一种球形聚合物凝胶指示剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种球形聚合物凝胶指示剂及其制备方法和应用，该指示剂是由醛酮胺阳离子缩聚物和漆酚通过悬浮聚合和冷冻干燥后制得的表面具有花瓣状褶皱的凝胶微球，花瓣状褶皱内分布有用于吸附的孔隙。本发明专利技术使用具有特殊形貌和基团结构的聚合物凝胶作为指示剂，基于凝胶指示剂与水中Cr(VI)发生的吸附

【技术实现步骤摘要】
一种球形聚合物凝胶指示剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于水中污染物检测，具体涉及一种具有特殊形貌和基团结构的聚合物凝胶作指示剂及其制备方法以及作为水中六价铬离子浓度检测试剂的应用

技术介绍

[0002]电镀、金属加工、颜料等行业排放的含铬废水是环境中Cr(VI)污染的主要来源。目前针对水中Cr(VI)浓度的测量方法主要有ICP
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MS、ICP
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OES和二苯碳酰二肼分光光度法等。这其中，ICP
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MS、ICP
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OES法的实施需要精密的仪器和复杂的预处理；而分光光度法所用的显色剂二苯碳酰二肼对于光、热和氧敏感，使用时需溶于丙酮等有机溶剂配成显色剂溶液，平时则需贮于棕色瓶并置冰箱中保存。因此，以上这些方法更适合在实验室中对水中Cr(VI)浓度进行精确的定量分析，却难以满足野外或废水排放现场的便捷、快速的半定量测定需求。对此，已有研究报道将二苯碳酰二肼粉末与无机盐、固体有机酸等物质混合研磨，制成水溶性相对较好的复合固态显色剂，一定程度上克服了使用有机溶剂溶解和显色剂难以保存的问题，使二苯碳酰二肼分光光度法能较好地适应野外或现场快速测试要求。然而即使通过无机盐增溶，二苯碳酰二肼在水中的溶解性还是偏低，对较高浓度Cr(VI)废水的测试效果较差；此外，显色后的溶液属于液体危废，在野外环境中处置不当易形成对水体的二次污染。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：本专利技术的目的在于提供一种表面具有花瓣状褶皱和孔隙结构的快速实现对水中Cr(VI)浓度的半定量测定的球形聚合物凝胶指示剂；本专利技术的第二目的在于提供一种上述球形聚合物凝胶指示剂的制备方法；本专利技术的第三目的在于提供上述球形聚合物凝胶指示剂在进行Cr(VI)含量测定中的应用。
[0004]技术方案：本专利技术的一种球形聚合物凝胶指示剂，所述指示剂是由醛酮胺阳离子缩聚物和漆酚通过悬浮聚合和冷冻干燥后制得的表面具有花瓣状褶皱的凝胶微球，所述花瓣状褶皱内分布有用于吸附的孔隙；所述醛酮胺阳离子缩聚物和漆酚的质量比为1：0.06～0.12。
[0005]本专利技术还保护所述的球形聚合物凝胶指示剂的制备方法，包括以下步骤：
[0006](1)水相反应液配制：首先量取蒸馏水，加入醛酮胺阳离子聚合物搅拌溶解，调节溶液pH为8～9；随后升温并在不断搅拌情况下逐渐滴加漆酚乙醇溶液搅拌回流反应；最后待反应溶液冷却至室温，加入戊二醛，搅拌均匀制成水相反应液；
[0007](2)油相分散液配制：将分散剂加入分散介质，充分搅拌使其混溶均匀，得到油相分散液；
[0008](3)在恒温条件下将制备好的油相分散液和水相反应液混合并搅拌，使水相反应液以小液滴形式悬浮于油相分散液中进行凝胶化反应；
[0009](4)结束反应降至室温后，过滤得到的球形凝胶产物，表面清洗后将球形凝胶浸泡
于氨水，冷冻干燥得到凝胶指示剂。
[0010]进一步的，所述步骤(1)中，所述蒸馏水、醛酮胺阳离子缩聚物、漆酚乙醇溶液和戊二醛的质量比为60：25～30：20～30：1～2；其中，漆酚乙醇溶液的质量浓度为10％。
[0011]进一步的，分散介质与分散剂的质量比为30～40：1；其中，所述的分散介质是环烷烃、矿物油、溶剂油中的一种或多种混合物；所述分散剂是OP
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10、TX
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10、司盘
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60、吐温
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60中的一种或多种混合物。
[0012]进一步的，凝胶化反应的反应温度为60～80℃，反应时间为1.5～2.5h；反应过程中的搅拌速度为380～450r/min。
[0013]进一步的，冷冻干燥的氨水质量浓度为10～20％，冷冻干燥的时间为12h。
[0014]上述的方案中，醛酮胺阳离子聚合物是利用醛、丙酮和胺在酸和碱的催化下，先后通过亲核加成反应、羟醛缩合反应和迈克尔加成反应制备的一种水溶性阳离子聚合物。
