具磺酸基聚合物基納米氧化鐵重金屬吸附劑的製備及應用的製作方法

2023-06-04 07:01:46 2

專利名稱：具磺酸基聚合物基納米氧化鐵重金屬吸附劑的製備及應用的製作方法
技術領域：
本發明屬於環境材料技術領域，涉及聚合物基納米氧化鐵的製備及其對重金屬廢水深度淨化處理的應用。
背景技術：
近年來，由於人類對重金屬的開採、冶煉、加工及商業製造活動日益增多，產生的重金屬在數量上和種類上都大大增加，導致重金屬大量進入土壤、水體中，不僅引起嚴重的環境汙染和資源浪費，而且對人類的身體健康產生了很大的威脅。此外，重金屬和重金屬離子對水棲生物、植物和環境等都具有極大的危害。故此，防治重金屬汙染已經被國家列為「十二五」汙染防治工作的重點。鉻和鉛是嚴重汙染環境的重金屬，造成的汙染普遍存在，且難以消除，給環境和人體健康造成嚴重的危害。因此，開展重金屬汙染物的處理研究具有著重要的現實意義。重金屬廢水處理技術主要包括化學法(化學沉澱、氧化還原、鐵氧體法等)、生物法、蒸發濃縮、電解法、離子交換法、吸附法、膜分離法等。其中化學沉澱法因投資省、運行成本低等原因應用最為廣泛，但重金屬汙染物的處理深度偏低，出水水質受原廢水水質波動、PH控制、沉澱時間、攪拌條件等因素影響波動性較大，易出現超標現象；蒸發濃縮、電解法等深度處理技術雖在處理效果上有較好表現，但在設備投資及處理成本上仍然偏高，難以實現大規模推廣應用；混凝、生物處理、氧化還原等往往達不到重金屬廢水排放標準；反滲透、超濾、納濾等膜分離技術總體處理效果較好，但對運行條件要求較高，出水和回用率不穩定，投資與操作成本偏高。而吸附法因其成本低廉、方法簡便易行受到環境界研究人員的重視。目前，常用的吸附劑主要有活性炭、沸石、離子樹脂和螯合樹脂等，而採用共聚法製備吸附劑的研究相對較少。現有研究表明，氨基、磺酸基等基團由於引入了電子云密度較高的氮、硫原子，易與金屬離子發生配位絡合，因此對重金屬離子具有良好的吸附性能。2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)由於具有磺酸基具有成為吸附重金屬離子共聚物的價值。專利申請號為200710009066公布了 2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸的製備方法，專利申請號為02103930公布了在紫外光作用下，通過與AM/AMPS共聚物發生光化學反應，使之轉化為具有反應活性的材料的方法。專利申請號為200810143887公開了一種聚丙烯酸/2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸的製備方法。另外，張保良等人(山東大學學報(工學版)，2011年，Poly (AM/AMPS)反相乳液的Hofmann降解及其在脫除Cu2+方面的應用)報導了通過化學方法製備兩性聚合物-聚(丙烯醯胺/2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸/乙烯胺)及對Cu2+的吸附，謝建軍等人(功能高分子學報，2008年，丙烯酸系高吸水樹脂反相懸浮聚合法製備及其吸附性)報導了採用反相懸浮聚合法製備聚(丙烯酸/2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸)及對Cu2+，Cr3+的吸附性能。近年來，納米氧化鐵由於分散性好，強烈吸收紫外線，具有良好的耐光、熱、酸鹼、腐蝕性氣體及良好的磁性廣泛各種工業上，製備納米氧化鐵的方法有很多，如水熱法、強迫、水解法、溶膠-凝膠法、固相法、微波法、微乳法等，申請號為200910095739. 4公開了一種聚乙烯吡咯烷酮修飾的超順磁性氧化鐵納米顆粒的製備方法，申請號為201010139529. 3公開了一種去除水體中微量磷、砷和銻的納米複合吸附劑，專利申請號為200510023582. 6公開了一種採用電子束輻射法製備納米氧化鐵的方法。另外，同濟大學的梁美娜，劉海玲等(應用化學，2007，納米氧化鐵的製備及其對砷的吸附作用)採用沉澱法製備了納米氧化鐵，研究了製備條件，並對產品進行了表徵。濟南大學的鄭婭娜，何茂強等(濟南大學學報，2010，Pb2+在稀土摻雜納米氧化鐵表面的吸附行為)採用溶膠-凝膠法製備稀土元素(La、Ce)摻雜改性的納米氧化鐵，研究了製備其對重金屬離子Pb2+吸附作用；李廣川，胡軍等(廣東化工，2011，納米氧化鐵應用於水中鎘(II)的吸附)研究了新型納米Fe2O3材料對水中Cd2+的靜態吸附性能，考察了影響吸附與解吸的主要因素。