聚丙烯酸盐-丙烯酰胺水凝胶的制备及对重金属离子吸附性能的研究.pdf

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1、第44卷分析化学(FENXIHUAXUE)研究报告第5期2016年5月ChineseJourn~ofAnalyticalChemistry707～715DOI：10．11895／j．issn．0253-3820．150916聚丙烯酸盐-丙烯酰胺水凝胶的制备及对重金属离子吸附性能的研究刘宛宜杨璐泽于萌刘淼(吉林大学环境与资源学院，地下水资源与环境教育部重点实验室，长春130012)摘要以丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)为单体，K2S：O。为引发剂，Ⅳ，Ⅳ．亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，采用水溶液聚合法合成P(A

2、A—AM)水凝胶，通过正交实验优化了P(AA—AM)水凝胶的制备工艺。对制备的P(AA—AM)水凝胶进行了SEM和XPS分析，探讨了P(AA—AM)水凝胶对Cu、Pb、zn“和cd的吸附等温线和吸附动力学行为，研究了P(AA—AM)水凝胶的粒径、吸附温度、pH值和重金属离子的初始浓度对P(AA—AM)水凝胶吸附性能的影响。实验结果表明，所制备的P(AA—AM)水凝胶是一种具有三维网络结构的高分子材料，其表面的氨基和羧基残基能够与重金属离子发生螯合反应。减小P(AA—AM)水凝胶粒径、增大溶液pH值、升高吸

3、附环境温度均有利于吸附反应的进行。粒径为0．097～0．15mm的P(AA．AM)水凝胶粉末，在35~C、pH=5的条件下进行吸附等温线实验，得到水凝胶对重金属Cu，Pb“，zn和Cd2的理论最大吸附量分别为186，588，208和403mg／g。P(AA—AM)水凝胶对重金属离子的吸附符合准二级动力学模型(R>0．98)，吸附等温线符合Langmuir吸附等温线(R>0．95)。干扰离子实验和理论模拟均证明P(AA—AM)水凝胶对Pb具有良好的吸附．陛。关键词丙烯酸盐；丙烯酰胺；水凝胶；重金属离子；吸附

4、1引言随着现代工业的快速发展，环境问题日益严重，其中重金属离子污染给动植物的生长、繁殖以及人类的身体健康和生存环境带来了严重的威胁⋯。因此，建立重金属离子废水的高效、环保、低成本的处理方法是环保领域的一项重要课题。目前，除吸附法外，常用于处理重金属离子废水的方法主要有膜分离、浮选、化学沉淀、离子交换、氧化还原等l3J。但以上技术常存在膜通量有限、成本高、设备占地面积大、污泥产生量大等问题，并易造成二次污染。采用吸附法处理重金属废水，吸附材料主要集中在沸石和硅藻土等无机吸附剂、功能化的多孔材料、纤维和树脂等

5、有机吸附剂及活性炭和草木灰等碳质类吸附剂J，但实验成本较高、分离困难、反应速度慢、对极高或极低浓度环境水样吸附能力有限E5,63。水凝胶作为具有三维网络结构的新型高分子材料，因其能够感知和响应环境变化的刺激，具有良好的水渗透性和生物相容及降解性，且可以根据需要引入不同螯合基团，已被广泛应用于农林、园艺，工业、农业，生物医学、药学等领域J。作为一种新型环境友好型吸附材料，水凝胶为解决水体中重金属离子污染问题提供了新途径。作为一种高效吸水性凝胶树脂，丙烯酸一丙烯酰胺类水凝胶的制备方法及吸附性质受到了广泛关注，

6、但外界环境对其吸附性质的影响尚缺乏系统研究。温度、酸碱度、离子强度等外界条件均能够影响水凝胶对重金属离子的吸附量。本研究采用水溶液聚合法合成P(AA—AM)水凝胶，通过正交实验优化了P(AA．AM)水凝胶的制备工艺，将氨基和羧基成功引入到水凝胶中，并系统考察了P(AA．AM)水凝胶粒径、吸附温度、pH值、干扰离子对重金属离子吸附量的影响，以及水凝胶回收再利用价值。结果表明，制得的P(AA．AM)水凝胶对重金属离子Pb具有优异的吸附特性；吸附速度快，在1h内即可达到平衡吸附；因具有良好的溶胀效果，在简单条件

7、下即可得到良好的分离；3次循环解吸再生后其对重金属离子仍保持一定的吸附能力，可降低废水处理成本。2o15-11—16收稿：2015．12-18接受本文系科技部科技重大专项．004基金项目(No．2O12zX072O2oo9)资助E-mail：liumiao@jlu．edu．cn708分析化学第44卷2实验部分2．1仪器与试剂AAS-700型石墨炉原子吸收分光光度计(美国PerkinElmer公司)；JOESJSM．6700F型场发射扫描电子显微镜(日本JEOL公司)；ESCALAB250X射线电子能谱(美

8、国Thermo公司)。丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)、乙二胺四乙酸二钠(c0HN2NaO·HO)、KS：O、PbNO、Cu(NO3)2·3H2O、Zn(NO3)2·6H2O、Cd(NO3)2。4H2O、NaNO3、Ca(NO3)2。4H2O、Mg(NO3)2·6H2O(分析纯，国药集团化学试剂有限公司)；N，Ⅳ一亚甲基双丙烯酰胺(MBA，分析纯，阿拉丁上海晶纯生化科技股份有限公司)；实验用水为超纯水(≥18．2MQ·cm，E