一種吸附重金屬離子的復合水凝膠濾餅的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及智能高分子材料領域，具體涉及一種吸附重金屬離子的復合水凝膠濾餅。該復合水凝膠濾餅包括底層支撐網、水凝膠濾層和凹凸棒土凸起三部分，所述底層支撐網為陶瓷網支撐體；所述水凝膠濾層由丙烯酰胺單體聚合而成；所述凹凸棒土凸起為圓柱體、立方體或其他不規則形狀，凹凸棒土凸起經單寧酸預處理后隨機分布在水凝膠基體層表面。本實用新型制備方法簡單、不需要特殊設備、生產成本低、適于工業化應用；采用單寧酸對凹凸棒土進行預處理，與常規聚丙烯酰胺水凝膠相比，吸附強度有大幅度提升；制備得到的復合水凝膠濾餅使用方法簡單，采用常壓過濾或水泵抽濾均可實現有效去除水中重金屬離子的目標。
【專利說明】一種吸附重金屬離子的復合水凝膠濾餅
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及智能高分子材料領域，具體涉及一種對鎳、鉻、鉛等重金屬離子具有良好吸附功能的復合水凝膠濾餅。
【背景技術】
[0002]隨著化學工業、冶金工業等的快速發展，來自電解液、電鍍液以及采礦、金屬冶煉過程中產生的含有鎳、鉻、鉛等重金屬離子的廢水污染正日趨嚴重，重金屬廢水污染已成為嚴重的環境問題和社會問題，急需解決。
[0003]近年來，無機材料對重金屬離子的吸附性能越來越受到研究學者的關注，多數無機礦物質材料造價低并且對重金屬離子的吸附性能明顯，在重金屬離子吸附方面尤為引人注意，其中凹凸棒土是最具典型的一種。
[0004]凹凸棒土(又稱坡縷石)是一種天然非金屬礦物質材料，是一種具有鏈層狀結構的含水富鎂硅酸鹽粘土礦物，典型化學式為Si8Mg6020 (0H)2(0H2)4.4Η20，結構屬2:1型粘土礦物，在每個2:1單位結構層中，四面體晶片角頂隔一定距離方向顛倒，形成層鏈狀。在四面體條帶間形成與鏈平行的通道，通道中充填沸石水和結晶水。凹凸棒土纖維結構一般包括三個層次:①基本結構單元為微棒狀或纖維狀單晶體，簡稱棒晶。②由單晶平行聚集而成的單晶束。③由晶束(包括棒晶)相互堆積而成的聚集體。凹凸棒土的特殊結構使其具有很大的比表面積，物理吸附能力很強；另一方面，凹凸棒土帶有層面負電荷，在層間吸附了具有可交換性的陽離子以使電荷平衡，這樣凹凸棒土就具有了較強的離子吸附交換能力。
[0005]凹凸棒土在水中有很好的懸浮性，因此盡管凹凸棒土有很好的吸附能力，但對于水處理領域來說，粉末狀的凹凸棒土無法直接投入水中使用，需要采取一定的方法進行處理。目前，較好的處理方法是采用一定的載體固載凹凸棒土，再投入水中使用。但是，現有技術中存在固載凹凸棒土復合水凝膠吸附重金屬離子的效率低、吸附量小，凝膠吸附重金屬離子后清洗困難的缺陷，因此，如何進一步對凹凸棒土進行改性處理，以提高其對重金屬離子的吸附能力并實現凝膠的反復使用成為水處理領域的研究熱點。
實用新型內容
[0006]針對現有凹凸棒土復合水凝膠應用于重金屬離子吸附方面存在的不足，本實用新型擬解決的技術問題是提供一種對鎳、鉻、鉛等重金屬離子具有良好吸附能力且吸附量大、吸附效率高、可清洗后重復使用的復合水凝膠濾餅。
[0007]本實用新型復合水凝膠濾餅包括底層支撐網、水凝膠濾層和凹凸棒土凸起三部分，所述底層支撐網為陶瓷網支撐體；所述水凝膠濾層由丙烯酰胺單體聚合而成；所述凹凸棒土凸起為圓柱體、立方體或其他不規則形狀，凹凸棒土凸起經單寧酸預處理后隨機分布在水凝膠基體層表面。
[0008]本實用新型所述吸附重金屬離子的復合水凝膠濾餅的制備方法包括如下步驟:
