技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高分子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種螯合型丙烯酰胺水凝膠的制備方法。
背景技術(shù)：
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隨著電鍍、采礦、電池等工業(yè)的發(fā)展，廢水中的重金屬離子直接或間接排入水中而造成環(huán)境污染。吸附技術(shù)因應(yīng)用范圍廣，操作條件簡(jiǎn)單、吸附劑易于再生等眾多優(yōu)勢(shì)而備受關(guān)注。水凝膠在水中顯著溶脹并能保持一定形狀，同時(shí)具有吸附性強(qiáng)、吸附速率快、易于再生等優(yōu)勢(shì)。近年來水凝膠作為新型重金屬處理劑在水處理領(lǐng)域得到關(guān)注。
丙烯酰胺聚合物能夠生物降解，常用作生活用水和工業(yè)廢水處理的絮凝劑。丙烯酰胺水凝膠具有非常好的彈性且可通過氨基的配位作用吸附重金屬離子,但是相比于離子型凝膠，丙烯酰胺水凝膠的吸附能力低。通過在丙烯酰胺水凝膠中引入離子單體如2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，可以明顯增加凝膠的吸附能力,但是離子單體的引入會(huì)增加凝膠的脆性和凝膠的溶脹體積。凝膠強(qiáng)度降低和過大的溶脹體積變化是凝膠做吸附劑的不利因素，因而制約其作為重金屬離子吸附劑的工業(yè)應(yīng)用。
水凝膠的吸附主要靠吸附功能基團(tuán)，增加n、s螯合基團(tuán)同樣能提高凝膠的重金屬離子吸附能力。文獻(xiàn)功能高分子學(xué)報(bào)(2015)28:165報(bào)導(dǎo)通過含n、s的氨基硫脲改性能顯著提高纖維素對(duì)汞離子的吸附能力，但未涉及丙烯酰胺水凝膠的改性。文獻(xiàn)江南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科科學(xué)版)(2008)17:1671報(bào)導(dǎo)了一種通過氨基硫脲對(duì)聚丙烯酰胺改性制備螯合丙烯酰胺水凝膠的方法，但制備過程需要先采用甲醛進(jìn)行羥甲基化反應(yīng)，然后再進(jìn)行氨基硫脲改性反應(yīng)，制備工藝復(fù)雜，未涉及通過共聚直接將改性所需羥甲基基團(tuán)直接引入，也未涉及通過定量溶脹將氨基硫脲溶液引入體系再改性制備螯合丙烯酰胺水凝膠的方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種螯合型丙烯酰胺水凝膠的制備方法。
本發(fā)明是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的:
一種螯合型丙烯酰胺水凝膠的制備方法，其特征是包括如下步驟：
步驟1，制備共聚水凝膠
采用水溶液聚合法，用氮?dú)獬叵买?qū)氧后加入引發(fā)劑，于60到75℃保溫反應(yīng)3到5小時(shí)制備丙烯酰胺和n-羥甲基丙烯酰胺的共聚水凝膠，其組分和質(zhì)量百分比為：
丙烯酰胺：22-24％
n-羥甲基丙烯酰胺：1-3％
n,n′-亞甲基雙丙烯酰胺：0.005-0.01％
水：74-75％
過硫酸銨：0.005-0.025％
亞硫酸氫鈉：0.005-0.025％；
步驟2，制備溶脹水凝膠
將共聚水凝膠進(jìn)行自然干燥，然后加入質(zhì)量濃度為0.8-1.1％、ph為1-3的氨基硫脲溶液進(jìn)行溶脹，制得溶脹水凝膠備用，所用氨基硫脲溶液和共聚水凝膠的質(zhì)量比為2.5-3；
步驟3，加熱反應(yīng)
將步驟2制備的溶脹水凝膠在65-80℃條件下，加熱2-4小時(shí)進(jìn)行反應(yīng)；將反應(yīng)后的水凝膠用去離子水洗滌，自然干燥獲得螯合型丙烯酰胺水凝膠。
具體的制備工藝可概括為：
制備共聚物水凝膠→制備溶脹水凝膠→加熱反應(yīng)→去離子水洗滌→自然干燥。
本發(fā)明采用丙烯酰胺作為主要單體，n-羥甲基丙烯酰胺作為功能單體，n,n′-亞甲基雙丙烯酰胺作為交聯(lián)劑，采用水溶液聚合法制備共聚水凝膠，將共聚水凝膠自然干燥后吸收氨基硫脲溶液制得溶脹水凝膠，然后加熱反應(yīng)、去離子水洗滌、自然干燥制得螯合型丙烯酰胺水凝膠。該方法使螯合基團(tuán)引入丙烯酰胺水凝膠的整個(gè)制備工藝更加簡(jiǎn)單且更易控制，所制備產(chǎn)品的銅離子吸附能力顯著提高。
