[发明专利]一种去除水体重金属的有机无机复合水凝胶

说明书

技术领域

本发明属于水体重金属处理技术领域，涉及一种去除水体重金属的有机无机复合水凝胶。

背景技术

中国是水资源短缺的国家，加之水资源分布不均，水资源与人口、耕地的分布不相匹配，水资源长久以来就是制约中国社会经济可持续发展的重要瓶颈。水体污染加剧了水资源紧缺的严峻形势，而在水体污染中重金属污染最为严重。重金属不同于其他污染物，环境中的重金属不能被降解，主要通过空气、水、土壤等途径进入动植物体，并经由食物链放大富集进入人体，重金属在人体内能和蛋白质及各种酶发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可能在人体的某些器官中富集，如果超过人体所能耐受的限度，会造成人体急性中毒、亚急性中毒、慢性中毒等，对人体会造成很大的危害。例如，铅会引起贫血症、神经机能失调和肾损伤；镉导致骨痛病，会引起胃脏功能失调，干扰人体和生物体内锌的酶系统，导致高血压症上升；血液中的金属汞会在脑组织中积累，达到一定的量时就会对脑组织造成损害，另外一部分汞离子转移到肾脏；铜会导致黄疸胰腺炎、红血球中毒、食道问题和贫血症。

目前，用于去除水体重金属的有效分离工艺有沉淀、离子交换、电化学处理、膜技术、蒸发凝固等，但这些技术的应用受工艺和经济的限制。吸附法具有高效、节能、可循环、利用、环保等特点。吸附法成功应用很大程度上取决于吸附剂的高效发展。活性炭是世界范围内水处理领域使用最为广泛也是最受欢迎的吸附剂，有着诸多的优点。但是，活性炭分子筛吸附剂主要通过物理吸附作用，选择性较低，且高质量的活性炭价格昂贵，且再生效率较低。因此开发高效、低成本的水体重金属吸附材料具有广泛的市场需求和良好的应用前景。

发明内容

本发明目的在于，提供一种去除水体重金属的有机无机复合水凝胶，该复合水凝胶由海藻酸钠、海藻酸铵或海藻酸，丙烯酰胺、丙烯酸或甲基丙烯酸和凹凸棒，膨润土或高岭土黏土组成，采用交联聚合法制备，交联剂采用亚甲基双丙烯酰胺，引发剂采用过硫酸铵、过硫酸钾或偶氮二异丁腈。整个制备过程均在水溶液中进行，制备方法简单，无需特殊的工艺设备，能耗低，生产成本低，环境友好，易于产业化。该水凝胶脱附工艺简单，能耗低，生产成本低，环境友好，易于产业化，对二价铅离子、二价镉离子和二价铜离子都具有较高的吸附量，且受酸碱度的影响较小。吸附了重金属离子的吸附剂可以以盐酸为脱附剂脱去吸附剂中的重金属离子后再次吸附重金属离子，具有良好的可再生性和循环利用性。

本发明所述的一种去除水体重金属的有机无机复合水凝胶，该复合水凝胶由海藻酸钠、海藻酸铵或海藻酸，丙烯酰胺、丙烯酸或甲基丙烯酸和凹凸棒、膨润土或高岭土黏土制成，采用交联聚合法制备，具体操作按下列步骤进行：

a、黏土提纯：将凹凸棒、膨润土或高岭土机械粉碎、过筛，取粒径20-100目的矿样加蒸馏水制浆，采用湿法自然沉降和高速离心相结合的方法进行提纯，并采用冷冻-解冻方法进行片层解离；

b、黏土活化：将步骤a中处理后的凹凸棒、膨润土或高岭土机械粉碎、过筛，取粒径20-100目的矿样，加入浓度为1％-25％的盐酸进行活化，于室温下放置过夜，用布氏漏斗抽滤，用水洗至中性，在烘箱中于温度105℃烘1-1.5h，再经管式炉中温度400℃焙烧2h后备用；

c、将步骤b中处理后的黏土机械粉碎、过筛，取粒径200目的矿样备用；

d、吸附剂的制备：取3.00-4.00g丙烯酰胺、丙烯酸或甲基丙烯酸，放置250mL烧杯中，加入45mL去离子水，再加入0.10-0.35g亚甲基双丙烯酰胺，水浴加热温度45-70℃，搅拌至全部溶解；

e、将步骤d中的溶液中加入海藻酸钠、海藻酸铵或海藻酸0.25-0.50g，搅拌至全部溶解；

f、将步骤e中的溶液中加入黏土，搅拌1小时，其中黏土占丙烯酰胺、丙烯酸或甲基丙烯酸的质量百分数为5％-50％；

g、将步骤f中的溶液中在搅拌下加入0.20-1.20g过硫酸铵、过硫酸钾或偶氮二异丁腈，停止搅拌，待材料成型后保持水浴1小时；

h、将步骤f中得到的凝胶状材料取出，用蒸馏水清3次后，在烘箱中温度50℃烘24小时，得到有机无机复合水凝胶。

所述的方法获得的去除水体重金属的有机无机复合水凝胶在制备去除水体中含二价铅离子、二价镉离子或二价铜离子中用途。