但上述方法大多數為化學聚合法，其製備過程往往需要添加引發劑，導致製備的高分子材料純度下降，而電子束方法則採用高劑量電子束輻照一步法直接製備納米氧化鐵，沒有採用先製備吸附重金屬離子的聚合物再負載納米氧化鐵進而製備納米氧化鐵水凝膠，增強其吸附重金屬吸附能力的方法。現有的聚合物研究及製備主要採用化學方法，其中部分研究成果被用於重金屬吸附。但化學聚合方法大多數在製備過程中需要添加引發劑，因而導致製備的高分子材料純度下降，功能降低。

發明內容
本發明目的是，提出一種應用輻射技術製備聚合物的方法，可以製備出一種具有磺酸基等功能性基團的有機高分子聚合物，可使得聚合物中的功能基團有效吸附螯合重金屬離子；進一步的，在已製備的聚合物上負載磁性納米鐵以增加吸附效果，製備方法簡單，易於操作，並且產物在原有聚合物吸附能力的基礎上增加了納米氧化鐵的吸附效果，產物具有一定的機械強度，可以延長使用壽命。本發明技術方案是，具有磺酸基的聚合物基納米氧化鐵，包括2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸與丙烯酸羥乙酯共聚的聚合物，聚合物負載納米氧化鐵；其中，2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸與丙烯酸羥乙酯的摩爾比為I : I 9。氧化鐵包括亞鐵和三價鐵，其中Fe2+/Fe3+的比值為I I. 2 I 2. 5 (mol/mol)。製備方法包括以下步驟(I)將2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酸羥乙酯和蒸餾水按一定比例混合均勻；2_丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸加丙烯酸羥乙酯蒸餾水的體積比為(I 7) (7 I)，2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸與丙烯酸羥乙酯的摩爾比為I : (I 9);(2)混合後可以經過10±3min超聲波處理；(3)向⑴的混合物中充入惰性氣體，以保證無氧狀態；(4)在-63 _95°C溫度範圍內，採用輻射劑量為IX IO4 IXlO8Gy的高能射線輻照聚合形成聚合物。所述高能射線為6tlCo-Y射線、137Cs-Y射線或電子束。惰性氣體為氮氣、氬氣或氦氣。所述的聚合物負載納米氧化鐵方法，其特徵是包括以下步驟 (I)將製備好的聚合物切成0. 5-2cm3的小塊。(2)稱取適量待改性的聚合物裝入三頸瓶中，取一定量的蒸餾水加入到具有冷凝裝置的三頸瓶中，鼓泡通惰性氣體除氧。(3)將Fe2+/Fe3+的比值為 I I. 2 I 2. 5 (mol/mol)的 FeSO4. 7H20和 FeCl3. 6H20分別溶於IOml蒸餾水中，將上述溶液加入到三頸瓶中，機械攪拌下緩慢滴加3% 20%的氨水或0. 01 0. lmol/L的NaOH，調節pH至8_9，停止滴加，繼續常溫反應。(4)將所得的產物磁分離，傾慮清洗數次，倒入透析袋中，用I. 5L的去離子水透析24 48h。聚合物基納米氧化鐵對水體中重金屬離子的吸附方法，包括以下步驟(I)將製備好的聚合物基納米氧化鐵放在三角瓶中；(2)將聚合物基納米氧化鐵用去離子水多次洗滌；(3)在25±5°C條件下對不同種類的重金屬離子進行吸附。尤其是所述的聚合物基納米氧化鐵在水處理中除去Cr3+和Pb2+重金屬離子的應用。聚合物基納米氧化鐵Cr3+和Pb2+重金屬離子24小時產物對Cr3+、Pb2+兩種金屬離子的吸附容量分別為199mg/g、213mg/g。聚合物基納米氧化鐵經稀酸洗滌後重複使用。本發明的有益效果是通過應用輻射技術製備的方法，製備出一種具有功能性基團的有機高分子聚合物，可使得聚合物中的功能基團有效吸附螯合重金屬離子；並在已製備的聚合物上負載磁性納米鐵，本發明製品以增加吸附效果，製備方法簡單，易於操作，並且產物在原有聚合物吸附能力的基礎上增加了納米氧化鐵的吸附效果，使用壽命長。


圖I聚合物基納米氧化鐵對水體中Cr3+的吸附效果。圖2聚合物基納米氧化鐵對水體中Pb2+的吸附效果。
