一种可抗静电屏蔽的梯度聚电解质水凝胶的制备方法和应用技术

本发明专利技术属于水凝胶材料制备和应用技术领域，涉及一种可抗静电屏蔽的梯度聚电解质水凝胶的制备方法和应用，将阳离子单体、芳香基单体、交联剂、UV引发剂和UV吸收剂溶解在二甲基亚砜中搅拌，形成反应混合液；将反应混合液注入模具，在单侧紫外光照射下反应3

【技术实现步骤摘要】
一种可抗静电屏蔽的梯度聚电解质水凝胶的制备方法和应用

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[0001]本专利技术属于水凝胶材料制备和应用
，涉及对重金属污染物吸附和催化的水凝胶材料，具体涉及一种可抗静电屏蔽(耐盐)的梯度聚电解质水凝胶的制备方法和应用，基于π
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阳离子相互作用解决聚电解质链的静电屏蔽问题，使其在高离子强度溶液环境中，通过梯度聚电解质水凝胶的固有和内置静电场实现重金属污染物的自驱动吸附和催化降解。

技术介绍
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[0002]随着工农业的快速发展，大量重金属被释放到空气、水和土壤中。重金属水资源污染是一个非常严重的社会环境问题，因为重金属污染物具有高毒、稳定和难降解等特性，并可通过食物链富集最终危害人类和其他生物的健康。因此，如何有效处理水体中的污染物成为环境领域的重要研究课题。目前对于水中重金属的去除方法主要包括高级氧化法、离子交换法、混凝
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絮凝法、吸附法和膜分离法等。其中，基于纳米材料对污染物进行吸附去除或者催化降解，被认为是当前水处理中最为经济有效的手段。
[0003]虽然纳米材料具有比表面积大以及活性位点多等优点，被广泛的应用于水体中重金属污染物的去除，但在实际应用中，小尺寸的纳米粒子在吸附或者催化降解后较难分离。因此，通常将纳米粒子封装在聚合物中制备成膜或微球状的复合材料。但是大部分聚合物载体一般不具备离子可渗透性，并且纳米粒子的部分活性位点可能被屏蔽，并且污染物在这类载体中的传质阻力大，最终影响对重金属污染物的综合去除性能。
[0004]最近有研究报道了一种梯度聚电解质水凝胶可作为纳米材料的载体，使得纳米材料的回收问题得到了解决，以水为分散介质的水凝胶，其纳米材料的活性位点可以和污染物充分接触。通过梯度聚电解质水凝胶的固有和内置静电场可以实现重金属污染物高效快速的传质和深度去除。但是对于聚电解质水凝胶来说，在高离子强度下，其内外静电场几乎会被盐离子完全屏蔽掉，使得性能大大降低。因此，非常有必要研究一种能在高离子环境中能对重金属污染物快速、高效去除的聚电解质水凝胶。

