一種用于吸附重金屬的凝膠囊材的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于吸附重金屬的凝膠囊材的制備方法，以丙烯酸為單體，雙丙烯酰胺或水溶性酚醛樹(shù)脂為交聯(lián)劑，并與傳統(tǒng)重金屬吸附劑有機(jī)結(jié)合，制得復(fù)合凝膠囊材，利用兩者之間的協(xié)同作用，使重金屬去除率更高，性能更穩(wěn)定。本發(fā)明所用原料來(lái)源豐富，成本低，展現(xiàn)了廉價(jià)吸附劑應(yīng)用于重金屬修復(fù)領(lǐng)域中的巨大優(yōu)勢(shì)。該凝膠囊材具有代替昂貴的吸附劑去除污水、污泥或土壤中重金屬的潛力。
【專利說(shuō)明】一種用于吸附重金屬的凝膠囊材的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于重金屬處理【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種用于吸附重金屬的凝膠囊材的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]廢水污泥中含有多種重金屬離子，其對(duì)環(huán)境的危害性突出表現(xiàn)為:重金屬離子在環(huán)境中不能生物降解，大部分屬致癌、致畸、致突變的劇毒物質(zhì)；水體中的重金屬離子可通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，在人體內(nèi)累積，導(dǎo)致各種疾病和機(jī)能紊亂。
[0003]常用的重金屬污染處理方法有沉淀-絮凝、電化學(xué)方法及膜分離、離子交換法等。其中化學(xué)沉淀法較為常用，如通過(guò)在廢水中加石灰乳形成氫氧化物沉淀以除去重金屬，該方法具有易操作、成本較低的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大量含重金屬的污泥，其后處理十分困難。利用膜分離技術(shù)處理廢水雖然有效，但存在膜制備成本較高，國(guó)產(chǎn)膜還存在著選擇性和膜材料使用壽命等系列問(wèn)題。利用離子交換樹(shù)脂處理廢水也存在著使用重復(fù)性能及后處理麻煩等問(wèn)題。
[0004]吸附法因?yàn)椴僮骱?jiǎn)單、使用方便而成為廢水處理最常用的方法，其中還衍生出了物理吸附法、樹(shù)脂吸附法和生物吸附法。吸附法中最重要的是吸附劑的開(kāi)發(fā)與選擇。目前應(yīng)用于工業(yè)廢水處理的吸附劑主要有活性炭、生物吸附劑和其他的一些尚處于實(shí)驗(yàn)室模擬階段的吸附劑，如粘土類吸附劑、高分子吸附劑、利用廢棄物制備的吸附劑和復(fù)合吸附劑。其中活性炭作為一種有效的水和廢水處理吸附劑可用于大多數(shù)重金屬、有機(jī)分子的除去且吸附能力強(qiáng)，但由于活性炭成本昂貴、工藝操作及管理較為復(fù)雜，因而較難以在經(jīng)濟(jì)尚不發(fā)達(dá)的地區(qū)得到廣泛的應(yīng)用。
[0005]目前，有學(xué)者利用豐富的硅藻土資源研究出處理Cu2+、Zn2+效果較好的吸附劑，利用天然沸石資源，如絲光沸石、斜發(fā)沸石、膨潤(rùn)土等制備重金屬離子改性吸附劑，利用廢粘土制備重金屬離子改性吸附劑。使用自然資源制備吸附劑，具有原料來(lái)源廣、制造容易、價(jià)廉的優(yōu)勢(shì)，但吸附劑使用壽命短，重金屬吸附飽和后再生困難，難以回收重金屬資源。其他吸附劑也都存在吸附效率低，易產(chǎn)生二次污染等問(wèn)題，因此如何提高吸附劑的吸附效率、重復(fù)利用率、減少二次污染仍然是大批量處理工業(yè)廢水中面臨的嚴(yán)重挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于吸附重金屬的凝膠囊材的制備方法。
[0007]本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:
一種用于吸附重金屬的凝膠囊材的制備方法，包括以下步驟:
1)稱取8?30質(zhì)量份的氫氧化鈉或氫氧化鉀，加水配制成堿液，加入15?45質(zhì)量份的丙烯酸，攪拌混勻；
2)再依次加入35?65質(zhì)量份的交聯(lián)劑和65?100質(zhì)量份的引發(fā)劑，攪拌反應(yīng)20?65min,得到聚合液A ；
3)向聚合液A中加入20?50質(zhì)量份的硅藻土，攪拌混勻，得到聚合液B；
4)將聚合液B置于70?90V聚合反應(yīng)3?6.5h,洗漆,干燥,研磨,得到凝膠囊材。
[0008]優(yōu)選的，步驟3)中還包括向聚合液A中加入殼聚糖、高嶺土、膨潤(rùn)土、沸石、海泡石、海藻中的至少一種，其質(zhì)量為聚合液A的3?15%。
[0009]優(yōu)選的，步驟3)中還包括加入殼聚糖、海藻中的至少一種。
[0010]優(yōu)選的，所述交聯(lián)劑為雙丙烯酰胺或水溶性酚醛樹(shù)脂。
[0011 ] 優(yōu)選的，所述弓I發(fā)劑為過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鉀或過(guò)硫酸鈉。