具體實施例方式本發明通過實施例進行進一步說明，但本發明並不局限於以下實施例。實施例I :I.稱取一定質量的2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸(簡稱AMPS)溶解於去離子水中，充分溶解混合均勻作為組分A，取一定量的丙烯酸羥乙酯單體(簡稱HEA)作為組分B，將組分A加入組分B中，充分混合均勻；蒸餾水作為組分C，按(A+B) : C為I : 2(v/v)進行混合，其中A : B為2 : 5 (mol/mol)。使用超聲波對混合物進行處理使混合均勻。2.充氮氣後，在_78°C的溫度下，控制輻射劑量範圍在IX IO4 IX IO8Gy,採用高能射線(6tlCo-Y射線)輻照聚合形成聚合物。3.將輻射後形成的聚合物切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌後，在40°C溫度下烘乾。4.稱取適量待改性的聚合物裝入三頸瓶中，用1000ml的量筒量取400ml的蒸餾水加入到1000ml具有冷凝裝置的三頸瓶中，鼓泡通氮氣除氧30min。 5.將 FeSO4. 7H20 和 FeCl3. 6H20 按照 I 2 (mol/mol)分別溶於 IOml 蒸餾水中，將上述溶液加入到三頸瓶中，機械攪拌下(轉速240r/min)緩慢滴加10%的氨水,直到pH =8，停止滴加，繼續常溫反應2h。6.將所得的產物磁分離，傾慮清洗數次，倒入透析袋中，用I. 5L的去離子水透析24 48h。7.對產物進行結構與成分的表徵，包括使用SEM進行孔結構觀察和使用紅外光譜分析產物的成分。SEM的結果表明，製備的聚合物基納米氧化鐵顆粒為球形，分散均勻，適合於對離子進行吸附，特別適合於對重金屬離子的吸附。實施例2 I.稱取一定質量的2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸(簡稱AMPS)溶解於去離子水中，充分溶解混合均勻作為組分A，取一定量的丙烯酸羥乙酯單體(簡稱HEA)作為組分B，將組分A加入組分B中，充分混合均勻；蒸餾水作為組分C，按(A+B) : C為2 : 3 (v/v)進行混合，其中A : B為2 : 5(mol/mol)。使用超聲波對混合物進行處理使混合均勻。2.充氮氣後，在_78°C的溫度下，控制輻射劑量範圍在IX IO4 IX IO8Gy,採用高能射線(137Cs-Y射線)輻照聚合形成聚合物。3.將輻射後聚合物切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌後，在40°C溫度下烘乾。4.稱取IOg待改性的聚合物裝入三頸瓶中，用IOOOml的量筒量取400ml的蒸餾水加入到IOOOml具有冷凝裝置的三頸瓶中，鼓泡通氮氣除氧30min。5.將 FeSO4. 7H20 和 FeCl3. 6H20 按照 I 2 (mol/mol)分別溶於 IOml 蒸餾水中，將上述溶液加入到三頸瓶中，機械攪拌下(轉速240r/min)緩慢滴加3 %的氨水,直到pH =8，停止滴加，繼續常溫反應2h。6.將所得的產物磁分離，傾慮清洗數次，倒入透析袋中，用I. 5L的去離子水透析48h，得到聚合物基納米氧化鐵。7.稱取聚合物基納米氧化鐵O. Ig乾燥後的產物兩份分別置於IOOml三角瓶中，然後分別加入50ml lg/L的Cr3+、Pb2+兩種單一溶液，將三角瓶置於恆溫振蕩器中25°C下進行恆溫吸附，48h充分吸附後，分別測定各個重金屬離子溶液吸附前與吸附後的濃度。測量方法為稀釋後使用原子吸收法。通過吸附前後離子的濃度差，可以計算出該產物對各個離子的吸附容量。經測定，產物對Cr3+、Pb2+兩種金屬離子的吸附容量分別為199mg/g、213mg/go聚合物基納米氧化鐵經稀酸洗滌後重複使用。實施例3 I.稱取一定質量的2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸(簡稱AMPS)溶解於去離子水中，充分溶解混合均勻作為組分A，取一定量的丙烯酸羥乙酯單體(簡稱HEA)作為組分B，將組分A加入組分B中，充分混合均勻；蒸餾水作為組分C，按(A+B) : C為I : I (v/v)進行混合，其中A : B為2 : 5 (mol/mol)。使用超聲波對混合物進行處理使混合均勻。2.充氮氣後，在_95°C的溫度下，控制輻射劑量範圍在IX IO4 IX IO8Gy,採用高能射線(6tlCo-Y射線)輻照聚合形成聚合物。