本发明专利技术涉及一种聚合物水凝胶及其制备方法，由以被聚合形式的N-乙烯基咪唑和丙烯酸羟乙酯构成，其中，N-乙烯基咪唑与丙烯酸羟乙酯的摩尔比为1∶1～1∶9，其制备方法为：将N-乙烯基咪唑、丙烯酸羟乙酯和水混合均匀；然后充入氮气，在-63℃～-95℃温度下，采用高能射线辐照聚合，得到聚合物水凝胶。本发明专利技术提供的聚合物水凝胶具有较好的孔结构，含有多种可以吸附重金属的功能基团，对Pb2+、Cr3+、Cd2+和Cu2+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，可用于污水处理。本发明专利技术方法无需添加引发剂，保证了聚合物的纯净，且制备方法简单，易于操作。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于吸附材料
，涉及吸附材料的制备及其对重金属的吸附性能， 具体的说是一种聚合物水凝胶、制备方法及其在水处理中的应用。
技术介绍
随着工业的发展与人类生活水平的提高，污水的排放量逐年增加，其中包含大量对人体有严重危害的重金属离子，因此如何有效的对重金属离子进行去除已成为迫切需要解决的难题。传统的处理工业及生活废水中重金属离子的方法主要有化学处理方法和超滤法等，化学处理方法能快速去除废水中的金属离子，工艺过程简单，但存在出水金属浓度偏高，易产生二次污染，废水回用困难等缺点；超滤法工艺复杂，成本高，效果欠佳。而吸附法因为处理流程简单，易于操作，也是重金属废水处理技术中被广泛使用和研究的方法。吸附剂主要有活性炭、沸石、离子树脂和螯合树脂(如公开号为CN1772386的一种螯合树脂) 等，而关于水凝胶作为吸附剂的研究相对较少。水凝胶是一种三维网络结构的新型功能高分子材料，除了具有一般高分子化合物的基本特征外，还具有高交联度、高溶胀率、不溶于水的结构和性能特征。同时，由于在水凝胶中存在大量的功能基团，水凝胶作为新型吸附剂对染料和重金属的吸附近年来备受关注。专利号为ZL 95194263. 8以化学方法制备了水凝胶，专利号为ZL 200710008807. X以丙烯酸、丙烯酰胺通过预聚合反应制备了一种互穿网络水凝胶。专利号为CN 101905146A 公布了化学法制备硅胶-多亚乙基多胺鳌合型吸附材料。另外，华侨大学唐群委等人(功能材料，2008年，《温度敏感聚丙烯酸盐/聚乙二醇互穿网络水凝胶的合成及重金属离子吸收》)研究了聚丙烯酸盐/聚乙二醇水凝胶的合成方法及对重金属离子吸附。但上述方法大多数为化学聚合，其制备过程往往需要添加引发剂，导致制备的高分子材料纯度下降，功能降低。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种聚合物水凝胶及其制备方法，该聚合物水凝胶中含有的功能基团可有效吸附、螯合重金属离子，其制备采用辐照聚合，方法简单，易于操作；另一目的是提供该聚合物水凝胶在水处理中的应用，可有效吸附此2+、Cr3+、Cd2+、Cu2+离子。本专利技术的技术方案是一种聚合物水凝胶，由以被聚合形式的N-乙烯基咪唑和丙烯酸羟乙酯构成，其中，N-乙烯基咪唑与丙烯酸羟乙酯的摩尔比为1 1 1 9。所述的聚合物水凝胶的制备方法，包括以下步骤(1)将N-乙烯基咪唑、丙烯酸羟乙酯和水混合均勻；(2)充入保护气体，在_63°C _95°C温度下，采用高能射线辐照聚合，得到聚合物水凝胶。混合均勻的混合物经过超声波处理数分钟以上更好。步骤(1)中所用水优选蒸馏水或去离子水，更优选去离子水；步骤(2)中所用保护气体为对聚合无影响的气体，排除空气中氧气，优选为氮气和氦气、氩气等惰性气体，最优选为氮气，所述高能射线优选为Y射线或电子束(由加速器产生，能量一般在MEV以上)， Y射线优选为6tlCo-Y射线或137Cs-γ射线，其辐射剂量优选为lX103 lXl(fGy。作为对本专利技术的进一步揭示，N-乙烯基咪唑和丙烯酸羟乙酯之和与水的体积比为 1 5 3 7。步骤(1)得到的混合均勻的混合物经过超声波处理，并且充入保护气体隔绝氧气。所述的聚合物水凝胶在水处理中除去此2+、Cr3+、Cd2+和Cu2+中一种或两种以上金属离子的应用。采用本专利技术提供的聚合物水凝胶可以单独除去水中此2+、Cr3+、Cd2+或Cu2+ 离子，也可以除去两种以上离子，其作用机理相同。