[0012]優(yōu)選的，步驟I)中，堿液濃度為1.0?3.5mol/L。
[0013]優(yōu)選的，步驟4)中，將聚合液B置于80°C聚合反應(yīng)5h。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明提供了一種吸附重金屬?gòu)?fù)合材料的制備方法，將凝膠與傳統(tǒng)重金屬吸附劑有機(jī)結(jié)合制成凝膠囊材，兩者協(xié)同作用，使重金屬去除率更高，性能更穩(wěn)定。
[0015]本發(fā)明所用原料來(lái)源豐富，成本低，展現(xiàn)了廉價(jià)吸附劑應(yīng)用于重金屬修復(fù)領(lǐng)域中的巨大優(yōu)勢(shì)。該凝膠囊材具有代替昂貴的吸附劑去除污水、污泥或土壤中重金屬的潛力。
[0016]本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，所得凝膠囊材可再生循環(huán)利用，高效環(huán)保，節(jié)省資源，且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。
【具體實(shí)施方式】
[0017]一種用于吸附重金屬的凝膠囊材的制備方法，包括以下步驟:
1)稱取8?30質(zhì)量份的氫氧化鈉或氫氧化鉀，加水配制成堿液，加入15?45質(zhì)量份的丙烯酸，攪拌混勻；
2)再依次加入35?65質(zhì)量份的交聯(lián)劑和65?100質(zhì)量份的引發(fā)劑，攪拌反應(yīng)20?65min,得到聚合液A ；
3)向聚合液A中加入20?50質(zhì)量份的硅藻土，攪拌混勻，得到聚合液B；
4)將聚合液B置于70?90V聚合反應(yīng)3?6.5h,洗漆,干燥,研磨,得到凝膠囊材。
[0018]優(yōu)選的,步驟3)中，加入質(zhì)量為聚合液A5?15%的娃藻土。娃藻土具有多孔性，較低的密度和較大的比表面積，相對(duì)的不可壓縮性及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的特性。作為功能性填料，硅藻土可以提高凝膠的彈性、剛度，用其制備的復(fù)合凝膠囊材具有較好的穩(wěn)定性且具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)表面具有活性點(diǎn)，使得凝膠囊材具有更強(qiáng)的吸附功能；且硅藻土具有陽(yáng)離子交換性，可協(xié)同凝膠進(jìn)一步提高重金屬去除能力；此外，硅藻土成本較低，可降低生產(chǎn)成本。優(yōu)選的，步驟3)中還包括向聚合液A中加入殼聚糖、高嶺土、膨潤(rùn)土、沸石、海泡石、海藻這六種天然吸附劑中的至少一種。所用天然吸附劑來(lái)源豐富，且本身結(jié)構(gòu)的特殊性使它們對(duì)金屬離子具有一定的吸附性能和吸附選擇性，但是在實(shí)際應(yīng)用中均具有一定缺點(diǎn)，如殼聚糖和海藻對(duì)金屬離子具有很高的吸附量，但是它們對(duì)水體環(huán)境的耐受性不夠強(qiáng)；高嶺土、海泡石和沸石在水體中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，但是吸附量不夠大。本發(fā)明將這些吸附劑制成復(fù)合凝膠囊材，克服了上述缺點(diǎn)，使其能在環(huán)境中穩(wěn)定存在發(fā)揮其吸附性能，并協(xié)同提高復(fù)合凝膠囊材的吸附能力和吸附速度。
[0019]優(yōu)選的，所述交聯(lián)劑為雙丙烯酰胺或水溶性酚醛樹(shù)脂。[0020]優(yōu)選的，所述引發(fā)劑為過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鉀或過(guò)硫酸鈉。
[0021]優(yōu)選的，步驟I)中，堿液濃度為1.0?3.5mol/L。
[0022]優(yōu)選的，步驟4)中，將聚合液B置于80°C聚合反應(yīng)5h。
[0023]本發(fā)明凝膠結(jié)構(gòu)含有大量的酰胺基、羥基和游離的羧基，三種基團(tuán)均具有配位能力，能與金屬離子發(fā)生反應(yīng)以達(dá)到束縛重金屬的效果。
[0024]下面結(jié)合實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本
【發(fā)明內(nèi)容】
。
[0025]實(shí)施例1
1)稱取10質(zhì)量份的氫氧化鈉，加水配制成1.5mol/L的堿液，加入15質(zhì)量份的丙烯酸攪拌混勻；
2)再依次加入35質(zhì)量份的雙丙烯酰胺和65質(zhì)量份的過(guò)硫酸銨，攪拌反應(yīng)30min，得到聚合液A ；
3)向聚合液A中加入50質(zhì)量份的硅藻土，攪拌混勻，得到聚合液B；
4)將聚合液B置于80°C聚合反應(yīng)5h,洗漆,干燥,研磨,得到凝膠囊材1#。
[0026]實(shí)施例2
1)稱取8質(zhì)量份的氫氧化鈉，加水配制成3.5mol/L的堿液，加入20質(zhì)量份的丙烯酸，攪拌混勻；
