[发明专利]一种双网络水凝胶吸附剂及其制备方法和作为重金属吸附剂的应用

说明书

本发明公开了一种双网络水凝胶吸附剂及其制备方法和作为重金属吸附剂的应用,双网络水凝胶吸附剂的制备方法是将废弃棉布料溶于氢氧化钠/尿素溶剂体系，得到纤维素溶液；所述纤维素溶液与含丙烯酰胺、交联剂和引发剂的溶液混合均匀并进行交联和聚合反应，即得力学性能好、富含活性官能基团，具有交联纤维素和聚丙烯酰胺双网络及三维多孔结构的水凝胶，该方法操作简单、低成本，有利于大规模生产，制备的双网络水凝胶吸附剂用于水中的重金属离子吸附，具有添加量小、吸附速率快、吸附量大等优点，可用于各种含重金属离子废水的处理。

技术领域

本发明涉及一种双网络水凝胶，特别涉及一种具有交联纤维素和聚丙烯酰胺双网络水凝胶及其制备方法，以及双网络水凝胶作为重金属吸附剂在处理重金属污染废水中的应用，属于环境功能材料和水处理新技术领域。

背景技术

工业采矿、重金属冶炼、电镀加工印染刷化学加工、皮革制造以及一些高新技术的快速发展使得含重金属工业废水排放加剧，很多天然水体、饮用水源也遭到了不同程度的污染，并最终影响到人体健康。当前国内、国际水体重金属污染修复治理的方法主要有化学沉淀法、吸附、离子交换、膜分离等。吸附分离技术因其材料廉价易得、去除效果好、二次污染较小且能再生循环利用等优点，一直受到人们的青睐，是近年来研究应用最为活跃的处理废水中污染物质的方法因此，制备出一种成本低、效率高、易分离的吸附材料具有很大的现实意义。

双网络水凝胶，包含两种相互独立网络结构的高分子水凝胶材料。传统的双网络水凝胶制备过程，一般是先合成一层聚电解质网络，再浸入到第二层网络的单体中，在引发剂与交联剂的共同作用下发生聚合，得到双网络水凝胶。双网络水凝胶的力学性能并非两种水凝胶力学性能的简单加和，而是表现出两种网络结构的协同作用，因此，极大地提高了高分子水凝胶的力学性能。高分子水凝胶具有三维的网络结构，水溶性小分子可以在三维网络中自由扩散，且扩散系数与在水溶液中接近。因此，双网络水凝胶在吸附材料方面具有潜在的应用价值。目前，已有部分双网络水凝胶材料经制备出来应用于重金属离子的吸附。如聚丙烯酸钠/氧化石墨烯双网络凝胶(Xu et al.,2015.New doublenetwork hydrogeladsorbent:highly efficient removal of Cd(II)and Mn(II)ionsin aqueoussolution.Chem.Eng.J.275,179-188.)，但是在制备出凝胶之后需要对其进行功能化修饰才能达到较为理想的吸附效果。

当前，旧衣回收模式主要分为三类：一是慈善机构通过募集的方式，二是环卫系统通过垃圾分类的方式，三是回收企业依托政府循环经济类项目开展旧衣回收。中国资源综合利用协会的一项数据显示，我国每年大约有2600万吨旧衣服被扔进垃圾桶，再利用率只有不到1％，绝大多数旧衣服都没有被重新加工或者进行无害化处理。废弃衣物的资源化再利用意义重大，目前还没有关于旧衣服用于制备高性能双网络水凝胶吸附剂的相关报道。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的是在于提供一种利用废弃棉布料来制备力学性能好、富含活性官能基团，具有交联纤维素及聚丙烯酰胺双网络及三维多孔结构水凝胶的方法，该方法操作简单、低成本，有利于大规模生产。

本发明的另一个目的是在于提供一种具有三维多孔结构、吸附位点暴露量大，水溶性小分子可自由扩散，而对水中重金属离子去除效率高的双网络水凝胶吸附剂。

本发明的第三个目的是在于提供一种所述双网络水凝胶吸附剂在脱除废水中重金属离子方面的应用，其对水溶性小分子可自由扩散，而对水中重金属离子去除效率高，且对环境友好，可以推广应用。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种基于废弃棉布料制备双网络水凝胶吸附剂的方法，该方法是将废弃棉布料溶于氢氧化钠/尿素溶剂体系，得到纤维素溶液；所述纤维素溶液与含丙烯酰胺、交联剂I和引发剂的溶液混合均匀，再加入交联剂II，进一步混合均匀后，进行交联及聚合反应，即得。