3.將輻射後聚合物切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌後，在40°C溫度下烘乾。4.稱取IOg待改性的聚合物裝入三頸瓶中，用1000ml的量筒量取400ml的蒸餾水加入到1000ml具有冷凝裝置的三頸瓶中，鼓泡通氬氣除氧20min。5.將 FeSO4. 7H20 和 FeCl3. 6H20 按照 I I. 5 (mol/mol)分別溶於 IOml 蒸餾水中，將上述溶液加入到三頸瓶中，機械攪拌下(轉速200r/min)緩慢滴加15%的氨水，直到pH、=9,停止滴加,繼續常溫反應2h。6.將所得的產物磁分離，傾慮清洗數次，倒入透析袋中，用I. 5L的去離子水透析48h，得到聚合物基納米氧化鐵。7.稱取聚合物基納米氧化鐵0. Ig乾燥後的產物兩份分別置於IOOml三角瓶中，然後分別加入50ml lg/L的Cr3+、Pb2+兩種單一溶液，將三角瓶置於恆溫振蕩器中20°C下進行恆溫吸附，48h充分吸附後，分別測定各個重金屬離子溶液吸附前與吸附後的濃度。測量方法為稀釋後使用原子吸收法。通過吸附前後離子的濃度差，可以計算出該產物對各個離子的吸附容量。經測定，產物對Cr3+、Pb2+兩種金屬離子的吸附容量分別為187mg/g、199mg/go聚合物基納米氧化鐵經稀酸洗滌後重複使用。實施例4 I.稱取一定質量的2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸(簡稱AMPS)溶解於去離子水中，充分溶解混合均勻作為組分A，取一定量的丙烯酸羥乙酯單體(簡稱HEA)作為組分B，將組分A加入組分B中，充分混合均勻；蒸餾水作為組分C，按(A+B) : C為3 : 7 (v/v)進行混合，其中A : B為2 : 3 (mol/mol)。使用超聲波對混合物進行處理使混合均勻。2.充氮氣後，在_63°C的溫度下，控制輻射劑量範圍在IX IO4 IX IO8Gy,採用高能射線(137Cs-Y射線)輻照聚合形成聚合物。3.將輻射後聚合物切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌後，在40°C溫度下烘乾。4.稱取IOg待改性的聚合物裝入三頸瓶中，用IOOOml的量筒量取400ml的蒸餾水加入到IOOOml具有冷凝裝置的三頸瓶中，鼓泡通氦氣除氧20min。5.將 FeSO4. 7H20 和 FeCl3. 6H20 按照 I I. 2 (mol/mol)分別溶於 IOml 蒸餾水中，將上述溶液加入到三頸瓶中，機械攪拌下(轉速300r/min)緩慢滴加20%的氨水，直到pH=9,停止滴加,繼續常溫反應2h。6.將所得的產物磁分離，傾慮清洗數次，倒入透析袋中，用I. 5L的去離子水透析48h，得到聚合物基納米氧化鐵。7.稱取聚合物基納米氧化鐵0. Ig乾燥後的產物兩份分別置於IOOml三角瓶中，然後分別加入50ml lg/L的Cr3+、Pb2+兩種單一溶液，將三角瓶置於恆溫振蕩器中30°C下進行恆溫吸附，48h充分吸附後，分別測定各個重金屬離子溶液吸附前與吸附後的濃度。測量方法為稀釋後使用原子吸收法。通過吸附前後離子的濃度差，可以計算出該產物對各個離子的吸附容量。經測定，產物對Cr3+、Pb2+兩種金屬離子的吸附容量分別為201mg/g、224mg/go聚合物基納米氧化鐵經稀酸洗滌後重複使用。實施例5 I.稱取一定質量的2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸(簡稱AMPS)溶解於去離子水中，充分溶解混合均勻作為組分A，取一定量的丙烯酸羥乙酯單體(簡稱HEA)作為組分B， 將組分A加入組分B中，充分混合均勻；蒸餾水作為組分C，按(A+B) : C為I : 4 (v/v)進行混合，其中A : B為I : I (mol/mol)。使用超聲波對混合物進行處理使混合均勻。2.充氮氣後，在_63°C _95°C的溫度下，控制輻射劑量範圍在I X IO4Gy,採用高能射線(6tlCo-Y射線)輻照聚合形成聚合物。3.將輻射後聚合物切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌後，在40°C溫度下烘乾。4.稱取IOg待改性的聚合物裝入三頸瓶中，用IOOOml的量筒量取400ml的蒸餾水加入到IOOOml具有冷凝裝置的三頸瓶中，鼓泡通氮氣除氧30min。5.將 FeSO4. 7H20 和 FeCl3. 6H20 按照 I I. 7 (mol/mol)分別溶於 IOml 蒸餾水中，將上述溶液加入到三頸瓶中，機械攪拌下(轉速280r/min)緩慢滴加8%的氨水,直到pH =8，停止滴加，繼續常溫反應2h。6.將所得的產物磁分離，傾慮清洗數次，倒入透析袋中，用I. 5L的去離子水透析48h，得到聚合物基納米氧化鐵。
