具巯基磁性水凝胶及其制备方法和应用技术

吸附重金属离子的具巯基磁性水凝胶的制备方法，聚合物水凝胶由丙烯酸羟乙酯、L-半胱氨酸两种单体和蒸馏水混合经辐照聚合得到，并以该聚合物水凝胶为模板原位负载磁性纳米铁；用于共沉淀反应的铁盐溶液中Fe2+：Fe3+（mol/mol）为0.5~0.7，所用二价铁盐为FeSO4.7H2O、FeCl2、FeCl2.4H2O中的任一种，所用三价铁盐为FeCl3.6H2O、FeCl3中的任一种；反应温度控制在25~30℃；用3~30%（wt%）的氨水或0.02~0.2mol/lNaOH控制反应pH在7~9之间。本发明专利技术原位负载磁性纳米铁，方法简单，将所制得的具巯基磁性水凝胶应用于重金属离子的吸附，能有效去除重金属离子。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于吸附材料
，具体涉及一种具巯基磁性水凝胶及其制备方法及对重金属离子吸附中的应用。
技术介绍
近年来，重金属在工业行业的使用率呈现指数增长，尤其是随着采矿业、蓄电池业、化石能源业、电镀行业以及电子工业等行业的蓬勃发展，重金属污染对人类生存环境的威胁日益显著。重金属进入环境，会抑制环境中各级生物的新陈代谢，对人类生理机能，智力等产生危害，同时由于重金属污染物的持久性、有毒性以及生物化学不可降解性，一旦进入环境，将在环境中长期或永久地存在。 水环境中重金属离子的去除已是刻不容缓的问题。目前应用较多的去除重金属的方法主要有化学沉淀法、膜分离法、中和法、离子交换法、共沉淀法以及吸附法。其中吸附法操作方便，对重金属离子的去除效率高，在重金属污染治理中最具应用前景，也是最为常用的技术。理想的吸附材料有两个显著特征与目标污染物结合力强；比表面积大，有充足的活性位点。目前研究较多的吸附材料是多孔吸附材料，如天然/人工合成沸石分子筛、活性炭、离子树脂、螯合树脂等。水凝胶是一种经适度交联而具有三维网络结构的新型功能高分子材料，它在水中能够溶胀并保持大量水分，而其本身又不溶于水，具有很强的亲水性、稳定性和生物相容性，在水凝胶中存在大量的功能基团，作为新型吸附剂对染料和重金属的吸附近年来备受关注。专利申请号CN200710008807. X公开了一种以丙烯酸单体或丙烯酰胺单体与丙烯酸单体或丙烯酰胺单体或水溶性聚合物通过预聚合反应制备的一种互穿网络水凝胶的方法。专利申请号CN201010573006. X公开了一种低温光聚合制备水凝胶的新方法。专利申请号CN201110092271. O公开了一种网络聚合物水凝胶及其制备方法，制备采用两步法，首先利用聚乙二醇PEG与马来酸酐酯化反应，得端基为羧基的聚乙二醇马来酸酐双酯，再将其与N-异丙基丙烯酰胺或丙烯酰胺等功能性单体原位聚合，化学交联或UV光引发交联后，其共聚物形成软网络微区，而功能性单体的均聚物形成硬网络骨架，构成DN网络聚合物水凝胶。另外，张青梅等(巯基树脂的合成及对Hg2+的吸附特征.环境科学研究.2010)报道了使用聚苯乙烯交联微球为前驱体，经一系列反应合成了一种苯环上含巯基的离子交换树脂(巯基树脂)，研究了巯基树脂对水中Hg2+的吸附特征。李文波等(化学交联聚乙烯醇(PVA)水凝胶的合成、表征及溶胀特性.高分子学报.2006)报道了用环氧氯丙烷作交联剂，制备了一种聚乙烯醇水凝胶，并用FTIR和GPC方法对其结构作了表征。Ozgur Ozay等(Removaloftoxic metal ions with magnetichydrogels. Water Research. 2009)报道了以 2_ 丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为单体，采用UV光引发交联制备P (AMPS)水凝胶，并对其改性得到磁性复合凝胶，用于重金属的吸附。现有的人工合成的高分子水凝胶由于具有氨基、羧基、羟基、巯基等一种或几种功能基团，对重金属离子的去除有一定效果，但是现有的人工合成方法大多合成途径复杂，需要添加交联剂、引发剂，使用有机溶剂，得到的聚合物水凝胶纯度不高，影响对重金属的去除效果，并且吸附完成后对水凝胶的回收也是一个待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种吸附重金属的具巯基磁性水凝胶的制备和应用。本专利技术技术方案是吸附重金属离子的具巯基磁性水凝胶的制备方法，聚合物水凝胶由丙烯酸羟乙酯、L-半胱氨酸两种单体和蒸馏水混合经辐照聚合得到，并以该聚合物水凝胶为模板原位负载磁性纳米铁；所述丙烯酸羟乙酯单体、L-半胱氨酸单体和蒸馏水混合后，用超声处理l(T30min，溶液从超声混匀后开始至辐照结束，以保护气体隔离氧气，所述保护气体为惰性气体；丙烯酸羟乙酯和L半胱氨酸的混合物与蒸馏水的体积比为I :广5，L-半胱氨酸单体与丙烯酸羟乙酯单体的摩尔比为I、9^1 ;负载磁性纳米铁的方法是共沉淀法，用于共沉淀反应的铁盐溶液中Fe2+ =Fe3+ (mol/mol)为O. 5^0. 