[0009](1)凹凸棒土的預處理。稱取10g?20g粒徑300目?1000目的凹凸棒土，用1L蒸餾水洗滌，沉淀取其上層清液，500rpm離心Imin后取其上層清液，上層清液中加少量蒸餾水混合均勻后繼續500rpm離心lmin，然后取其上層清液，如此反復洗滌上層清液3?5次后，最后用4000rpm進行離心分離，取其沉淀，90°C下真空干燥24h，研磨后按粒徑大小選擇對應目數的篩子過篩，得純化凹凸棒土。
[0010]配置濃度為0.5mol / L?3mol / L的鹽酸溶液,取IOg?20g純化凹凸棒土與150mL?200mL鹽酸溶液加入到小燒杯中攪拌混合，5min后，將混合物加熱到70°C?80°C，攪拌Ih?2h,然后超聲振蕩30min?40min,抽濾,用蒸懼水洗漆至pH約為6左右，90°C下真空干燥24h，研磨后按粒徑大小選擇對應目數的篩子過篩，得酸改性凹凸棒土。
[0011]取Ig?3g酸改性凹凸棒土,加入200mL?250mL濃度2000mg / L的單寧酸溶液，室溫攪拌2h?3h后乙醇洗至上清液與FeC13溶液無顯色反應，離心分離，干燥研磨，按粒徑大小選擇對應目數的篩子過篩，得到單寧酸改性凹凸棒土。
[0012](2)制備復合水凝膠濾餅。稱取一定量丙烯酰胺(AAm)用20ml蒸餾水溶解配成溶液，使溶液濃度控制在lmol / L?3mol / L ;向溶液中加入一定量的單寧酸改性凹凸棒土，控制凹凸棒土與AAm的質量比為5:1?15:1。向混合溶液中加入0.04mol / L?
0.12mol / L的MBAA作交聯劑，溶解攪拌均勻后通氮氣20分鐘以上，再加入0.005mol /L?0.015mol / L的過硫酸銨作引發劑，攪拌溶解，繼續通氮氣30分鐘以上后，將溶液倒入圓柱形模具中，模具底部設有陶瓷網支撐體，將模具放入65?75°C恒溫環境中，使其凝膠反應12?24小時，即得聚丙烯酰胺復合水凝膠濾餅；
[0013](3)復合水凝膠濾餅后處理。將所得的復合水凝膠濾餅用蒸餾水浸泡3?5天，以除去未反應的小分子單體，即得本發明所述的復合水凝膠濾餅。
[0014]有益效果:
[0015]本實用新型所制備的凝膠濾層采用常規的水凝膠單體原料丙烯酰胺，制備方法簡單、不需要特殊設備、生產成本低、適于工業化應用；采用單寧酸對凹凸棒土進行預處理，與常規聚丙烯酰胺水凝膠相比，吸附強度有大幅度提升；制備得到的復合水凝膠濾餅使用方法簡單，采用常壓過濾或水泵抽濾均可實現有效去除水中重金屬離子的目標。
【專利附圖】
【附圖說明】:
[0016]圖1為復合水凝膠濾餅結構示意圖
[0017]圖中所示標記為:1 一底層支撐網；2—水凝膠濾層；3—凹凸棒土凸起【具體實施方式】
[0018]下面的實施例可以使本專業技術人員更全面地理解本實用新型，但不以任何方式限制本實用新型。
[0019]實施例1:
[0020](I)凹凸棒土的預處理。稱取IOg粒徑300目的凹凸棒土，用IL蒸餾水洗滌，沉淀取其上層清液，500rpm離心Imin后取其上層清液，上層清液中加少量蒸餾水混合均勻后繼續500rpm離心lmin,然后取其上層清液,如此反復洗漆上層清液3次后,最后用4000rpm進行離心分離，取其沉淀，90°C下真空干燥24h，研磨后按粒徑大小選擇對應目數的篩子過篩，得純化凹凸棒土。[0021]配置濃度為0.5mol / L的鹽酸溶液，取10g純化凹凸棒土與150mL鹽酸溶液加入到小燒杯中攪拌混合，5min后，將混合物加熱到70°C,攪拌lh,然后超聲振蕩30min,抽濾，用蒸餾水洗滌至pH約為6左右，90°C下真空干燥24h，研磨后按粒徑大小選擇對應目數的篩子過篩，得酸改性凹凸棒土。