7.稱取聚合物基納米氧化鐵O. Ig乾燥後的產物兩份分別置於IOOml三角瓶中，然後分別加入50ml lg/L的Cr3+、Pb2+兩種單一溶液，將三角瓶置於恆溫振蕩器中25°C下進行恆溫吸附，48h充分吸附後，分別測定各個重金屬離子溶液吸附前與吸附後的濃度。測量方法為稀釋後使用原子吸收法。通過吸附前後離子的濃度差，可以計算出該產物對各個離子的吸附容量。經測定，產物對Cr3+、Pb2+兩種金屬離子的吸附容量分別為173mg/g、188mg/go聚合物基納米氧化鐵經稀酸洗滌後重複使用。實施例6 I.稱取一定質量的2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸(簡稱AMPS)溶解於去離子水中，充分溶解混合均勻作為組分A，取一定量的丙烯酸羥乙酯單體(簡稱HEA)作為組分B，將組分A加入組分B中，充分混合均勻；蒸餾水作為組分C，按(A+B) : C為3 : 2 (v/v)進行混合，其中A : B為I : 5 (mol/mol)。使用超聲波對混合物進行處理使混合均勻。2.充氮氣後，在_63°C _95°C的溫度下，控制輻射劑量範圍在I X IO4Gy,採用高能射線(137Cs-Y射線)輻照聚合形成聚合物。3.將輻射後聚合物切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌後，在40°C溫度下烘乾。4.稱取IOg待改性的聚合物裝入三頸瓶中，用1000ml的量筒量取400ml的蒸餾水加入到1000ml具有冷凝裝置的三頸瓶中，鼓泡通氮氣除氧30min。5.將 FeSO4. 7H20 和 FeCl3. 6H20 按照 I 2 (mol/mol)分別溶於 IOml 蒸餾水中，將上述溶液加入到三頸瓶中，機械攪拌下(轉速280r/min)緩慢滴加0. 01mol/L的NaOH，直到pH = 8,停止滴加,繼續常溫反應2h。6.將所得的產物磁分離，傾慮清洗數次，倒入透析袋中，用I. 5L的去離子水透析24h，得到聚合物基納米氧化鐵。7.稱取聚合物基納米氧化鐵0. Ig乾燥後的產物兩份分別置於IOOml三角瓶中，然後分別加入50ml lg/L的Cr3+、Pb2+兩種單一溶液，將三角瓶置於恆溫振蕩器中25°C下進行恆溫吸附，48h充分吸附後，分別測定各個重金屬離子溶液吸附前與吸附後的濃度。測量方法為稀釋後使用原子吸收法。通過吸附前後離子的濃度差，可以計算出該產物對各個離子的吸附容量。經測定，產物對Cr3+、Pb2+兩種金屬離子的吸附容量分別為135mg/g、147mg/go聚合物基納米氧化鐵經稀酸洗滌後重複使用。實施例7 I.稱取一定質量的2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸(簡稱AMPS)溶解於去離子水中，充分溶解混合均勻作為組分A，取一定量的丙烯酸羥乙酯單體(簡稱HEA)作為組分B，將組分A加入組分B中，充分混合均勻；蒸餾水作為組分C，按(A+B) : C為7 : 3 (v/v)進行混合，其中A : B為2 : 5 (mol/mol)。使用超聲波對混合物進行處理使混合均勻。2.充氮氣後，在_63°C _95°C的溫度下，控制輻射劑量範圍在I X IO7Gy,採用高能射線(6tlCo-Y射線)輻照聚合形成聚合物。3.將輻射後聚合物切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌後，在40°C溫度下烘乾。4.稱取IOg待改性的聚合物裝入三頸瓶中，用IOOOml的量筒量取400ml的蒸餾水加入到IOOOml具有冷凝裝置的三頸瓶中，鼓泡通氮氣除氧30min。5.將 FeSO4. 7H20 和 FeCl3. 6H20 按照 I 2. 5 (mol/mol)分別溶於 IOml 蒸餾水中，將上述溶液加入到三頸瓶中，機械攪拌下(轉速280r/min)緩慢滴加0. 