一種可作為重金屬吸附劑的水凝膠及其制備方法技術

本發明專利技術提供了一種可作為重金屬吸附劑的水凝膠及其制備方法，選用生物相容性好的天然高分子材料瓊脂、羧甲基纖維素鈉及其衍生物、合成高聚物聚乙烯吡咯烷酮、其他天然高分子材料等作為水凝膠原料，只需將原料按一定比例溶于水中，攪拌均勻，制備成均勻的水溶液或乳液，放入60Co-γ工業輻照裝置中，在吸收劑量為5kGy～100kGy下進行輻照，即可合成水凝膠。制備方法簡單，輻照前亦不需對原料進行特殊處理。合成的該類水凝膠生物相容性好、價格低廉、可強烈吸附污水中重金屬離子。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種可作為重金屬吸附劑的天然高分子水凝膠及其制備方法，屬于天然高分子材料應用領域，用于高濃度的重金屬污水的治理。
技術介紹
許多重金屬離子，如Cu2+、Ag+、Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cr6+等，具有高毒性，可對人體和環境造成極大傷害，并且不能被生物降解，易于在生物體內富集。每年，全世界因為工業生產要產生大量的重金屬廢水，對環境和生物造成極大地潛在危害。為減少重金屬危害，更加有效地從廢水中吸附并收集重金屬一直是各個國家環境保護研究領域的重點之一。現有的重金屬污水多用離子交換劑等來吸附重金屬離子，從而達到清除重金屬的·作用。離子交換劑多為合成聚合物凝膠。合成聚合物凝膠交聯度無法做到100%，所以存在一定的凝膠原料單體，而合成聚合物很大一部分對人體和環境有毒性，容易對人體和環境造成污染和傷害。為解決這個問題，選用對環境無害的材料交聯合成凝膠受到材料科學和生物醫學工作者的關注，得到了廣泛應用及研究。對于環境無害的材料，天然高分子材料因其生物相容性好、來源廣泛、可大量再生、可被細菌降解、不易造成白色污染等優良特性而成為材料研究的熱點。其中，蛋白質和纖維素類材料除具有以上優點外，還發現其對重金屬有非常強的吸附作用。近年來，輻照法制備水凝膠因不需加入有害的交聯劑，可直接引發原料交聯合成水凝膠而引起各國研究組的關注。其中6tlCo-Y射線因具有強的穿透性，制備能力強，不引發核反應，交聯合成水凝膠的同時可對水凝膠進行消毒滅菌等特性，而成為一種安全、綠色環保的水凝膠合成方法。選用無毒、無害的天然高分子材料為水凝膠原料，利用輻照法合成水凝膠，不但綜合兩者的優點，合成的水凝膠綠色環保，性能優良，而且價格低廉，來源廣泛，利于環境可持續發展。但是天然高分子材料在輻照情況下極易降解，交聯困難，很難合成形貌穩定的水凝膠。如加入交聯劑，部分天然高分子材料在可輻照情況下合成水凝膠，但是現有常用的化學引發劑有(a)熱不穩定的過氧化物；(b)氧化還原體系，氧化劑如過硫酸銨或過氧化氫，還原劑有亞鐵鹽、焦亞硫酸鈉或四甲基乙二胺、過硫酸鉀等。添加交聯劑合成水凝膠不可避免的引入了化學試劑。很多交聯劑對人體和環境存在毒性，并易溶于水，很難從水中去除，容易在治理廢水中引入二次污染。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是提供一種可作為重金屬吸附劑的水凝膠。本專利技術要解決的技術問題是提供一種可作為重金屬吸附劑的水凝膠的制備方法。本專利技術的可作為重金屬吸附劑的水凝膠，其特點是按重量百分比該組合物由以下組分組成 瓊脂1% 20% 羧甲基纖維素鈉3% 50% 聚乙烯吡咯烷酮1% 20% 其他天然高分子材料 O 5% 其余為水。所述的其他天然高分子材料為海藻酸及其衍生物或明膠。所述的海藻酸及其衍生物為海藻酸鈉。 所述瓊脂、羧甲基纖維素鈉、聚乙烯吡咯烷酮、其他天然高分子材料組分的相對分子質量均為5萬 100萬。所述瓊脂的含量為5% 15%。所述羧甲基纖維素鈉的含量為8% 45%。所述其他天然高分子材料的含量為3% 5%。所述聚乙烯吡咯烷酮的含量為3% 15%。本專利技術的一種可作為重金屬吸附劑的水凝膠的制備方法，依次包括以下步驟 (a)按照各原料組分及重量比將瓊脂、羧甲基纖維素鈉、聚乙烯吡咯烷酮、其他天然高分子材料溶于水中，攪拌均勻，形成均勻溶液或乳液； (b)將原料混合物裝入模具內，放入6tlCo-Y工業輻照裝置中，在吸收劑量為5kGy IOOkGy下進行輻照，合成水凝膠； (C)合成的水凝膠用水沖洗，除去未反應物； (d)水凝膠在低于70°C溫度條件下烘干。