[发明专利]聚合物水凝胶基纳米氧化铁辐射制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于环境材料技术领域，涉及聚合物水凝胶基纳米氧化铁的制备及其对重金属废水深度净化处理的应用。 

背景技术

近年来，随着工业的发展与人类生活水平的提高，污水的排放量逐年增加，其中包含大量对人体有严重危害的重金属离子，它不仅对水生生物构成威胁，且会通过食物链能够累积到较高的毒性，最终危害人体的健康。例如，日本在上世纪60～70年代曾出现由汞污染引起的水俣病和镉污染引起的骨痛病事件，近几年，国内也频频出现血铅中毒事件，如江苏省滨海县、沭阳县，浙江台州等地相继发生铅中毒事件，因此如何有效的对重金属离子进行去除已成为迫切需要解决的难题。传统的处理工业及生活废水中重金属离子的方法主要有化学处理方法、超滤法等，化学处理方法能快速去除废水中的金属离子，工艺过程简单，但存在出水金属浓度偏高，易产生二次污染，废水回用困难等缺点；超滤法工艺复杂，成本高，效果欠佳；而吸附法因为处理流程简单，易于操作，也是重金属废水处理技术中被广泛使用和研究的方法。吸附剂主要有活性炭、沸石、离子树脂和螯合树脂(如公开号为CN1772386的一种螯合树脂)等，而关于聚合物水凝胶作为吸附剂的研究相对较少。 

聚合物水凝胶是一种经适度交联而具有三维网络结构的新型功能高分子材料，具有高交联度、高溶胀率、不溶于水的结构和性能特征，同时具有一般高分子化合物的基本特征。在聚合物水凝胶中存在大量的功能基团，作为新型吸附剂对染料和重金属的吸附近年来备受关注。专利号为ZL95194263.8以化学方法制备了水凝胶，专利号为ZL200710008807.X以丙烯酸、丙烯酰胺通过预聚合反应制备了一种互穿网络水凝胶。专利号为CN101905146A公布了化学法制备硅胶-多亚乙基多胺鳌合型吸附材料。近年来，纳米氧化铁由于分散性好，强烈吸收紫外线，具有良好的耐光、热、酸碱、腐蚀性气体及良好的磁性广泛各种工 业上，制备纳米氧化铁的方法有很多，如水热法、强迫水解法、溶胶-凝胶法、固相法、微波法、微乳法等，申请号为200910095739.4公开了一种聚乙烯吡咯烷酮修饰的超顺磁性氧化铁纳米颗粒的制备方法，申请号为201010139529.3公开了一种去除水体中微量磷、砷和锑的纳米复合吸附剂，专利申请号为200510023582.6公开了一种采用电子束辐射法制备纳米氧化铁的方法。另外，同济大学的梁美娜，刘海玲等(应用化学，2007，纳米氧化铁的制备及其对砷的吸附作用)采用沉淀法制备了纳米氧化铁，研究了制备条件，并对产品进行了表征。济南大学的郑娅娜，何茂强等(济南大学学报，2010，Pb²⁺在稀土掺杂纳米氧化铁表面的吸附行为)采用溶胶-凝胶法制备稀土元素(La、Ce)掺杂改性的纳米氧化铁，研究了制备其对重金属离子Pb²⁺吸附作用；李广川，胡军等(广东化工，2011，纳米氧化铁应用于水中镉(II)的吸附)研究了新型纳米Fe₂O₃材料对水中Cd²⁺的静态吸附性能，考察了影响吸附与解吸的主要因素。但上述方法大多数为化学聚合法，其制备过程往往需要添加引发剂，导致制备的高分子材料纯度下降，而电子束方法则采用高剂量电子束辐照一步法直接制备纳米氧化铁，没有采用先制备吸附重金属离子的聚合物水凝胶再负载纳米氧化铁进而制备纳米氧化铁水凝胶，增强其吸附重金属吸附能力的方法。 

现有的聚合物水凝胶研究及制备主要采用化学方法，其中部分研究成果被用于重金属吸附。但化学聚合方法大多数在制备过程中需要添加引发剂，因而导致制备的高分子材料纯度下降，功能降低。 

发明内容

本发明目的是，提出一种应用辐射技术制备吸附水凝胶的方法，可以制备出一种具有功能性基团的有机高分子聚合物水凝胶，可使得聚合物中的功能基团有效吸附螯合重金属离子；进一步的，在已制备的聚合物水凝胶上负载磁性纳米铁以增加吸附效果，制备方法简单，易于操作，并且产物在原有聚合物水凝胶吸附能力的基础上增加了纳米氧化铁的吸附效果，产物具有一定的机械强度，可以延长使用寿命。 

本发明技术方案是，聚合物水凝胶基纳米氧化铁，包括被聚合形式的丙烯酸羟乙酯和N-乙烯基咪唑形成聚合物水凝胶，聚合物水凝胶负载纳米氧化铁；其中，丙烯酸羟乙酯与N-乙烯基咪唑的摩尔比为1～9∶1。 

氧化铁包括亚铁和三价铁，其中Fe²⁺/Fe³⁺的比值为1∶1.2～1∶2.5(mol/mol)。 

聚合物水凝胶的制备方法，其主要包括以下步骤：