05mol/L的NaOH，直到pH = 8,停止滴加,繼續常溫反應2h。6.將所得的產物磁分離，傾慮清洗數次，倒入透析袋中，用I. 5L的去離子水透析24h，得到聚合物基納米氧化鐵。7.稱取聚合物基納米氧化鐵0. Ig乾燥後的產物兩份分別置於IOOml三角瓶中，然後分別加入50ml lg/L的Cr3+、Pb2+兩種單一溶液，將三角瓶置於恆溫振蕩器中25°C下進行恆溫吸附，48h充分吸附後，分別測定各個重金屬離子溶液吸附前與吸附後的濃度。測量方法為稀釋後使用原子吸收法。通過吸附前後離子的濃度差，可以計算出該產物對各個離子的吸附容量。經測定，產物對Cr3+、Pb2+兩種金屬離子的吸附容量分別為124mg/g、149mg/go聚合物基納米氧化鐵經稀酸洗滌後重複使用。實施例8 I.稱取一定質量的2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸(簡稱AMPS)溶解於去離子水中，充分溶解混合均勻作為組分A，取一定量的丙烯酸羥乙酯單體(簡稱HEA)作為組分B，將組分A加入組分B中，充分混合均勻；蒸餾水作為組分C，按(A+B) : C為4 : I (v/v)進行混合，其中A : B為2 : 3 (mol/mol)。使用超聲波對混合物進行處理使混合均勻。2.充氮氣後，在_63°C _95°C的溫度下，控制輻射劑量範圍在I X IO8Gy,採用採用高能射線(電子束)輻照聚合形成聚合物。3.將輻射後聚合物切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌後，在40°C溫度下烘乾。4.稱取IOg待改性的聚合物裝入三頸瓶中，用1000ml的量筒量取400ml的蒸餾水加入到1000ml具有冷凝裝置的三頸瓶中，鼓泡通氮氣除氧30min。5.將 FeSO4. 7H20 和 FeCl3. 6H20 按照 I 2. 3 (mol/mol)分別溶於 IOml 蒸餾水中，將上述溶液加入到三頸瓶中，機械攪拌下(轉速280r/min)緩慢滴加0. 08mol/L的NaOH，直到pH = 8,停止滴加,繼續常溫反應2h。 6.將所得的產物磁分離，傾慮清洗數次，倒入透析袋中，用I. 5L的去離子水透析48h，得到聚合物基納米氧化鐵。7.稱取聚合物基納米氧化鐵0. Ig乾燥後的產物兩份分別置於IOOml三角瓶中，然後分別加入50ml lg/L的Cr3+、Pb2+兩種單一溶液，將三角瓶置於恆溫振蕩器中25°C下進行恆溫吸附，48h充分吸附後，分別測定各個重金屬離子溶液吸附前與吸附後的濃度。測量方法為稀釋後使用原子吸收法。通過吸附前後離子的濃度差，可以計算出該產物對各個離子的吸附容量。經測定，產物對Cr3+、Pb2+兩種金屬離子的吸附容量分別為153mg/g、174mg/go聚合物基納米氧化鐵經稀酸洗滌後重複使用。實施例9 I.稱取一定質量的2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸(簡稱AMPS)溶解於去離子水中，充分溶解混合均勻作為組分A，取一定量的丙烯酸羥乙酯單體(簡稱HEA)作為組分B，將組分A加入組分B中，充分混合均勻；蒸餾水作為組分C，按(A+B) : C為I : I. 5 (v/v)進行混合，其中A : B為2 : 3 (mol/mol)。使用超聲波對混合物進行處理使混合均勻。2.充氮氣後，在_78°C的溫度下，控制輻射劑量範圍在IX IO4 IX IO8Gy,採用採用高能射線(6tlCo-Y射線)輻照聚合形成聚合物。3.將輻射後聚合物切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌後，在40°C溫度下烘乾。4.稱取IOg待改性的聚合物裝入三頸瓶中，用IOOOml的量筒量取400ml的蒸餾水加入到IOOOml具有冷凝裝置的三頸瓶中，鼓泡通氮氣除氧30min。5.將 FeSO4. 7H20 和 FeCl3. 6H20 按照 I 2 (mol/mol)分別溶於 IOml 蒸餾水中，將上述溶液加入到三頸瓶中，機械攪拌下(轉速280r/min)緩慢滴加0. lmol/L的NaOH,直到pH = 8,停止滴加,繼續常溫反應2h。6.將所得的產物磁分離，傾慮清洗數次，倒入透析袋中，用I. 5L的去離子水透析48h，得到聚合物基納米氧化鐵。7.