具體實(shí)施方式
下面給出本發(fā)明的四個(gè)最佳實(shí)施例。
實(shí)施例1：
在200ml的燒杯中加入22g丙烯酰胺，3gn-羥甲基丙烯酰胺，0.005gn,n′-亞甲基雙丙烯酰胺，74.5ml水，充分?jǐn)嚢韬?，用氮?dú)怛?qū)氧30分鐘，加入0.25ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％過硫酸銨溶液和0.25ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％的亞硫酸氫鈉溶液作為引發(fā)劑，70℃反應(yīng)5小時(shí)獲得共聚物水凝膠。
取1g共聚物凝膠，自然干燥后加入2.6g質(zhì)量濃度為1.1％、ph為1的氨基硫脲溶液進(jìn)行溶脹，將溶脹水凝膠70℃加熱3小時(shí)，加入蒸餾水洗滌三次并過濾，自然干燥，獲得螯合丙烯酰胺水凝膠。
性能測(cè)試：
在約10mmol/l的硝酸銅溶液中分別測(cè)試螯合丙烯酰胺水凝膠和對(duì)應(yīng)共聚物水凝膠的銅離子吸附量，然后兩者對(duì)比確定螯合丙烯酰胺水凝膠的吸附效果。
銅離子吸附量計(jì)算公式如下：
q—銅離子吸附量；c0，c—吸附前后銅離子的濃度；v0—硝酸銅溶液的用量；m—相應(yīng)干凝膠的質(zhì)量；吸附溫度為25℃，采用tu-1901紫外分光光度計(jì)測(cè)定吸附前后銅離子的吸光度，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)曲線獲取銅離子的濃度。
螯合丙烯酰胺水凝膠提高倍率：
q2,q1——分別為螯合丙烯酰胺水凝膠及對(duì)應(yīng)共聚水凝膠的銅離子吸附量。
測(cè)試結(jié)果如下：
螯合丙烯酰胺水凝膠吸附量提高約40倍。
實(shí)施例2：
在200ml的燒杯中加入22.5g丙烯酰胺，2.5gn-羥甲基丙烯酰胺，0.005gn,n′-亞甲基雙丙烯酰胺，74.5ml水，充分?jǐn)嚢韬?，用氮?dú)怛?qū)氧30分鐘，加入0.2ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％過硫酸銨溶液和0.2ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％的亞硫酸氫鈉溶液作為引發(fā)劑，70℃反應(yīng)4小時(shí)獲得共聚物水凝膠。
取1g共聚物凝膠，自然干燥后加入2.5g質(zhì)量濃度為1％、ph為2的氨基硫脲溶液進(jìn)行溶脹，其它同實(shí)施例1。
性能測(cè)試同實(shí)施例1，其結(jié)果如下：
螯合丙烯酰胺水凝膠吸附量提高約10倍。
實(shí)施例3：
在200ml的燒杯中加入22.5g丙烯酰胺，2.5gn-羥甲基丙烯酰胺，0.007gn,n′-亞甲基雙丙烯酰胺，74ml水，充分?jǐn)嚢韬螅玫獨(dú)怛?qū)氧20分鐘，加入0.3ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％過硫酸銨溶液和0.3ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％的亞硫酸氫鈉作為引發(fā)劑，75℃反應(yīng)3小時(shí)獲得共聚物水凝膠。
取1g共聚物凝膠，自然干燥后加入2.8g質(zhì)量濃度為1％、ph為1的氨基硫脲溶液進(jìn)行溶脹，將溶脹凝膠65℃加熱4小時(shí)，其它同實(shí)施例1。
性能測(cè)試同實(shí)施例1，其結(jié)果如下：
螯合丙烯酰胺水凝膠吸附量提高約30倍。
實(shí)施例4：
在200ml的燒杯中加入24g丙烯酰胺，1gn-羥甲基丙烯酰胺，0.01gn,n′-亞甲基雙丙烯酰胺，74.2ml水，充分?jǐn)嚢韬?，用氮?dú)怛?qū)氧20分鐘，加入0.4ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％過硫酸銨溶液和0.4ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％的亞硫酸氫鈉作為引發(fā)劑，65℃反應(yīng)4小時(shí)獲得共聚物水凝膠。
取1g共聚物凝膠，自然干燥后加入3g質(zhì)量濃度為0.8％、ph為3的氨基硫脲溶液進(jìn)行溶脹，將溶脹凝膠80℃加熱2小時(shí)，其它同實(shí)施例1。
性能測(cè)試同實(shí)施例1，其結(jié)果如下：
螯合丙烯酰胺水凝膠吸附量提高約8倍。