本发明专利技术涉及具有磺酸基的重金属吸附共聚物及其制备方法和应用，制备方法简单、易于操作，所述共聚物用于水处理时，可有效吸附Cr3+、Cd2+、Cu2+和Pb2+离子。所述具有磺酸基的重金属吸附共聚物的制备方法为：由2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(以下简称AMPS)和N-乙烯基甲酰胺(以下简称NVF)经高能射线辐照聚合得到，其中，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与N-乙烯基甲酰胺的摩尔比为1∶1～1∶9，所述辐照聚合的辐射剂量为1×103～1×106Gy，聚合温度为-63℃～-95℃。本发明专利技术提供的共聚物具有较好的孔结构，可有效吸附、螯合重金属离子；并且具有一定的机械强度，使用寿命长。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种具有磺酸基的重金属吸附共聚物、其制备方法及其在水处理中的应用。
技术介绍
重金属污染是指由重金属或其化合物造成的污染，主要为水污染。大多数工业生产，如电镀、冶金金属加工、采矿、机械制造等，都会产生大量含重金属和重金属离子的工业废水，而且工业废水和饮用水中的重金属离子不易被生物降解，会在生物体内富集，而人类又是生物体的最终消费者，因此重金属在人体内的富集程度更高，对人的危害更大。此外， 重金属和重金属离子对水栖生物、植物和环境等都具有极大的危害。故此，防治重金属污染已经被国家列为“十二五”污染防治工作的重点。镉、铬、铜、铅是严重污染环境的重金属， 其中镉造成的污染普遍存在，且难以消除，给环境和人体健康造成严重的危害。因此，开展重金属污染物的处理研究具有着重要的现实意义。重金属废水处理技术主要包括化学法(化学沉淀、氧化还原、铁氧体法等)、生物法、蒸发浓缩、电解法、离子交换法、吸附法、膜分离法等。其中化学沉淀法因投资省、运行成本低等原因应用最为广泛，但重金属污染物的处理深度偏低，出水水质受原废水水质波动、 PH控制、沉淀时间、搅拌条件等因素影响波动性较大，易出现超标现象；蒸发浓缩、电解法等深度处理技术虽在处理效果上有较好表现，但在设备投资及处理成本上仍然偏高，难以实现大规模推广应用；混凝、生物处理、氧化还原等往往达不到重金属废水排放标准；反渗透、超滤、纳滤等膜分离技术总体处理效果较好，但对运行条件要求较高，出水和回用率不稳定，投资与操作成本偏高。而吸附法因其成本低廉、方法简便易行受到环境界研究人员的重视。目前，常用的吸附剂主要有活性炭、沸石、离子树脂和螯合树脂等，而采用共聚法制备吸附剂的研究相对较少。现有研究表明，氨基、磺酸基等基团由于引入了电子云密度较高的氮、硫原子，易与金属离子发生配位络合，因此对重金属离子具有良好的吸附性能。2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)由于具有磺酸基具有成为吸附重金属离子共聚物的价值。专利申请号为 200710009066公布了 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的制备方法，专利申请号为02103930 公布了在紫外光作用下，通过与AM/AMPS共聚物发生光化学反应，使之转化为具有反应活性的材料的方法。专利申请号为200810143887公开了一种聚丙烯酸/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的制备方法。另外，张保良等人(山东大学学报(工学版)，2011年，Poly (AM/ AMPS)反相乳液的Hofmarm降解及其在脱除Cu2+方面的应用)报道了通过化学方法制备两性聚合物-聚(丙烯酰胺/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/乙烯胺)及对Cu2+的吸附，谢建军等人(功能高分子学报，2008年，丙烯酸系高吸水树脂反相悬浮聚合法制备及其吸附性) 报道了采用反相悬浮聚合法制备聚(丙烯酸/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)及对Cu2+， Cr3+的吸附性能。但上述方法大多数为化学聚合法，其制备过程往往需要添加引发剂、交联剂，从而导致制备的高分子聚合物纯度下降。
技术实现思路
本专利技术提供一种具有磺酸基的重金属吸附共聚物的制备方法，简单、易于操作，所述共聚物用于水处理时，可有效吸附Cr3+、Cd2+、Cu2+和1 2+离子。本专利技术还提供上述制备方法得到的具有磺酸基的重金属吸附共聚物，及所述共聚物在水处理中的应用。所述具有磺酸基的重金属吸附共聚物的制备方法为由2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(以下简称AMPS)和N-乙烯基甲酰胺(以下简称NVF)经高能射线辐照聚合得到，其中，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与N-乙烯基甲酰胺的摩尔比为1 1 1 9，所述辐照聚合的辐射剂量为IXlO3 lXlOty，聚合温度为-63°C -95°C。优选所述辐照聚合为Y射线或电子束(电子束由加速器产生，能量一般在MeV以上)辐照聚合，所述、射线优选为6tlCo-Y射线或137Cs-γ射线。