稱取聚合物基納米氧化鐵0. Ig乾燥後的產物兩份分別置於IOOml三角瓶中，然後分別加入50ml lg/L的Cr3+、Pb2+兩種單一溶液，將三角瓶置於恆溫振蕩器中25°C下進行恆溫吸附，48h充分吸附後，分別測定各個重金屬離子溶液吸附前與吸附後的濃度。測量方法為稀釋後使用原子吸收法。通過吸附前後離子的濃度差，可以計算出該產物對各個離子的吸附容量。經測定，產物對Cr3+、Pb2+兩種金屬離子的吸附容量分別為119mg/g、137mg/go聚合物基納米氧化鐵經稀酸洗滌後重複使用。實施例10 I.稱取一定質量的2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸(簡稱AMPS)溶解於去離子水中，充分溶解混合均勻作為組分A，取一定量的丙烯酸羥乙酯單體(簡稱HEA)作為組分B，將組分A加入組分B中，充分混合均勻；蒸餾水作為組分C，按(A+B) : C為I : 2 (v/v)進行混合，其中A : B為2 : 3 (mol/mol)。使用超聲波對混合物進行處理使混合均勻。2.充氮氣後，在_78°C的溫度下，控制輻射劑量範圍在IX IO4 IX IO8Gy,採用採用高能射線(137Cs-Y射線)輻照聚合形成。3.將輻射後聚合物切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌後，在40°C溫度下烘乾。4.稱取IOg待改性的聚合物裝入三頸瓶中，用1000ml的量筒量取400ml的蒸餾水加入到1000ml具有冷凝裝置的三頸瓶中，鼓泡通氮氣除氧30min。5.將 FeSO4. 7H20 和 FeCl3. 6H20 按照 I 2 (mol/mol)分別溶於 IOml 蒸餾水中，將上述溶液加入到三頸瓶中，機械攪拌下(轉速280r/min)緩慢滴加0. lmol/L的NaOH,直到pH = 8,停止滴加,繼續常溫反應2h。6.將所得的產物磁分離，傾慮清洗數次，倒入透析袋中，用I. 5L的去離子水透析、48h，得到聚合物基納米氧化鐵。7.某電鍍廢水含有大量的重金屬離子，其中Cr3+的含量約為560mg/L。將該電鍍廢水經過一定的預處理後，採用製備的聚合物基納米氧化鐵進行處理。於IL的廢水中，力口A 2g聚合物基納米氧化鐵乾燥產物處理。24h後，廢水中的Cr3+大幅下降，增加聚合物基納米氧化鐵產物的量使之到達10g/L時，Cr3+的去除率可以到達93%以上(圖I)。聚合物基納米氧化鐵經稀酸洗滌後重複使用。實施例11 :I.稱取一定質量的2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸(簡稱AMPS)溶解於去離子水中，充分溶解混合均勻作為組分A，取一定量的丙烯酸羥乙酯單體(簡稱HEA)作為組分B， 將組分A加入組分B中，充分混合均勻；蒸餾水作為組分C，按(A+B) : C為I : I. 5 (v/v)進行混合，其中A : B為2 : 3 (mol/mol)。使用超聲波對混合物進行處理使混合均勻。2.充氮氣後，在_63°C的溫度下，控制輻射劑量範圍在IX IO4 IX IO8Gy,採用採用高能射線(電子束)輻照聚合形成聚合物。3.將輻射後聚合物切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌後，在40°C溫度下烘乾。4.稱取IOg待改性的聚合物裝入三頸瓶中，用IOOOml的量筒量取400ml的蒸餾水加入到IOOOml具有冷凝裝置的三頸瓶中，鼓泡通氮氣除氧30min。5 將 FeSO4. 7H20 和 FeCl3. 6H20 按照 I 2 (mol/mol)分別溶於 IOml 蒸餾水中，將上述溶液加入到三頸瓶中，機械攪拌下(轉速280r/min)緩慢滴加5 %的氨水,直到pH =8，停止滴加，繼續常溫反應2h。6.將所得的產物磁分離，傾慮清洗數次，倒入透析袋中，用I. 5L的去離子水透析48h，得到聚合物基納米氧化鐵。7.某農灌井水因鄰近某鉛冶煉廠，受到鉛汙染，其中Pb2+的含量約為10mg/L。將該井水採集部分水樣，經過一定的預處理後，採用製備的聚合物基納米氧化鐵進行處理。將聚合物基納米氧化鐵以2g/L的比例投加至水樣中，經過24h吸附後，水樣中的Pb2+降低至2mg/L以下。當投加量增至8mg/L時,處理後的水樣中Pb2+的濃度下降至0. 2mg/L以下,去除率達到96% (圖2)。聚合物基納米氧化鐵經稀酸洗滌後重複使用。
