[发明专利]一种用于吸附重金属的复合水凝胶材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于吸附重金属的复合水凝胶材料及其制备方法。该材料是将四氯化钛与氯化锰分别加入壳聚糖的醋酸溶液中，再通氮气，水浴升温至55‑70℃，加入引发剂后搅拌均匀，再快速加入丙烯酰胺，60‑65℃下反应1.5‑3h，产物经脱水过滤后烘干，即得。该制备方法过程简单，制备所需时间短，适合于大规模生产；同时得到的掺杂无机物的无机‑有机复合水凝胶，对铅、铬、镍离子均具有良好吸附性能，吸附能力分别达到458.7mg/g、318.2mg/g、238.2mg/g，且经过脱附剂处理后，仍具有较高的吸附，可重复利用。

技术领域

本发明属于功能材料领域，具体而言，涉及一种吸附水体中重金属的复合水凝胶材料及其制备方法。

背景技术

重金属是指密度大于4.5g/cm³的金属，重金属污染是由冶金、电镀、制革等行业排放的废水对水体及农田土壤环境造成的污染。重金属不能被微生物降解，易被生物体摄取后在较高级的生物体内富集产生累积性中毒。例如重金属汞，进入人体后将直接沉入肝脏，破坏大脑视力神经；重金属铅的毒性较大，对胎儿神经板造成伤害，导致脑死亡、老年痴呆等疾病；重金属铬会造成人体四肢麻木、精神异常。

尽管目前已研发了诸如传统化学沉淀法、鳌合絮凝法、铁氧体法、离子交换法、蒸发浓缩法、吸附法、膜分离法和电化学方法等多种处理方法，与其它处理方法相比，吸附法由于具有适用范围广、处理工艺简单、原材料来源广、成本较低、处理效果较好，因此具有更好的实用性和更广阔的应用前景。

现有吸附剂的研究主要包括活性炭、农业废弃物、树脂、膨润土、粉煤灰、海藻等，例如申请号201710159372.2《一种去除水体重金属的有机无机复合水凝胶》公开了先对黏土进行提纯、活化后与有机物复合，得到复合水凝胶，该方法需要对黏土进行多次处理，且步骤繁琐，耗费时间长。

申请号201610851701.5《一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备方法》公开了将羧甲基壳聚糖与氧化石墨烯、丙胺烯酰胺混合反应，得到复合水凝胶，但是制备该水凝胶的目的是使其具有良好的生物相容性、力学性能，作为人造皮肤、韧带等材料，且文献中说明氧化石墨烯的作用是提高生物相容性，，羧甲基壳聚糖则是提供刚性，因此从该申请文件的各组分功能及效果来看，该水凝胶材料对重金属并未表现出任何吸附效果。

申请号201610828084.7《壳聚糖/坡缕石/聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备方法》公开了一种以壳聚糖、坡缕石、丙烯酰胺为原料，在不加引发剂和无需N₂保护的条件下，得到的复合水凝胶，但是该复合水凝胶不但对不同重金属离子的吸附量差别显著，且饱和吸附量最高不到160mg/g。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种制备时间短、对多种重金属均具有较高吸附率的复合水凝胶材料及其制备方法。

为了实现本发明的目的，通过大量试验研究并不懈努力，最终获得如下技术方案：一种用于吸附重金属的复合水凝胶材料制备方法，由以下步骤制备而成：将四氯化钛与氯化锰分别加入壳聚糖的醋酸溶液中，再通氮气，水浴升温至55-70℃，加入引发剂后搅拌均匀，再快速加入丙烯酰胺，60-65℃下反应1.5-3h，产物经脱水过滤后烘干，得到复合水凝胶材料；

其中所述四氯化钛、氯化锰、壳聚糖的质量比为(3-10)：(0.2-0.8)：180，壳聚糖：丙烯酰胺的质量比为1:(65-90)。

进一步优选地，本发明提供的用于吸附重金属的复合水凝胶材料制备方法，其中所述四氯化钛、氯化锰、壳聚糖的质量比为(5-7)：(0.4-0.7)：180，壳聚糖：丙烯酰胺的质量比为1：(73-82)。

进一步优选地，本发明提供的用于吸附重金属的复合水凝胶材料制备方法，其中所述引发剂用量为所述壳聚糖质量的10-14％。