Page 94 - 《精细化工》2020年第4期
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·728·                             精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 37 卷

                 slightly decreased.
                 Key  words:  hydrolysis  resistance;  adsorption  property;  modification;  hydrogels;  kinetics;  functional
                 materials


                 吸水性凝胶是近年来发展最快的功能高分子材                          （AMPS）、过硫酸铵（APS）、NaOH、CuCl 2 、CrCl 3 、
            料之一，是一种含有羧基、羟基、磺酸基等强亲水                             乙二胺四乙酸二钠（EDTA 二钠）、N,Nʹ-亚甲基双丙
            性基团并具有三维网络结构的聚合物，因其优异的                             烯酰胺（NMBA），化学纯，国药集团化学试剂有限
            吸水与保水性能被广泛应用于农林、医疗、卫生、                             公司；SA，化学纯，青岛南山生物科技有限公司；
            原油开采等传统领域          [1-4] 。随着吸水性凝胶性能进一              四烯丙基溴化铵（TAAB），化学纯，无锡市乾丰化
            步完善，产品类别日趋丰富，其在电子产品、节能环                            工科技有限公司。
            保、生物产业等新兴领域的应用也逐渐得到推广                      [5-7] 。     MAGNA 750 型红外光谱仪，美国 Nicolet 公司；
                 中国工业废水的排放量约为 400 亿 t/a，其中重                    Hitachi S-4800 型冷场扫描电镜，日本日立公司；iCE
                               [8]
            金属废水超过了 50% 。重金属废水具有来源广泛、                          3500 AAS 原子吸收光谱仪，美国 Thermo 公司；Park
            处理困难的特点，始终是水处理领域的难点问题。                             XE15 型原子力显微镜，韩国 Park 公司。
            目前，重金属废水的处理方法主要有络合法、加碱                             1.2   吸水性凝胶的制备
            沉淀法、氧化还原法、离子交换法、吸附法等                      [9-10] ，     反应温度为 60  ℃，AMPS、SA、APS、TAAB、
            过量络合剂的应用增加了废水成分的复杂性，加大                             EDTA 二钠含量为 10%、2%、0.08%、0.12%、0.6%（以
            了处理难度；普通的加碱沉淀法处理能力有限；氧                             AA 的质量为基准，下同），AA 中和度为 80%。具
            化还原法主要考虑氧化剂的成本；而吸附法要亟需                             体操作如下：称取 AA  28.80  g（0.40  mol），NaOH
            解决离子交换树脂的频繁再生问题                 [11-12] 。因此，单      12.80 g（0.32 mol）与适量蒸馏水混合，充分反应冷
            一的方法处理重金属废水并不是最佳选择，需探究                             却至室温后转移至带有温度计、搅拌、N 2 保护装置
            更多元化的技术组合、更富有成效的吸附渠道，以                             的四口烧瓶中，通 N 2 30 min 后分别加入 AMPS 2.88 g
            提高重金属废水的处理水平。                                      （0.014 mol），APS 0.0230 g（1.0×10  mol），TAAB
                                                                                               –4
                 乙二胺四乙酸（EDTA）是一种重要的螯合剂，                        0.0346 g（1.3×10  mol），EDTA 二钠 0.1728 g（5.1×
                                                                              –4
            常用于络合金属离子和分离金属。与其他螯合剂相                             10  mol），水浴升温至 60  ℃，然后加入 0.5760  g
                                                                 –4
                           2+
                                3+
            比，EDTA 对 Cu 、Cr 等重金属离子具有更优良的                       SA，反应 4 h 后将凝胶取出，105  ℃烘干，粉碎过
            配位性能，更易形成稳定的螯合物。吸水性凝胶对                             30~50 目标准筛得到改性吸水凝胶样品，备用。
            重金属离子的吸附主要通过离子交换实现，但吸附                                 市售通用水凝胶的制备过程与上述步骤相似，
            能力有限。从理论上讲，在聚合时引入 EDTA，可                           除交联剂为 NMBA 外，其他聚合条件及加量均
            通过 EDTA 螯合更多的重金属离子于凝胶网络内                           相同。
            部，进一步提高凝胶对重金属离子的吸附量，对于                             1.3   水凝胶耐水解性能测定
            含重金属离子废水的处理具有重要的意义。
                                                                   称取一定质量烘干后凝胶样品置于老化罐中，
                 目前，鲜见有机螯合剂改性吸水性凝胶吸附能                          加入足量的备用溶液（用浓盐酸和 NaOH 配制
                                        2+
                                              3+
            力的报道。本文针对常见含 Cu 、Cr 的工业废水，
                                                               pH=1~14 的水溶液），完全密封后将其置于马弗
            在传统吸水性凝胶基础上，用海藻酸钠（SA）接枝
                                                               炉中，设置不同的温度，8  h 后取出用 100 目尼龙
            聚丙烯酸制备一种具有疏松网络结构的吸水性凝
                                                               袋过滤并称量凝胶质量，根据式（1）计算吸水倍
            胶，提高水凝胶的比表面积，改善其物理吸附性能；
                                                               率 Q H O ：
            再选用螯合剂 EDTA 二钠改性，引入特殊功能基，                               2
                                                                               Q H 2 O =(M 1 –M 0 )/M 0   （1）
            提高凝胶对重金属离子的化学吸附性能。对凝胶的                             式中：M 0 为凝胶吸水前的质量，g；M 1 为凝胶充分
                                    3+
                              2+
            吸水性能及其对 Cu 、Cr 的吸附性能、吸附机理
                                                               吸水后质量，g。
            等进行研究，为吸水性凝胶在重金属废水处理领域
                                                                                     3+
                                                                               2+
                                                               1.4   水凝胶对 Cu 、Cr 吸附性能测定
            的工业化应用提供理论支持。
                                                                   称取一定质量烘干后凝胶样品置于 100  mL 锥
            1   实验部分                                           形瓶中，加入 50  mL 不同浓度的重金属溶液（含
                                                                 2+
                                                                      3+
                                                               Cu 、Cr ），一定温度下恒温振荡 1 h。达吸附平衡
            1.1   试剂与仪器                                        后，取锥形瓶内溶液，稀释后用原子吸收分光光度
                                                                                   3+
                                                                              2+
                 丙烯 酸（ AA ）、 2- 丙烯 酰胺 -2- 甲基丙 磺酸               计测定溶液中 Cu 、Cr 的浓度，CuCl 2 标准曲线方
   89   90   91   92   93   94   95   96   97   98   99