技术实现思路
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[0005]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的缺点，基于芳香单体与聚阳离子之间的强静电作用构建可抗静电屏蔽的智能聚电解质水凝胶作为纳米材料的载体，利用聚电解质的固有及内置静电场提高聚电解质水凝胶在高离子强度下对重金属污染物自驱动高效快速吸附与催化降解。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供一种可抗静电屏蔽的梯度聚电解质水凝胶的制备方法，具体步骤包括：
[0007](1)将等摩尔比的阳离子单体、芳香基单体、交联剂、紫外光(UV)引发剂和紫外光(UV)吸收剂溶解在DMSO中搅拌30min，形成反应混合液；
[0008](2)将反应混合液注入模具，在单侧紫外光照射下反应(3
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11)h，优选为6h；
[0009](3)反应结束后，将反应后的凝胶样品置于NaCl水溶液中以洗去DMSO和其他残留化学物质，得到可抗静电屏蔽的梯度聚电解质水凝胶。
[0010]进一步地，步骤(1)反应混合液中的阳离子单体总摩尔浓度为(1～2)mol/L，优选为2mol/L。
[0011]进一步地，在步骤(1)中，阳离子单体为(3
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丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵(APTC)。
[0012]进一步地，在步骤(1)中，芳香基单体为丙烯酸苄酯(BZA)。
[0013]进一步地，在步骤(1)中，所述交联剂为N,N'
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亚甲基双丙烯酰胺。
[0014]进一步地，在步骤(1)中，所述UV引发剂为α
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酮戊二酸。
[0015]进一步地，在步骤(1)中，反应混合液中的交联剂的摩尔浓度为(0.001～0.1)mol/L，优选为(0.01～0.1)mol/L。
[0016]进一步地，在步骤(1)中，反应混合液中的UV引发剂的摩尔浓度为(0.001～0.1)mol/L，优选为(0.005～0.01)mol/L。
[0017]进一步地，在步骤(1)中，反应混合液中的UV吸收剂的摩尔浓度为(0.001～0.005)mol/L，优选为(0.003～0.004)mol/L。
[0018]进一步地，在步骤(2)中，紫外光波长为365nm。
[0019]进一步地，在步骤(2)中，所述模具由两片透明石英玻璃片与硅胶垫片组成，硅胶垫片的厚度为0.5mm、1mm或2mm，优选2mm。
[0020]进一步地，步骤(3)将反应后的凝胶样品置于NaCl水溶液中浸泡；所述NaCl水溶液的浓度为0.7mol/L。
[0021]本专利技术还提供上述制备方法得到的可抗静电屏蔽的梯度聚电解质水凝胶。
[0022]本专利技术还提供所述梯度聚电解质水凝胶作为纳米吸附材料在处理重金属污染物中的应用，尤其是在处理高盐溶液中重金属污染物的应用。
[0023]本专利技术中所述的基于芳香单体与邻位聚阳离子之间的强的静电相互作用构建的可抗静电屏蔽的梯度聚电解质水凝胶在重金属污染物去除/催化降解方面有着广泛的应用，原因在于：(1)聚电解质由于反离子的扩散在周围形成一种静电场，同时基于水凝胶内置化学梯度形成一种静电场，在污染物去除过程中，基于这两种静电力的作用，使得污染物在短时间内可达到较高的去除效率；(2)本专利技术所制备的梯度聚电解质网链上的聚离子与邻位芳香单体具有强的静电相互作用，在高盐溶液环境下依旧保持较高的静电势；(3)本专利技术所制备的可抗静电屏蔽的梯度聚电解质水凝胶对于含氧阴离子型重金属污染物具有富集与吸附/催化性能；(4)本专利技术所制备的可抗静电屏蔽的梯度聚电解质水凝胶可作为纳米吸附材料载体，重金属污染物离子在水凝胶中是可渗透的，纳米材料的活性位点可完全暴露在含有大量水的水凝胶中，同时由于梯度聚电解质水凝胶内置驱动力及芳香单体与邻位聚阳离子之间的强静电作用，可实现在盐溶液中重金属污染物的快速去除；(5)本专利技术具有普适性。
[0024]本专利技术与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0025](1)本专利技术所述制备方法简单，采用一步自由基共聚法合成了所有的共聚物水凝胶。
[0026](2)本专利技术基于聚电解质网链上的聚离子与邻位芳香单体间强的静电相互作用，在高盐溶液下其内外静电场不被屏蔽。
[0027](3)本专利技术所述的梯度聚电解质水凝胶带正电，可针对含氧阴离子型重金属污染物进行富集及吸附/催化降解；同时，本专利技术具有普适性，可以通过制备不同电性的梯度聚电解质水凝胶来针对带电微污染物的去除。
[0028](4)本专利技术所述的可抗静电屏蔽的梯度聚电解质水凝胶可作为纳米材料的基体，解决了纳米材料在吸附/催化过程中难分离回收的问题，同时提高其吸附/催化效率。
[0029]综上所述，本专利技术通过一步法利用芳香单体与聚阳离子之间的强静电作用制备出可抑制静电屏蔽的梯度水凝胶，其制备方法简单便捷，基于芳香单体与相邻聚阳离子间的静电作用可实现高盐溶液中静电场驱动力不被屏蔽，从而实现在高离子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可抗静电屏蔽的梯度聚电解质水凝胶的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：(1)将阳离子单体、芳香基单体、交联剂、UV引发剂和UV吸收剂溶解在二甲基亚砜中搅拌，形成反应混合液；(2)将反应混合液注入模具，在单侧紫外光照射下反应3
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11h；(3)将反应后的凝胶样品洗去残留化学物质，得到可抗静电屏蔽的梯度聚电解质水凝胶。2.根据权利要求1所述的可抗静电屏蔽的梯度聚电解质水凝胶的制备方法，其特征在于，反应混合液中的阳离子单体总摩尔浓度为1～2mol/L。3.根据权利要求1所述的可抗静电屏蔽的梯度聚电解质水凝胶的制备方法，其特征在于，阳离子单体为(3
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丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵；芳香基单体为丙烯酸苄酯；交联剂为N,N'
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亚甲基双丙烯酰胺；所述UV引发剂为α
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酮戊二酸。4.根据权利要求1所述的可抗静电屏蔽的梯度聚电解质水凝胶的制备方法，其特征在于，反应混合液中的交联剂摩尔...

【专利技术属性】
技术研发人员：綦鹏飞，齐思琪，王越，张玉晗，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：