Page 99 - 《精细化工》2020年第4期

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第 4 期 王向鹏，等: EDTA 改性 P(AA-AMPS)/SA 耐水解水凝胶的制备及其对 Cu 、Cr 的吸附性能 ·733·
为气体常数；T（K）为吸附温度。
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根据表 1，Cu 、Cr 浓度指数分别为 0.88、0.80，
由式（3）可推得凝胶在不同温度下的 ΔG 均为负值。
由于吸附为熵减过程，由 ΔG=ΔH–TΔS 可得凝胶对
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Cu 、Cr 吸附过程的焓变 ΔH 为负值，即吸附是放
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热行为。凝胶在不同温度下对 Cu 、Cr 的吸附性
能如图 12 所示，实验方法同 1.4 节。

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图 13 凝胶吸附 Cu 后 SEM 图
Fig. 13 SEM images of hydrogel after adsorption of Cu 2+

3 结论

以 AA、AMPS 为单体，SA 为原料，EDTA 二
钠为改性剂，TAAB 为交联剂，制备了一种耐水解
多孔性水凝胶。在其他聚合条件相同的条件下，市
售通用交联剂制备的水凝胶在 75 ℃环境下 pH 为
2、7、12 溶液中吸水倍率分别为 10.6、190.3、
20.3 g/g，125 ℃环境中吸水倍率全部为 0，凝胶全
部水解；所制备凝胶在 75 ℃环境下 pH 为 2、7、
12 溶液中吸水倍率分别为 40.3、369.2、63.1 g/g，
125 ℃环境中吸水倍率依次为 40、350.4、60.2 g/g。
与市售通用吸水性凝胶相比，所制凝胶表现出优异
的耐水解性能，在酸、碱及高温环境下均表现出稳
定的保水性能，拓展了吸水性凝胶在高温领域的应
用范围。

合成的改性水凝胶表面结构粗糙、多孔，对
图 12 不同温度下的水凝胶吸附性能 2+ 3+
Fig. 12 Adsorption properties of hydrogels at different Cu 、Cr 表现出优异的吸附性能，最大吸附量分别
temperatures 为 539.2、286.7 mg/g。在实验范围内，加入改性剂
EDTA 二钠、增大溶液 pH 均有利于提高水凝胶对
由图 12 可知，温度越高，凝胶吸附重金属离子
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Cu 、Cr 的吸附效果。对吸附机理研究发现，水凝
速率越快，达吸附平衡所需时间越短。随着外部重
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胶对 Cu 的吸附符合 Langmuir 吸附等温式，对 Cr 3+
金属离子溶液温度的升高，凝胶平衡吸附量逐渐降
的吸附更符合 Freundlich 模型。吸附均为自发放热
低，温度越高，平衡吸附量越小。升高温度不利于
过程，吸附温度升高，达到吸附平衡的时间缩短，
凝胶吸附量的增加，但可加快吸附速率，实验结果
吸附量略有降低。结果表明 EDTA 二钠改性 P(AA-
也验证了理论推导的准确性。
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2.3.5 凝胶吸附 Cu 后表面形态测定 AMPS)/SA 水凝胶对重金属废水的处理有潜在的应
用价值。
在最佳吸附条件下（吸附温度为 20 ℃、pH 为
7、吸附时间为 1 h、CuCl 2 浓度为 0.07 mol/L），利 参考文献：
用 SEM 图对凝胶吸附后的表面形态进行了分析，水 [1] XIAO X M, YU L, XIE F W, et al. One-step method to prepare
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凝胶吸附 Cu 后在不同倍率下的 SEM 图如图 13 所 starch-based superabsorbent polymer for slow release of fertilizer[J].
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示。从图 13a 可明显观察到，水凝胶吸附 Cu 后依 Chemical Engineering Journal, 2017, 309(1): 607-616.
[2] FEKETE T, BORSA J, TAKÁCS E, et al. Synthesis of
然保持错落有秩的孔状结构，孔隙较为均匀，大孔 carboxymethylcellulose/starch superabsorbent hydrogels by
道结构提高了水凝胶的比表面积，有利于凝胶对重 gamma-irradiation[J]. Chemistry Central Journal, 2017, 11(1): 46-55.
[3] LIU M Z (刘梦竹), XIANG C R (相昌荣), WANG X (王鑫), et al.
金属离子的吸附，与凝胶吸附前 SEM 图 6b 相比， Preparation of polyacrylic acid hydragel and research of its water
孔径变小，这主要是凝胶在重金属溶液中吸水倍率 absorbency & salt-tolerance[J]. Journal of Jilin Institute of Chemical
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降低所致。吸附 Cu 后的凝胶表面相对紧凑、粗糙， Technology (吉林化工学院学报), 2019, 36(5): 64-69.

有沟壑状结构。 （下转第 740 页）