7，所用二价铁盐为FeSO4. 7H20、FeCl2、FeCl2. 4H20 中的任一种，所用三价铁盐为 FeCl3. 6H20、FeCl3 中的任一种； 反应温度控制在25 30°C;用3 30%(wt%)的氨水或O. 02 O. 2mol/lNa0H控制反应pH在7 9之间。进一步的，所述辐照采用高能射线为6tlCo-Y射线、137Cs-Y射线或电子束，所述辐照剂量为I X 10^1 X IO8Gy,在聚合温度为-63°c -95°C的温度条件下进行辐照。进一步的，对聚合物水凝胶采用原位法负载磁性纳米铁，负载于聚合物水凝胶上的磁性纳米铁成分为Fe3O4。进一步的，以聚合物水凝胶为基质负载纳米Fe3O4的反应是在惰性气氛下进行的，初始所用蒸馏水中所含氧气通过鼓泡通惰性气体3(T50min去除。进一步的，所述的制备方法得到的具巯基磁性水凝胶在水处理中应用，用于除去Cr3+、Cd2+、Cu2+、Pb2+、Ni2+、Zn2+ 金属离子。具体而言，在聚合物水凝胶上原位负载磁性纳米铁，主要包括以下步骤(I)称取适量待改性的水凝胶装入三颈瓶中，加入一定量的蒸馏水，鼓泡通氮气30 50min除氧；(2)将Fe2+:Fe3+ (mol/mol)为O. 5 O. 7的铁盐分别溶于适量蒸馏水中，将上述溶液分别加入到三颈瓶中，机械搅拌下(转速23(T280r/min)缓慢滴加3% 30%的氨水或O. 02 0. 2mol/L的NaOH，调节pH至7 9后，在25 30°C温度下，惰性气氛下，继续反应12h ；(3)将所得的产物磁分离，倾虑清洗数次，透析48小时，即得具巯基磁性水凝胶。本专利技术得到的具巯基磁性水凝胶对重金属离子的吸附，具体操作如下具巯基磁性水凝胶对重金属离子溶液进行吸收，最好在25±5°C下进行恒温吸附24小时以上(至96小时)，能够吸附大量重金属离子。本专利技术的有益效果是本专利技术提供的具巯基磁性水凝胶具有较好的孔结构，对重金属离子的吸附以巯基为主，协同氨基、羧基等功能基团，对Cr3+、Cd2+、Cu2+、Pb2+、Ni2+、Zn2+离子的吸附容量高，可有效吸附、螯合重金属离子；由于磁性纳米铁的载入，使得水凝胶的机械强度大大增强，使用寿命长。同时由于磁性纳米铁的存在，通过外加磁场，即可实现将水凝胶从水环境中分离回收。并且本专利技术采用高能低温辐射技术制备磁性水凝胶，无需添加引发剂，未引入其他杂质，保证了水凝胶的纯净，且制备方法简单，易于操作，生产成本相对较低。附图说明图I是一实施例给出的具巯基磁性水凝胶对水体中六种重金属离子的吸附效果；图2是另一实施例给出的具巯基磁性水凝胶对水体中六种重金属离子的吸附效果;图3是另一种实施例给出的具巯基磁性水凝胶对水体中六种重金属离子的吸附效果。具体实施例方式在聚合物水凝胶上原位负载磁性纳米铁，主要包括以下步骤(I)称取适量待改性的水凝胶装入三颈瓶中，加入一定量的蒸馏水，鼓泡通氮气30 50min除氧；(2)将Fe2+:Fe3+ (mol/mol)为O. 5^0. 7的铁盐分别溶于适量蒸馏水中，将上述溶液分别加入到三颈瓶中，机械搅拌下(转速23(T280r/min)缓慢滴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种吸附重金属离子的具巯基磁性水凝胶的制备方法，其特征在于聚合物水凝胶由丙烯酸羟乙酯、L？半胱氨酸两种单体和蒸馏水混合经辐照聚合得到，并以该聚合物水凝胶为模板原位负载磁性纳米铁；所述丙烯酸羟乙酯单体、L？半胱氨酸单体和蒸馏水混合后，用超声处理10~30min，溶液从超声混匀后开始至辐照结束，以保护气体隔离氧气，所述保护气体为惰性气体；丙烯酸羟乙酯和L？半胱氨酸的混合物与蒸馏水的体积比为1：1~5，L？半胱氨酸单体与丙烯酸羟乙酯单体的摩尔比为1~9：9~1；负载磁性纳米铁的方法是共沉淀法，用于共沉淀反应的铁盐溶液中Fe2+：Fe3+（mol/mol）为0.5~0.7，所用二价铁盐为FeSO4.7H2O、FeCl2、FeCl2.4H2O中的任一种，所用三价铁盐为FeCl3.6H2O、FeCl3中的任一种；反应温度控制在25~30℃；用3~30%（wt%）的氨水或0.02~0.2mol/lNaOH控制反应pH在7~9之间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李正魁，华蓉，吴宁梅，刘丹丹，叶忠香，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：