2)再依次加入40質(zhì)量份的雙丙烯酰胺和75質(zhì)量份的過(guò)硫酸銨，攪拌反應(yīng)65min，得到聚合液A ；
3)向聚合液A中加入20質(zhì)量份的硅藻土，并加入質(zhì)量分別為聚合液A5%的高嶺土和10%的膨潤(rùn)土，攪拌混勻，得到聚合液B ；
4)將聚合液B置于75°C聚合反應(yīng)6h,洗漆,干燥,研磨,得到凝膠囊材2#。
[0027]實(shí)施例3
1)稱取17質(zhì)量份的氫氧化鈉，加水配制成2.5mol/L的堿液，加入45質(zhì)量份的丙烯酸，攪拌混勻；
2)再依次加入65質(zhì)量份的水溶性酚醛樹(shù)脂和100質(zhì)量份的過(guò)硫酸銨，攪拌反應(yīng)50min,得到聚合液A ；
3)向聚合液A中加入35質(zhì)量份的硅藻土，并加入質(zhì)量為聚合液A3%的沸石，攪拌混勻，得到聚合液B;
4)將聚合液B置于85°C聚合反應(yīng)3h,洗漆,干燥,研磨,得到凝膠囊材3#。
[0028]實(shí)施例4
1)稱取30質(zhì)量份的氫氧化鈉，加水配制成3mol/L的堿液，加入30質(zhì)量份的丙烯酸，攪拌混勻；
2)再依次加入48質(zhì)量份的雙丙烯酰胺和80質(zhì)量份的過(guò)硫酸鈉，攪拌反應(yīng)20min，得到聚合液A ；
3)向聚合液A中加入30質(zhì)量份的硅藻土，并加入質(zhì)量為聚合液A12%的殼聚糖，攪拌混勻，得到聚合液B;
4)將聚合液B置于90V聚合反應(yīng)4.5h,洗漆,干燥,研磨,得到凝膠囊材4#。
[0029]實(shí)施例5
I)稱取15質(zhì)量份的氫氧化鉀，加水配制成2.5mol/L的堿液，加入35質(zhì)量份的丙烯酸，攪拌混勻；
2)再依次加入50質(zhì)量份的水溶性酚醛樹(shù)脂和83質(zhì)量份的過(guò)硫酸鉀，攪拌反應(yīng)50min，得到聚合液A;
3)向聚合液A中加入33質(zhì)量份的硅藻土，并加入質(zhì)量為聚合液A8%的海藻，攪拌混勻，得到聚合液B;
4)將聚合液B置于80°C聚合反應(yīng)5h,洗漆,干燥,研磨,得到凝膠囊材5#。
[0030]實(shí)施例6
1)稱取10質(zhì)量份的氫氧化鈉，加水配制成1.0mol/L的堿液，加入25質(zhì)量份的丙烯酸，攪拌混勻；
2)再依次加入55質(zhì)量份的水溶性酚醛樹(shù)脂和90質(zhì)量份的過(guò)硫酸鉀，攪拌反應(yīng)50min，得到聚合液A;
3)向聚合液A中加入40質(zhì)量份的硅藻土，并加入質(zhì)量為聚合液A5%的海泡石，攪拌混勻，得到聚合液B;
4)將聚合液B置于70°C聚合反應(yīng)6.5h,洗漆,干燥,研磨,得到凝膠囊材6#。
[0031]對(duì)制備的凝膠囊材1#~6#進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果如表1所示:
【權(quán)利要求】
1.一種用于吸附重金屬的凝膠囊材的制備方法，包括以下步驟: 1)稱取8?30質(zhì)量份的氫氧化鈉或氫氧化鉀，加水配制成堿液，加入15?45質(zhì)量份的丙烯酸，攪拌混勻； 2)再依次加入35?65質(zhì)量份的交聯(lián)劑和65?100質(zhì)量份的引發(fā)劑，攪拌反應(yīng)20?65min,得到聚合液A ； 3)向聚合液A中加入20?50質(zhì)量份的硅藻土，攪拌混勻，得到聚合液B；4)將聚合液B置于70?90V聚合反應(yīng)3?6.5h,洗漆,干燥,研磨,得到凝膠囊材。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟3)中還包括向聚合液A中加入殼聚糖、高嶺土、膨潤(rùn)土、沸石、海泡石、海藻中的至少一種，其質(zhì)量為聚合液A的3?15%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:步驟3)中還包括加入殼聚糖、海藻中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述交聯(lián)劑為雙丙烯酰胺或水溶性酚醛樹(shù)脂。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述引發(fā)劑為過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鉀或過(guò)硫酸鈉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟I)中，堿液濃度為1.0?3.5mol/L。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟4)中，將聚合液B置于80V聚合反應(yīng)5h。
【文檔編號(hào)】B01J20/26GK103495408SQ201310397252
【公開(kāi)日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月4日
【發(fā)明者】王海波, 王中元, 王作勤, 王衛(wèi)星 申請(qǐng)人:珠海國(guó)佳高分子新材料有限公司