在上述水凝膠原料組合物中，瓊脂、羧甲基纖維素鈉和其他天然高分子材料因對重金屬離子具有強的吸附能力，是水凝膠吸附重金屬的主體。羧甲基纖維素鈉和聚乙烯吡咯烷酮因為活性強，擁有大量的兩性化學鍵，在水凝膠的交聯過程中起著支架作用。聚乙烯吡咯烷酮是迄今為止發現的非常優良的具有良好生物相容性的合成聚合物。上述組合及百分比范圍使本專利技術原料組合物形成的水凝膠具有優良的重金屬吸附能能力和生物相容性。上述水凝膠原料組合物，為保證制備簡易及良好的生物相容性，各組分要求水溶性好。為使得合成的水凝膠穩定性好，需適度提高各組分的分子量。原料組合物各組分的相對分子質量優選為5萬 100萬。在上述水凝膠原料組合物中，優選的其他天然高分子材料為海藻酸及其衍生物及明膠中的一種或多種。優選的海藻酸及其衍生物選自海藻酸鈉、海藻酸或海藻酸鉀，其中最優選的是海藻酸鈉。本專利技術的有益效果是 (a)該類水凝膠合成工藝簡單，操作性強，能耗低。輻照前，原料只需在常溫下攪拌均勻即可，不需要額外其他處理，輻照過程不需作加熱處理。(b)合成的水凝膠性能穩定，合成過程中的溫度、濕度等環境變化對水凝膠的性能影響極小，在溫度低時亦不會影響其合成效率及產品性能。(c)合成的水凝膠不需要進行消毒滅菌，避免了消毒劑的殘留污染。因為6tlCo-Y輻照滅菌法是現有非常成熟的、安全無污染的滅菌方法，在合成水凝膠的同時，亦已完成水凝膠的消毒滅菌。(d)水凝膠合成過程不需任何交聯劑，進一步減少了有毒有害化合物的影響。(e)選用的原料及合成工藝不引入有毒有害物質，合成的水凝膠生物相容性好，利于環境可持續發展。(f)合成的水凝膠對重金屬的吸附性能強。本專利技術選用瓊脂和羧甲基纖維素鈉及其衍生物、人工高聚物聚乙烯吡咯烷酮等作為水凝膠原料，合成對環境和人體無害的、價格低廉的、可強烈吸附污水中重金屬離子的水凝膠。本專利技術利用6tlCo-Y射線合成水凝膠，力求合成制備工藝簡單，合成的水凝膠產品性能優良。附圖說明·圖I為本專利技術的一種可作為重金屬吸附劑的水凝膠剖面掃描電子顯微鏡圖片； 圖2為本專利技術的實施例I制備的一種可作為重金屬吸附劑的水凝膠的吸鉻曲線。具體實施例方式下面結合附圖對本專利技術的一種可作為重金屬吸附劑的水凝膠的制備進行說明。圖I為本專利技術的一種可作為重金屬吸附劑的水凝膠剖面掃描電子顯微鏡圖片，可看見合成的水凝膠內部布滿孔隙，這樣可加大凝膠與污水的接觸面，利于水凝膠吸附回收污水中的重金屬離子。圖2為本專利技術的實施例I制備的一種可作為重金屬吸附劑的水凝膠的吸鉻曲線。從圖2中可以看出，本專利技術的一種可作為重金屬吸附劑的水凝膠在pH值為I、濃度為O. 004mol/1的重鉻酸鉀高氯酸溶液中隨時間變化的吸鉻曲線。實施例I 在常溫和常壓下，分別按一下表I中指定的各組分將瓊脂、羧甲基纖維素鈉、聚乙烯吡咯烷酮、其他天然高分子材料溶解于水中，攪拌，形成均勻溶液或乳液。將均勻溶液或乳液倒入模具中，放入輻照室輻照5 kGy 100 kGy，合成水凝膠。合成的水凝膠在溫度為70°C下烘干。實施例2 按以下表I中的指定的各組分含量重復實施例I的方法，但各組分的含量不同，加入了其他天然高分子材料。實施例3 按以下表I中的指定的各組分含量重復實施例I的方法，但各組分的含量不同，制備時吸收劑量為45kGy。。將烘干的水凝膠放入pH值為I、濃度為O. 004 mol/1的重鉻酸鉀高氯酸溶液中，對有毒的重金屬鉻進行吸附回收，結果為1克的凝膠可吸附回收O. 539克的鉻，為現有已報道的最強的鉻金屬離子吸附劑。實施例4 按以下表I中的指定的各組分含量重復實施例3的方法，各組分含量相同，但制備時吸收劑量本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種可作為重金屬吸附劑的水凝膠，其特征是按重量百分比該組合物由以下組分組成：瓊脂????????????????????????1%～20%羧甲基纖維素鈉?????????3%～50%聚乙烯吡咯烷酮?????????1%～20%其他天然高分子材料?????0～5%其余為水。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊桂霞，伍曉利，俞祥忠，岳友，李宗軍，孫國芳，李曉燕，曾凡松，龐元龍，劉徐強，
申請(專利權)人：中國工程物理研究院核物理與化學研究所，
類型：發明
國別省市：