一種重金屬吸附凝膠材料及其環(huán)境布陣治理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于環(huán)境治理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種重金屬吸附凝膠材料及其環(huán)境布陣 治理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 重金屬一般指密度大于4. 5克每立方厘米的金屬，如鉛（Pb)、鎘（Cd)、鉻（Cr)、 汞（Hg)和銅（Cu)等。隨著全球經(jīng)濟化的迅速發(fā)展，含重金屬的污染物通過各種途徑進入大 氣、水體和土壤，造成嚴重的環(huán)境污染。重金屬具有顯著的生物毒性，無法在土壤和水體中 被微生物降解，而只能發(fā)生各種形態(tài)的相互轉(zhuǎn)化、分散或迀移。土壤和水體的重金屬污染可 影響農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量的下降，并可通過食物鏈危害人類的健康，因此引起世界各國的廣 泛重視。
[0003] 現(xiàn)有的重金屬去除方法包括化學(xué)沉淀法、離子交換法、吸附法、膜過濾法、電化學(xué) 方法和固相萃取法等。吸附法具有操作簡單、成本較低和使用范圍廣等優(yōu)點，是重金屬去除 的常用方法?，F(xiàn)有的吸附劑包括活性炭、生物吸附劑、粘土類吸附劑和高分子吸附劑等。其 中，活性炭可用于大多數(shù)重金屬的去除，且吸附能力強，但存在成本昂貴、工藝操作較為復(fù) 雜的缺點，難以得到廣泛的應(yīng)用。
[0004] 中國專利申請200910223493. 4公開了一種從土壤中萃取重金屬離子的方法，采 用的重金屬吸附凝膠材料包括：納米碳纖維、活性炭、陽離子表面活性劑、丙烯酰胺、丙烯酸 鉀、污泥顆粒物和硫化鉀，其中的丙烯酰胺和丙烯酸鉀作為吸水劑，活性炭、碳納米纖維和 陽離子表面活性劑作為吸附劑，吸附劑的成分復(fù)雜，成本較高。
[0005] 中國專利申請201310397252. 8公開了一種吸附重金屬的凝膠囊材的制備方法， 該方法包括如下步驟：氫氧化鈉或氫氧化鉀加水配制成堿液，加入丙烯酸，攪拌混勻，再依 次加入交聯(lián)劑和引發(fā)劑，攪拌反應(yīng)，再加入硅藻土，攪拌混勻，聚合反應(yīng)，洗滌，干燥，研磨， 得到凝膠囊材。該凝膠囊材具有較好的重金屬吸附能力，但制備的反應(yīng)溫度較高，時間較 長，對部分重金屬離子(如鎘離子）的吸附效果不是非常理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，發(fā)明人通過大量試驗對重金屬吸附凝膠材料的制 備方法進行探索，預(yù)料不到的發(fā)現(xiàn)：通過使用磁化水，可顯著改善反應(yīng)條件，得到一種新的 重金屬吸附凝膠材料，且該產(chǎn)物具有優(yōu)良的吸附性能，吸附容量大。基于上述發(fā)現(xiàn)，從而完 成本發(fā)明。
[0007] 本發(fā)明提供一種重金屬吸附凝膠材料，所述重金屬吸附凝膠材料的制備方法包括 如下步驟： A) 稱取8~25重量份數(shù)的堿于反應(yīng)器中，加磁化水配制成堿液，水浴條件下加入20~ 45重量份數(shù)的丙烯酸，攪拌，得到中和溶液； B) 向所述中和溶液中依次加入35~55重量份數(shù)的交聯(lián)劑、20~35重量份數(shù)的殼聚糖 和70~90重量份數(shù)的引發(fā)劑，攪拌，得到待聚合溶液； C)所述待聚合溶液于50~65°C發(fā)生聚合反應(yīng)，洗滌，干燥，得到重金屬吸附凝膠材料。
[0008] 采用上述技術(shù)方案，重金屬吸附凝膠材料的制備溫度較低，50°C即可發(fā)生聚合反 應(yīng)，制備時間較短，制得的吸附凝膠材料具有優(yōu)良的吸附性能，尤其是對鎘離子也具有非常 優(yōu)良的吸附性能，吸附容量大。
[0009] 優(yōu)選地，所述磁化水由去離子水經(jīng)釹鐵硼磁體磁化得到，所述釹鐵硼磁體的磁感 應(yīng)強度為3000~8000高斯。磁化水是將去離子水通過磁場，垂直穿過磁力線，使去離子水 獲得一定磁感應(yīng)強度，得以磁化。去離子水經(jīng)磁化后，其分子空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，水分子氫 氧鍵鍵角縮小，由104. 5°變?yōu)?03 °，偶極矩發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而水的順磁性得到加強，滲透性和 溶解性增大，表面張力顯著降低。
[0010] 優(yōu)選地，所述釹鐵硼磁體的磁感應(yīng)強度為5000高斯。