[0022]取lg酸改性凹凸棒土，加入200mL濃度2000mg / L的單寧酸溶液，室溫攪拌2h后乙醇洗至上清液與？冗13溶液無顯色反應，離心分離，干燥研磨，按粒徑大小選擇對應目數的篩子過篩，得到單寧酸改性凹凸棒土。
[0023](2)制備復合水凝膠濾餅。稱取一定量AAm用20ml蒸餾水溶解配成溶液，使溶液濃度控制在lmol / L ;向溶液中加入一定量的單寧酸改性凹凸棒土，控制凹凸棒土與AAm的質量比為5:1。向混合溶液中加入0.04mol / L的MBAA作交聯劑，溶解攪拌均勻后通氮氣20分鐘以上，再加入0.005mol / L的過硫酸銨作引發劑，攪拌溶解，繼續通氮氣30分鐘以上后，將溶液倒入圓柱形模具中，模具底部設有陶瓷網支撐體，將模具放入65°C恒溫環境中，使其凝膠反應12小時，即得復合水凝膠濾餅；
[0024](3)復合水凝膠濾餅后處理。將所得的復合水凝膠濾餅用蒸餾水浸泡3天，以除去未反應的小分子單體，即得本發明所述的復合水凝膠濾餅。
[0025]實施例2:
[0026](1)凹凸棒土的預處理。稱取10g粒徑1000目的凹凸棒土，用1L蒸餾水洗滌，沉淀取其上層清液，500rpm離心lmin后取其上層清液，上層清液中加少量蒸餾水混合均勻后繼續500rpm離心lmin,然后取其上層清液，如此反復洗漆上層清液3次后,最后用4000rpm進行離心分離，取其沉淀，90°C下真空干燥24h，研磨后按粒徑大小選擇對應目數的篩子過篩，得純化凹凸棒土。
[0027]配置濃度為0.5mol / L的鹽酸溶液，取20g純化凹凸棒土與150mL鹽酸溶液加入到小燒杯中攪拌混合，5min后，將混合物加熱到70°C,攪拌lh,然后超聲振蕩30min,抽濾，用蒸餾水洗滌至pH約為6左右，90°C下真空干燥24h，研磨后按粒徑大小選擇對應目數的篩子過篩，得酸改性凹凸棒土。
[0028]取lg酸改性凹凸棒土，加入250mL濃度2000mg / L的單寧酸溶液，室溫攪拌2h后乙醇洗至上清液與？冗13溶液無顯色反應，離心分離，干燥研磨，按粒徑大小選擇對應目數的篩子過篩，得到單寧酸改性凹凸棒土。
[0029](2)制備復合水凝膠濾餅。稱取一定量AAm用20ml蒸餾水溶解配成溶液，使溶液濃度控制在lmol / L ;向溶液中加入一定量的單寧酸改性凹凸棒土，控制凹凸棒土與AAm的質量比為5:1。向混合溶液中加入0.12mol / L的MBAA作交聯劑，溶解攪拌均勻后通氮氣20分鐘以上，再加入0.015mol / L的過硫酸銨作引發劑，攪拌溶解，繼續通氮氣30分鐘以上后，將溶液倒入圓柱形模具中，模具底部設有陶瓷網支撐體，將模具放入75°C恒溫環境中，使其凝膠反應24小時，即得聚丙烯酰胺復合水凝膠濾餅；
[0030](3)復合水凝膠濾餅后處理。將所得的復合水凝膠濾餅用蒸餾水浸泡5天，以除去未反應的小分子單體，即得本發明所述的復合水凝膠濾餅。
[0031]實施例3:
[0032](1)凹凸棒土的預處理。稱取20g粒徑300目的凹凸棒土，用1L蒸餾水洗滌，沉淀取其上層清液，500rpm離心lmin后取其上層清液，上層清液中加少量蒸餾水混合均勻后繼續500rpm離心lmin,然后取其上層清液,如此反復洗漆上層清液5次后,最后用4000rpm進行離心分離，取其沉淀，90°C下真空干燥24h，研磨后按粒徑大小選擇對應目數的篩子過篩，得純化凹凸棒土。
[0033]配置濃度為3mol / L的鹽酸溶液，取IOg純化凹凸棒土與150mL鹽酸溶液加入到小燒杯中攪拌混合，5min后,將混合物加熱到80°C,攪拌2h,然后超聲振蕩30min,抽濾,用蒸餾水洗滌至PH約為6左右，900C下真空干燥24h，研磨后按粒徑大小選擇對應目數的篩子過篩，得酸改性凹凸棒土。