本专利技术的有益效果显著是提供的聚合物水凝胶具有较好的孔结构，含有多种可以吸附重金属的功能基团，对此2+、&3+丄(12+和Cu2+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聚合物水凝胶，无需添加引发剂，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。附图说明图1是聚合物水凝胶SEM图。图2是聚合物水凝胶对水中Cr3+离子的脱除效果关系图。图3是聚合物水凝胶对水中Cu2+离子的脱除效果关系图。图4是聚合物水凝胶对水中Cd2+离子的脱除效果关系图。具体实施例方式按以下步骤制备聚合物水凝胶(1)称取一定量的N-乙烯基咪唑单体(简称NVI)加入去离子水中，充分溶解混合均勻；接着加入一定量的丙烯酸羟乙酯单体(简称HEA)，混合均勻，补加适量去离子水，超声波处理lOmin，得到单体溶液。(2)向单体溶液中充入氮气，除去氧气。(3)可以通过直接加入冷冻剂的方式(例如液氮)，控制温度为_63°C _95°C， 采用高能射线辐照，具体为6tlCo-Y射线、13Is-Y射线或电子束，其辐射剂量为IXlO3 IX IO6Gy,制得聚合物水凝胶。(4)解冻，将聚合物水凝胶切成IcmX IcmX Icm的小块放在三角瓶中多次洗涤后， 在40°C温度下烘干得到聚合物水凝胶干燥产物。聚合物水凝胶对重金属离子吸附容量的测定首先，称取4份聚合物水凝胶干燥产物，每份重0. Ig,分别置于IOOml三角瓶中； 然后，分别加入50ml浓度为lg/L的Pb2+、Cd2+、Cr3+、Cu2+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，计算出该聚合物水凝胶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NVI与HEA的摩尔比为2 5，水与NVI和HEA总体积的比为7 3 ；辐射聚合工艺在_78°C温度下，采用kiCo-γ高能射线，控制辐射剂量范围在 1 X IO3 1 X IO6Gy,例如 1 X IO4Gy0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。采用电子直线加速器产生的电子束辐射可以得到同样的结果。实施例2单体溶液配比NVI与HEA的摩尔比为2 3，水与NVI和HEA总体积的比为5 2 ；辐射聚合工艺在_78°C温度下，采用mCs-Y高能射线，控制辐射剂量范围在 1 X IO3 1 X IO6Gy,例如 1 X IO5Gy0聚合物水凝胶干燥产物对此2+、Cr3+、Cd2+、Cu2+四种金属离子的吸附容量分别为 204mg/g、125mg/g、135mg/g、105mg/go实施例3单体溶液配比NVI与HEA的摩尔比为1 9，水与NVI和HEA总体积的比为7 3 ；辐射聚合工艺在_95°C温度下，采用kiCo-γ高能射线，控制辐射剂量范围在 1 X IO3 1 X IO6Gy,例如 1 X IO6Gy0聚合物水凝胶干燥产物对此2+、Cr3+、Cd2+、Cu2+四种金属离子的吸附容量分别为 145mg/g、67mg/g、78mg/g、83mg/g。实施例4单体溶液配比NVI与HEA的摩尔比为2 3，水与NVI和HEA总体积的比为5 1 ；辐射聚合工艺在_63°C温度下，采用mCs-Y高能射线，控制辐射剂量范围在 1 X IO3 1 X IO6Gy,例如 1 X IO3Gy0聚合物水凝胶干燥产物对此2+、Cr3+、Cd2+、Cu2+四种金属离子的吸附容量分别为 120mg/g、154mg/g、102mg/g、84mg/g。实本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种聚合物水凝胶，其特征在于：由以被聚合形式的Ｎ－乙烯基咪唑和丙烯酸羟乙酯构成，其中，Ｎ－乙烯基咪唑与丙烯酸羟乙酯的摩尔比为１∶１～１∶９。
【技术特征摘要】
【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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