匀，不稳定问题，并提高水凝胶三维网状结构和比表面积，从而解决吸附能力低的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种高分子吸附材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
[0007](1)将Fe3O4纳米颗粒分散到水中，加入乙醇、氨水和硅酸乙酯，制备得到 Fe3O4@SiO2磁性纳米粒子；
[0008](2)以Fe3O4@SiO2磁性纳米粒子、丙烯酸、丙烯酰胺和对苯乙烯磺酸钠或者 Fe3O4@SiO2磁性纳米粒子、丙烯酸、丙烯酰胺和苯乙烯为原料，并加入分散剂和制孔剂，制备磁性复合水凝胶P(AA/AM/SSS)/Fe3O4@SiO2或P(AA/AM/S)/Fe3O4@SiO2；
[0009](3)将步骤(3)得到到磁性复合水凝胶改性，将其羟基变为硫醇基，得到所述高分子吸附材料。
[0010]所述步骤(2)中，以聚乙烯醇为分散剂，将丙烯酸加入氢氧化钠水溶液中和，再加入丙烯酰胺和对苯乙烯磺酸钠或丙烯酰胺和苯乙烯，同时加入Fe3O4@SiO2纳米粒子，然后加入过硫酸钾作为引发剂，N,N
’‑
亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，同时加入十六烷作为制孔剂，，搅拌，制得磁性复合水凝胶。
[0011]所述步骤(2)中，各原料混合后，升温至50℃
‑
80℃，然后搅拌至黏稠，放入烘箱干
燥，得到磁性复合水凝胶。
[0012]所述步骤(2)中，AA/AM/SSS与Fe3O4@SiO2磁性纳米粒子的质量比为(5～10)： 1，AA/AM/S与Fe3O4@SiO2磁性纳米粒子的质量比(10～5):1，分散剂的用量占原料总质量的5
‑
20％，制孔剂的用量占原料总质量的1
‑
10％。
[0013]所述步骤(3)中，将磁性复合水凝胶放在质量浓度为14％的氢氧化钠溶液中，加入二硫化碳，搅拌处理24h，然后用去离子水将改性后的产物冲洗至中性，在70℃下干燥12h，得到硫醇基改性磁性复合水凝胶。
[0014]一种用于所述的高分子吸附材料的制备方法的装置，包括依次连接的反应釜、双钢带冷却结片机、破碎机，所述双钢带冷却结片机的前半部分设置有一个保温室，保温室下方通入导热油，双钢带冷却结片机的后半部分下方通入冷凝水。
[0015]一种由所述的方法制备得到的复合高分子吸附材料。
[0016]所述的高分子吸附材料作为吸附剂在吸附工业废水中的重金属离子或化工染料中的应用。
[0017]所述重金属离子为Pb
2+
、Cu
2+
、Co
2+
、Cd
2+
和Ni
2+
的一种或多种。
[0018]所述化工染料为亚甲基蓝、甲基橙、孔雀绿和碱性藏花红的一种或多种。
[0019]吸附重金属离子的条件是：温度20～45℃，pH值为3～6；吸附化工染料的条件是：温度20～45℃，pH值为1～8。有益效果：相比于现有技术，本专利技术具有以下优点：
[0020](1)较于Fe3O4纳米颗粒作为水凝胶时，Fe3O4@SiO2其吸附性能更强。介孔SiO2因其具有均匀的孔结构，较大的比表面积和良好的孔径特性，被广泛应用于吸附分离领域。本专利技术将SiO2包裹在纳米Fe3O4外层制备得到Fe3O4@SiO2，能够有效地减缓纳米 Fe3O4的团聚现象，并提高磁性介孔微球对重金属的吸附能力。
[0021](2)加入聚乙烯醇作为分散剂，十六烷为制孔剂，显著提高三维网状结构和孔洞结构，提高比表面积，从而提高吸附能力。
[0022](3)印染行业废水总排放量占染料和重金属离子废水总排放量的1/3，平均废水回用率仅为7％左右，本专利技术所制备的磁性水凝胶水凝胶具有清晰的三维网状结构，能够通过其表面的羧基和氨基与亚甲基蓝(MB)和孔雀石绿(MG)相互作用，对MB,MG 的吸附较好。
[0023](4)本专利技术所制备的磁性水凝胶作为吸附剂具有广泛的适用性，对污水中的铅、镍、镉、铜等重金属均有显著的吸附效果，尤其是对铅离子选择性好，最大吸附量达到 4975mg/g，高效的再生和金属离子回收能力，对铅、镍、镉、铜等吸附能力没有损失，可以重复使用。
[0024](5)本专利技术所制备的磁性水凝胶具有较好的再生能力。
附图说明
[0025]图1为实施例1中磁性水凝胶的合成示意图；
[0026]图2a为实施例1中磁性水凝胶红外光谱；
[0027]图2b为实施例1中磁性水凝胶的XRD分析曲线；
[0028]图2c为实施例1中磁性水凝胶的热重图谱；
[0029]图3为实施例1中不同pH值时磁性水凝胶对典型重金属离子的吸附曲线；
[0030]图4为实施例1中的吸附时间与吸附量的关系；
[0031]图5为实施例1中磁性水凝胶的重复利用性测试；
[0032]图6为实施例1中的中试生产工艺流程图；
[0033]图7为实施例1中的中试生产设备图；
[0034]图8为实施例1中的中试生产DCS图；
[0035]图9为实施例2中磁性复合水凝胶的红外光谱图；
[0036]图10为实施例2中磁性复合水凝胶的拉曼图；
[0037]图11为实施例2中磁性复合水凝胶的X射线衍射图；
[0038]图12为实施例2中磁性复合水凝胶的热重曲线；
[0039]图13为实施例2中pH值与吸附量的关系；...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高分子吸附材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将Fe3O4纳米颗粒分散到水中，加入乙醇、氨水和硅酸乙酯，制备得到Fe3O4@SiO2磁性纳米粒子；(2)以Fe3O4@SiO2磁性纳米粒子、丙烯酸、丙烯酰胺和对苯乙烯磺酸钠或者Fe3O4@SiO2磁性纳米粒子、丙烯酸、丙烯酰胺和苯乙烯为原料，并加入分散剂和制孔剂，制备磁性复合水凝胶P(AA/AM/SSS)/Fe3O4@SiO2或P(AA/AM/S)/Fe3O4@SiO2；(3)将步骤(3)得到到磁性复合水凝胶改性，将其羟基变为硫醇基，得到所述高分子吸附材料。2.根据权利要求1所述的高分子吸附材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，以聚乙烯醇为分散剂，将丙烯酸加入氢氧化钠水溶液中和，再加入丙烯酰胺和对苯乙烯磺酸钠或丙烯酰胺和苯乙烯，同时加入Fe3O4@SiO2纳米粒子，然后加入过硫酸钾作为引发剂，N,N
’‑
亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，同时加入十六烷作为制孔剂，搅拌，制得磁性复合水凝胶。3.根据权利要求2所述的高分子吸附材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，各原料混合后，升温至50℃
‑
80℃，然后搅拌至黏稠，放入烘箱干燥，得到磁性复合水凝胶。4.根据权利要求1或2所述的高分子吸附材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，AA/AM/SSS与Fe3O4@SiO2磁性纳米粒子的质量比为(5～10)：1，AA/AM/S与Fe3O4@SiO2磁性纳米粒...
【专利技术属性】
技术研发人员：王士凡，张浩然，何红丽，陈金雨，武千越，刘源，
申请(专利权)人：徐州工程学院，
类型：发明
国别省市：
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