[0034]取Ig酸改性凹凸棒土，加入200mL濃度2000mg / L的單寧酸溶液，室溫攪拌3h后乙醇洗至上清液與FeCl3溶液無顯色反應，離心分離，干燥研磨，按粒徑大小選擇對應目數的篩子過篩，得到單寧酸改性凹凸棒土。
[0035](2)制備復合水凝膠濾餅。稱取一定量AAm用20ml蒸餾水溶解配成溶液，使溶液濃度控制在1.5mol / L ;向溶液中加入一定量的單寧酸改性凹凸棒土,控制凹凸棒土與AAm的質量比為10:1。向混合溶液中加入0.05mol / L的MBAA作交聯劑，溶解攪拌均勻后通氮氣20分鐘以上，再加0.0lOmol / L的過硫酸銨作引發劑，攪拌溶解，繼續通氮氣30分鐘以上后，將溶液倒入圓柱形模具中，模具底部設有陶瓷網支撐體，將模具放入70°C恒溫環境中，使其凝膠反應24小時，即得聚丙烯酰胺復合水凝膠濾餅；
[0036](3)復合水凝膠濾餅后處理。將所得的復合水凝膠濾餅用蒸餾水浸泡4天，以除去未反應的小分子單體，即得本發明所述的復合水凝膠濾餅。
[0037]實施例4:
[0038](I)凹凸棒土的預處理。稱取15g粒徑500目的凹凸棒土,用IL蒸懼水洗漆,沉淀取其上層清液，500rpm離心Imin后取其上層清液，上層清液中加少量蒸餾水混合均勻后繼續500rpm離心lmin,然后取其上層清液,如此反復洗漆上層清液5次后,最后用4000rpm進行離心分離，取其沉淀，90°C下真空干燥24h，研磨后按粒徑大小選擇對應目數的篩子過篩，得純化凹凸棒土。
[0039]配置濃度為lmol / L的鹽酸溶液，取12g純化凹凸棒土與180mL鹽酸溶液加入到小燒杯中攪拌混合，5min后,將混合物加熱到70°C,攪拌Ih,然后超聲振蕩30min,抽濾,用蒸餾水洗滌至PH約為6左右，900C下真空干燥24h，研磨后按粒徑大小選擇對應目數的篩子過篩，得酸改性凹凸棒土。
[0040]取2g酸改性凹凸棒土，加入250mL濃度2000mg / L的單寧酸溶液，室溫攪拌3h后乙醇洗至上清液與FeCl3溶液無顯色反應，離心分離，干燥研磨，按粒徑大小選擇對應目數的篩子過篩，得到單寧酸改性凹凸棒土。
[0041 ] (2)制備復合水凝膠濾餅。稱取一定量AAm用20ml蒸餾水溶解配成溶液，使溶液濃度控制在2mol / L ;向溶液中加入一定量的單寧酸改性凹凸棒土，控制凹凸棒土與AAm的質量比為8:1。向混合溶液中加入0.05mol / L的MBAA作交聯劑，溶解攪拌均勻后通氮氣20分鐘以上，再加入0.006mol / L的過硫酸銨作引發劑，攪拌溶解，繼續通氮氣30分鐘以上后，將溶液倒入圓柱形模具中，模具底部設有陶瓷網支撐體，將模具放入65°C恒溫環境中，使其凝膠反應18小時，即得聚丙烯酰胺復合水凝膠濾餅；
[0042](3)復合水凝膠濾餅后處理。將所得的復合水凝膠濾餅用蒸餾水浸泡3.5天，以除去未反應的小分子單體，即得本發明所述的復合水凝膠濾餅。
【權利要求】
1.一種吸附重金屬離子的復合水凝膠濾餅，包括底層支撐網、水凝膠濾層和凹凸棒土凸起三部分，其特征在于，所述底層支撐網為陶瓷網支撐體；所述水凝膠濾層由丙烯酰胺單體聚合而成；所述凹凸棒土凸起為圓柱體、立方體或其他不規則形狀。
2.如權利要求1所述的一種吸附重金屬離子的復合水凝膠濾餅，其特征在于，所述凹凸棒土凸起隨機分布在水凝膠濾層表面。
【文檔編號】C02F1/28GK203508037SQ201320639649
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年10月17日 優先權日:2013年10月17日
【發明者】何曉春, 劉健, 趙義平, 張桂芳 申請人:滁州友林科技發展有限公司