權利要求
1.具有磺酸基的聚合物基納米氧化鐵，其特徵是包括2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸與丙烯酸羥乙酯共聚的聚合物，聚合物負載納米氧化鐵；其中，2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸與丙烯酸羥乙酯的摩爾比為I : I 9。
2.根據權利要求I所述的具有磺酸基的聚合物基納米氧化鐵，其特徵是納米氧化鐵包括亞鐵和三價鐵，其中Fe2+/Fe3+的比值為I I. 2 I 2. 5mol/mo)。
3.根據權利要求I所述的具有磺酸基的聚合物基納米氧化鐵製備方法，其特徵是包括以下步驟 (1)將2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酸羥乙酯和蒸餾水按一定比例混合均勻；2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸加丙烯酸羥乙酯蒸餾水的體積比為I 7 7 1，2_丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸與丙烯酸羥乙酯的摩爾比為I : I 9; (2)混合後可以經過10±3min超聲波處理； (3)向(I)的混合物中充入惰性氣體，以保證無氧狀態； (4)在-63 _95°C溫度範圍內，採用輻射劑量為IX IO4 I X IO8Gy的高能射線輻照聚合形成聚合物；所述高能射線為6tlCo-Y射線、137Cs-Y射線或電子束。
4.根據權利要求3所述的具有磺酸基的聚合物基納米氧化鐵製備方法，其特徵是惰性氣體為氮氣、氬氣或氦氣。
5.根據權利要求3或4所述的具有磺酸基聚合物負載納米氧化鐵方法，其特徵是包括以下步驟 (1)將製備好的聚合物切成0.5-2cm3的小塊。
(2)稱取適量待改性的聚合物裝入三頸瓶中，取一定量的蒸餾水加入到具有冷凝裝置的三頸瓶中，鼓泡通惰性氣體除氧。(3)將Fe2VFe3+ 的比值為 I I. 2 I 2. 5 (mol/mol)的 FeSO4. 7H20 和 FeCl3. 6H20分別溶於IOml蒸餾水中，將上述溶液加入到三頸瓶中，機械攪拌下緩慢滴加3% 20%的氨水或0. 01 0. lmol/L的NaOH，調節pH至8_9，停止滴加，繼續常溫反應； (4)將所得的產物磁分離，傾慮清洗數次，倒入透析袋中，用I.5L的去離子水透析24 48h。
6.根據權利要求3-5之一所述的具有磺酸基聚合物基納米氧化鐵對重金屬離子的吸附方法，其特徵是包括以下步驟 (1)將聚合物基納米氧化鐵用去離子水多次洗滌； (2)在25±5°C條件下對不同種類的重金屬離子進行吸附。
7.根據權利要求6所述的具有磺酸基聚合物基納米氧化鐵對重金屬離子的吸附方法，其特徵是水處理中除去Cr3+和Pb2+重金屬離子的應用。
全文摘要
具有磺酸基的聚合物基納米氧化鐵，包括2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸與丙烯酸羥乙酯共聚的聚合物，聚合物負載納米氧化鐵；其中，2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸與丙烯酸羥乙酯的摩爾比為1∶1～9。納米氧化鐵包括亞鐵和三價鐵。製備步驟將2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酸羥乙酯和蒸餾水按一定比例混合均勻；2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸加丙烯酸羥乙酯∶蒸餾水的體積比為1～7∶7～1，2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸與丙烯酸羥乙酯的摩爾比為1∶1～9；在-63～-95℃溫度範圍內，採用輻射劑量為1×104～1×108Gy的高能射線輻照聚合形成聚合物；對水體中重金屬離子的吸附。
文檔編號C08K3/22GK102631899SQ20121013281
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月28日 優先權日2012年4月28日
發明者劉丹丹, 華蓉, 葉忠香, 李正魁 申請人:南京大學