[0011] 優(yōu)選地，所述堿選自氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈉和三乙醇胺的混合物或氫氧化 鉀和三乙醇胺的混合物。
[0012] 更優(yōu)選地，所述氫氧化鈉和三乙醇胺的混合物中，氫氧化鈉和三乙醇胺的重量比 為3~6 :1 ;所述氫氧化鉀和三乙醇胺的混合物中，氫氧化鉀和三乙醇胺的重量比為3~6 :1。
[0013] 優(yōu)選地，所述聚合反應(yīng)的反應(yīng)時間為l~3h。
[0014] 優(yōu)選地，所述交聯(lián)劑為雙丙烯酰胺或水溶性酚醛樹脂。
[0015] 優(yōu)選地，所述引發(fā)劑為過硫酸銨、過硫酸鉀或過硫酸鈉。
[0016] 相應(yīng)地，本發(fā)明還提供重金屬吸附凝膠材料的制備方法，包括如下步驟： A) 稱取8~25重量份數(shù)的堿于反應(yīng)器中，加磁化水配制成堿液，水浴條件下加入20~ 45重量份數(shù)的丙烯酸，攪拌，得到中和溶液； B) 向所述中和溶液中依次加入35~55重量份數(shù)的交聯(lián)劑、20~35重量份數(shù)的殼聚糖 和70~90重量份數(shù)的引發(fā)劑，攪拌，得到待聚合溶液； C) 所述待聚合溶液于50~65°C發(fā)生聚合反應(yīng)，洗滌，干燥，得到重金屬吸附凝膠材料。
[0017] 此外，本發(fā)明還提供了重金屬吸附凝膠材料的環(huán)境布陣治理方法，包括如下步 驟： A) 布陣階段：分析環(huán)境條件，確定投放重金屬吸附凝膠材料的布陣點密度、布陣點深度 和用量，制作含有重金屬吸附凝膠材料的投放單體； B) 吸附階段：將投放單體投放至布陣點，吸附重金屬離子； C) 移除階段：分析環(huán)境條件，移除布陣點的吸附物投放單體； D) 回收和再利用階段：為了防止二次污染的情況發(fā)生，通過物理、化學(xué)或生物的方法將 吸附物投放單體中的重金屬離子解析出來再利用，解析后的吸附物投放單體干燥粉碎后用 于制備人造石材。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供一種新的重金屬吸附凝膠材 料，具有優(yōu)良的吸附性能，吸附容量大，且其制備的反應(yīng)條件溫和，制備時間較短，進而降低 了成本。此外，本發(fā)明還提供了重金屬吸附凝膠材料的環(huán)境布陣治理方法，通過使用本發(fā)明 提供的重金屬吸附凝膠材料，可有效去除重金屬離子，且可防止投放單體填埋所帶來的二 次污染隱患，實現(xiàn)了回收利用，環(huán)境效益好。
【具體實施方式】
[0019] 下面通過具體實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
[0020] 實施例一重金屬吸附凝膠材料 稱取5重量份數(shù)的氫氧化鈉、1重量份數(shù)的三乙醇胺于反應(yīng)器中，加磁化水配制成氫 氧化鈉濃度為3mol/L的堿液，4°C水浴條件下加入20重量份數(shù)的丙烯酸，攪拌，得到中和 溶液；向中和溶液中依次加入38重量份數(shù)的雙丙烯酰胺、25重量份數(shù)的殼聚糖和70重量 份數(shù)的過硫酸銨，攪拌，得到待聚合溶液；待聚合溶液于55°C發(fā)生聚合反應(yīng)2h，去離子水洗 滌，干燥，得到重金屬吸附凝膠材料。所述磁化水由去離子水經(jīng)釹鐵硼磁體磁化得到，所述 釹鐵硼磁體的磁感應(yīng)強度為5000高斯。
[0021] 實施例二重金屬吸附凝膠材料 稱取10重量份數(shù)的氫氧化鈉、2重量份數(shù)的三乙醇胺于反應(yīng)器中，加磁化水配制成氫 氧化鈉濃度為3mol/L的堿液，0°C水浴條件下加入38重量份數(shù)的丙烯酸，攪拌，得到中和溶 液；向中和溶液中依次加入55重量份數(shù)的水溶性酚醛樹脂、45重量份數(shù)的殼聚糖和90重 量份數(shù)的過硫酸銨，攪拌，得到待聚合溶液；待聚合溶液于60°C發(fā)生聚合反應(yīng)2h，去離子水 洗滌，干燥，得到重金屬吸附凝膠材料。所述磁化水由去離子水經(jīng)釹鐵硼磁體磁化得到，所 述釹鐵硼磁體的磁感應(yīng)強度為3000高斯。
[0022] 實施例三重金屬吸附凝膠材料 稱取6重量份數(shù)的氫氧化鈉于反應(yīng)器中，加磁化水配制成3mol/L的堿液，4°C水浴條件 下加入20重量份數(shù)的丙烯酸，攪拌，得到中和溶液；向中和溶液中依次加入38重量份數(shù)的 雙丙烯酰胺、25重量份數(shù)的殼聚糖和70重量份數(shù)的過硫酸鈉，攪拌，得到待聚合溶液；待聚 合溶液于55°C發(fā)生聚合反應(yīng)2h，去離子水洗滌，干燥，得到重金屬吸附凝膠材料。所述磁化 水由去離子水經(jīng)釹鐵硼磁體磁化得到，所述釹鐵硼磁體的磁感應(yīng)強度為5000高斯。
[0023] 對比例一 稱取5重量份數(shù)的氫氧化鈉、1重量份數(shù)的三乙醇胺于反應(yīng)器中，加磁化水配制