[0015]本专利技术的制备原理是：由于醛酮胺阳离子聚合物的表面含有大量的胺基和羟甲基，使得制备的凝胶微球含有大量胺基、羟甲基、醚键等亲水基团，凝胶微球水溶液中具有很高的阳离子度，具体为3.5～4.5mmol/g，因此凝胶微球具备了吸附如Cr(VI)等离子的前提条件。醛酮胺阳离子聚合物在与漆酚进行聚合的过程中，漆酚上的酚羟基因氧化而转化为带羰基的醌式结构，随后羰基与阳离子聚合物上的胺基发生席夫碱反应，从而在凝胶微球的表面引入部分疏水的漆酚组分，在后续的冻干处理的过程中，由于疏水组分对水的排斥从而使得表面形成花瓣状褶皱，花瓣状褶皱的表面有利于增大凝胶微球的比表面积；同时，由于冻干之前还需要在氨水中浸泡处理，氨水渗透进入凝胶微球内部，减低凝胶中水的凝固点以及后续低冻干时水的表面张力，易于形成花瓣状褶皱并增大球形颗粒的孔隙，而花瓣状褶皱以及多孔隙的结构的协同作用有利于凝胶微球提高吸附速率。因此，上述制备的球形聚合物凝胶指示剂具有以下表面形貌和化学结构特点：第一，凝胶为直径100～400um的微球，表面具有花瓣状褶皱和孔隙，粒径分布均一；其次，凝胶分子含有大量胺基、羟甲基、醚键等亲水基团，在水溶液中具有很高的阳离子度；最后，凝胶微球具有氧化变色特性，其颜色随Cr(VI)吸附量的增加而逐渐变深。
[0016]本专利技术还保护所述的球形聚合物凝胶指示剂在水样中六价铬离子浓度半定量检测分析中的应用，所述水中六价铬离子浓度范围为2～100mg/L，水样的pH为1～7。
[0017]进一步的，所述半定量检测分析具体过程为：将凝胶指示剂与含铬待测水样混合，振荡并过滤得到吸附Cr(VI)的凝胶指示剂，然后对吸附后的凝胶指示剂加热，通过比对凝胶指示剂的颜色确定水样中的六价铬离子浓度的范围。其中，振荡时间为1～2min，加热温度为70～80℃，加热时间为8～10min。
[0018]在具体应用过程中，该检测方法是基于凝胶指示剂与水中Cr(VI)发生的吸附
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氧化
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变色反应的机理。在检测前，可以预先通过设定的具体溶液pH值以及Cr(VI)浓度范围，确定出用于比对的颜色标准区间，制备如比色卡或比色试纸等；后在实际检测过程中，由于整体的反应和加热时间较短，因此在短时间内可以将试剂最终显现的颜色与比色卡或比色试纸进行对比，从而快速定位到所检测水样中Cr(VI)浓度范围，实现对水中Cr(VI)浓度的半定量测定。
[0019]有益效果：与现有技术相比，本专利技术的具有如下显著优点：
[0020]1.本专利技术以一种聚合物凝胶为指示剂，通过吸附
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氧化
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变色的反应过程实现对水
中Cr(VI)含量的半定量测定。该方法不使用任何复杂仪器设备即可在10分钟内对水样进行Cr(VI)含量测定，具有便捷、快速、成本低、试剂易保存、测试后不产生二次废水污染等优点，较好地解决了现有测试方法在野外或废水排放现场对水中Cr(VI)浓度进行便捷、快速测定时存在的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种球形聚合物凝胶指示剂，其特征在于：所述指示剂是由醛酮胺阳离子缩聚物和漆酚通过悬浮聚合和冷冻干燥后制得的表面具有花瓣状褶皱的凝胶微球，所述花瓣状褶皱内分布有用于吸附的孔隙；所述醛酮胺阳离子缩聚物和漆酚的质量比为1：0.06~0.12。2.根据权利要求1所述的球形聚合物凝胶指示剂，其特征在于：所述凝胶微球的直径100~400 μm；凝胶微球的阳离子度为3.4~4.5 mmol/g。3.一种权利要求1
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2任一项所述的球形聚合物凝胶指示剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）水相反应液配制：首先量取蒸馏水，加入醛酮胺阳离子聚合物搅拌溶解，调节溶液pH为8~9；随后升温并在不断搅拌情况下逐渐滴加漆酚乙醇溶液搅拌回流反应；最后待反应溶液冷却至室温，加入戊二醛，搅拌均匀制成水相反应液；（2）油相分散液配制：将分散剂加入分散介质，充分搅拌使其混溶均匀，得到油相分散液；（3）在恒温条件下将制备好的油相分散液和水相反应液混合并搅拌，使水相反应液以小液滴形式悬浮于油相分散液中进行凝胶化反应；（4）结束反应降至室温后，过滤得到的球形凝胶产物，表面清洗后将球形凝胶浸泡于氨水，冷冻干燥得到凝胶指示剂。4.根据权利要求3所述的球形聚合物凝胶指示剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，所述蒸馏水、醛酮胺阳离子缩聚物、漆酚乙醇溶液和戊二醛的质量比为60：25~30：20~30：1~2；其中，漆酚乙醇溶液的质量浓度为10%。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：王思航，方润，陈派锋，郭瑞雪，郑开注，刘鸿宇，
申请(专利权)人：闽江学院，
类型：发明
国别省市：