磁性阳离子水凝胶的合成及其对六价铬的吸附去除

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1、第30卷第11期环境化学Vo1．30，No．112011正11月ENVIR0NMENTALCHEMIsTRYNovember2011磁性阳离子水凝胶的合成及其对六价铬的吸附去除饶品华张文启黄中子郑佳运顾敦罡'(1．上海工程技术大学化工学院，上海，201620；2．华东师范大学资源与环境科学学院，上海，200062)摘要本文通过自由基聚合反应合成了一种带永久正电荷的磁性阳离子水凝胶，评价了该水凝胶对水体中六价铬的吸附去除效果．结果表明，磁性阳离子水凝胶具有较强的热稳定性和磁性，水凝胶中的磁性粒子．

2、Fe：0约占总质量10％，红外光谱测试表明水凝胶表面含有酰胺基和季铵基团．在pH3—12，磁性阳离子水凝胶具有较好的化学稳定性，其表面Zeta电位在+30mV以上．吸附实验表明，磁性阳离子水凝胶对六价铬的吸附量较高，最大吸附量达到285mg·g～，吸附等温线可用Freundlich方程和Langmuir方程模拟．解吸实验表明，NaC1对水凝胶上六价铬的解吸效果优于NaOH．磁性阳离子水凝胶在对六价铬4次吸附再生后，仍保持高达85％以上的吸附容量，说明该磁性阳离子水凝胶具有较好的应用前景．关键词磁

3、性，阳离子水凝胶，六价铬，合成，吸附去除．近年来，随着环境保护的日益重视，重金属对水体的污染已经引起国内外的广泛关注¨J．污染水体中的重金属离子可通过食物链被人体所吸收，破坏人体的新陈代谢活动，产生致癌、致畸、致突变作用，从而对人类健康带来极大威胁．铬是目前污染水体中常见的重金属之一，其中六价铬具有强致癌性．目前，六价铬的常见去除方法是化学还原沉淀方法J，然而该方法将产生大量的有害污泥．基于此，许多研究者开始尝试用吸附方法去除水体中的六价铬离子j．吸附方法不仅可以去除六价铬离子，而且吸附剂可以多

4、次再生重复使用，再生液中高浓度的六价铬离子可以回收，具有较好的减排减污效果．常见的吸附剂包括粉煤灰、活性炭、壳聚糖、金属氧化物以及人工合成的聚合物等mJ．水凝胶是一种具有强吸水性的三维高分子聚合物．天然的淀粉、壳聚糖是水凝胶中的典型代表，其中壳聚糖被相关研究者用作吸附剂去除水体中的污染物_9，¨j．研究表明，壳聚糖表面携带的是随溶液pH变化的可变电荷，其吸附容量受溶液pH影响大．为此，有关研究者设计合成了带永久电荷的水凝胶，并按照需要改变其膨胀特性、表面电荷类型以及网络结构¨．然而，水凝胶在吸附

5、污染物后的有效快速分离是面临的一个新问题．磁性材料由于具有较好的分离特性而备受关注．其中．FeO是最常见的一种磁性材料，其不仅在环境条件下化学特性稳定且廉价易得．利用-FeO，的磁性和水凝胶的高吸附容量等优势，制备出新的吸附剂并用于环境中污染物的去除应该是一个有效方法．目前，磁性水凝胶的合成方法通常是将水凝胶浸没在一定浓度的Fe¨和Fe¨混合溶液中，以在水凝胶的界面形成Fe。O，该类磁性水凝胶对环境条件的耐受性不够．本文合成了一种带永久正电荷的磁性阳离子水凝胶，通过水凝胶包裹磁性粒子—FeO的方

6、式增加磁性水凝胶的化学稳定性，并运用红外光谱、热失重等手段表征了该水凝胶的化学和物理特性，探讨了该水凝胶对六价铬的吸附去除效果．1实验部分1．1磁性一Fe：O，的制备：将24．4gFeC1·6HO和16．6gFeSO·7HO溶解在400mL蒸馏水中，向混合溶液中加入0．13mol·L的NaOH200mL，持续搅拌3h后在25℃下静置沉淀3h，倒去上清液，余下的黑色沉淀物即为FeO．此沉淀物在150oC下加热3h得到棕色粉末，经XRD衍射分析确定为—Fe0．2011年2月13Et收稿．}上海市自然

7、科学基金项目(10ZR1412600)；上海市教委科研创新项目(12YZ153，l1ZZI76)资助}通讯联系人，Tel：021—67791214，E—mail：raopinhua@hotmail．eom11期饶品华等：磁性阳离子水凝胶的合成及其对六价铬的吸附去除1．2磁性水凝胶的制备：称取2．5g(3一丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵(APTMAC1)单体，向其中加入0．05g交联剂N，N亚甲基双丙烯酰胺(MBA)，再加0．8mL纯水．待交联剂MBA全部溶解后，加入加速剂N，N，N，N．四甲基乙二胺

8、(TEMED)和0．2g磁性—FeO3．当以上物质混合均匀后，加引发剂0．6mL饱和过硫酸钾(KPS)溶液．在60℃水浴中搅拌反应15min．将生成的磁性水凝胶转移到玻璃瓶中，浸没在纯水里5d．每8h换一次水，以洗去未反应的物质如单体，交联剂，引发剂和加速剂等．然后将磁性水凝胶冷冻干燥，磨成颗粒备用．H，C==CHH，C==CH、=：=O＼￡==：O·llHNHNTEMED＼+●●KPS~[，：：●●．HN。=====O／H，C==CHMBA磁性阳离子凝胶图1磁性阳离子水凝胶合成示意图Fig．1