作为优选方案，所述辐照聚合是由2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和N-乙烯基甲酰胺的水溶液在保护气体气氛下进行，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和N-乙烯基甲酰胺的均勻混合物与水的体积比为1 6 3 8。所述均勻混合物是指将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和N-乙烯基甲酰胺混合均勻并充分溶解后所得的溶液。所述保护气体为对聚合无影响的气体，以排除空气中氧气，保护气体优选为氮气、氦气、氩气等惰性气体，最优选为氮气。聚合温度优选为_63°C -95 °C。作为优选方案，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和N-乙烯基甲酰胺的水溶液是将 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N-乙烯基甲酰胺和水混合后，经超声波处理5-15min得到。 所用水优选蒸馏水或去离子水，更优选去离子水。所述制备方法得到的具有磺酸基的重金属吸附共聚物。所述具有磺酸基的重金属吸附共聚物在水处理中除去Cr3+、Cd2+、Cu2+或1 2+中至少一种金属离子的应用。本专利技术的有益效果是提供的共聚物具有较好的孔结构，含有多种可以吸附重金属的功能基团，特别是磺酸基，对Cr3+、Cd2+、Cu2+和1 2+离子的吸附容量高，可有效吸附、螯合重金属离子；并且具有一定的机械强度，使用寿命长。本专利技术采用辐射技术制备共聚物， 无需添加引发剂、交联剂，未引入其他杂质，保证了聚合物的纯净，且制备方法简单，易于操作，同时制备费用相对较低。附图说明图1为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与N-乙烯基甲酰胺共聚物SEM图。 具体实施例方式按以下步骤制备共聚物(1)称取一定量的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(简称AMPS)，加入去离子水中， 充分溶解混合均勻；接着加入一定量的N-乙烯基甲酰胺(简称NVF)，混合均勻，补加适量去离子水，超声波处理15min，得到单体混合溶液。(2)向单体混合溶液中充入氮气，除去氧气。(3)在-63 °C -95 °C温度下，采用6tlCo-γ高能射线、137Cs-Y高能射线或高能电子束辐照，辐射剂量为IX IO3 IX lOty，制得共聚物。(4)解冻，将共聚物切成0. 5cmXO. 5cmXO. 5cm的小块放在三角瓶中多次洗涤后， 在40°C温度下烘干得到共聚物干燥产物。共聚物对重金属离子吸附容量的测定首先，称取4份共聚物干燥产物，每份重0. lg，分别置于IOOml三角瓶中；然后分别加入50ml浓度为lg/L的Cr3+、Cd2+、Cu2+、Pb2+的单一溶液，将三角瓶置于恒温振荡器中在 25 °C下进行恒温吸附。分别测定每个重金属离子溶液吸附前和吸附4 后的浓度，测量方法为稀释后使用原子吸收法。通过吸附前后离子的浓度差，计算出该共聚物对各个离子的吸附容量。下面结合具体实施例进一步说明。实施例1单体溶液配比AMPS与NVF的摩尔比为1 4，水与AMPS和NVF总体积的比为 7:3;辐射聚合工艺可以直接通过加入制冷剂的方式，例如控制在_78°C温度下，采用 60Co-Y高能射线，控制辐射剂量范围在IX 10ty。采用扫描电镜对产物进行分析，如图1所示，从图中可以看出，该产物具有较好的孔结构，在250 500转/分条件下可连续搅拌2月以上不被破坏。采用电子直线加速器产生的电子束(MeV)辐射可以得到同样的结果。以下实施例2-8均具有和实施例1所得水凝胶类似的孔结本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种具有磺酸基的重金属吸附共聚物的制备方法，其特征在于由２－丙烯酰胺基－２－甲基丙磺酸和Ｎ－乙烯基甲酰胺经辐照聚合得到，其中，２－丙烯酰胺基－２－甲基丙磺酸与Ｎ－乙烯基甲酰胺的摩尔比为１∶１～１∶９，所述辐照聚合的辐射剂量为１×１０３～１×１０６Ｇｙ，聚合温度为－６３℃～－９５℃。
【技术特征摘要】
1.一种具有磺酸基的重金属吸附共聚物的制备方法，其特征在于由2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和N-乙烯基甲酰胺经辐照聚合得到，其中，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与N-乙烯基甲酰胺的摩尔比为1 1 1 9，所述辐照聚合的辐射剂量为IXlO3 lXlOty，聚合温度为-63°C _95°C。2.如权利要求1所述的具有磺酸基的重金属吸附共聚物的制备方法，其特征在于所述辐照聚合为Y射线或电子束辐照聚合。3.如权利要求2所述的具有磺酸基的重金属吸附共聚物的制备方法，其特征在于所述 Y射线为6tlCo-γ射线或137Cs-γ射线。4.如权利要求1-3中任一项所述的具有磺酸基的重金属吸附共聚物的制备方法，其特征在于所述辐照聚合是由2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和N-...
【专利技术属性】
技术研发人员：李正魁，吴宁梅，赵琳，周涛，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：84
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