申请日2015.12.28
公开(公告)日2016.05.04
IPC分类号C08F220/06; C08F218/08; C08K3/04; C08K3/34; C02F1/28
摘要
本发明公开了一种污水处理用高韧性水凝胶材料，利用坡缕石和竹炭的增强、增韧作用，将坡缕石和竹炭均匀的穿插于丙烯酸、乙酸乙烯酯和聚乙烯醇形成的三维网状水凝胶材料中，形成比表面积大，过滤分离和吸附效率好，吸水率和耐盐性高，力学性能优异水凝胶复合材料，提高了制得的污水处理用高韧性水凝胶材料的韧性和吸附分离能力，降低了生产成本，同时提高材料热分解温度，延长材料使用寿命，适用于污水处理技术。本发明还公开了污水处理用高韧性水凝胶材料的制备方法，其生产工艺简单，成本低廉，安全环保，具有市场应用前景。
权利要求书
1.一种污水处理用高韧性水凝胶材料，其特征在于：由包含坡缕石和竹炭的以下材料以重量份制备而成：
丙烯酸30-40
坡缕石20-30
乙酸乙烯酯10-20
聚乙烯醇5.0-6.0
竹炭3.0-5.0
重铬酸钾0.4-0.6
N,N`-亚甲基丙烯酰胺0.05-0.07。
2.根据权利要求1所述的污水处理用高韧性水凝胶材料，其特征在于：所述丙烯酸中和度在60%和90%之间;所述坡缕石为纤维状坡缕石，粒径介于200纳米和400纳米之间，长径比介于10:1和20:1之间;所述竹炭为纤维状竹炭，粒径介于100纳米和300纳米之间，长径比介于10:1和20:1之间。
3.制备权利要求1所述的污水处理用高韧性水凝胶材料，其特征在于，包括以下步骤：.
(1)将重量份为20-30的坡缕石和重量份为3.0-5.0的竹炭置于水中，并进行超声分散，形成悬浮液;
(2)将重量份为30-40的丙烯酸，重量份为10-20的乙酸乙烯酯，重量份为5.0-6.0的聚乙烯醇，重量份为0.4-0.6的重铬酸钾和重量份为0.05-0.07的N,N`-亚甲基丙烯酰胺加入步骤(1)的悬浮液中，在加热温度为85℃下进行超声搅拌混合，搅拌转速300-500rpm，搅拌时间90-120分钟，得到混合均匀含有坡缕石和竹炭的复合溶液;
(3)将步骤(2)得到混合均匀含有坡缕石和竹炭的复合溶液进行过滤，过滤后产物用乙醇洗涤，得到污水处理用高韧性水凝胶材料。
说明书
一种污水处理用高韧性水凝胶材料及其制备方法
技术领域
本发明属于新材料领域，具体涉及一种污水处理用高韧性水凝胶材料及其制备方法。
背景技术
伴随着现代工业的快速发展，在化学化工、污水处理、环境保护等领域带来的环境问题越发严重，特别是在水质污染上，现在已经成为不容忽视的社会问题。水质受到污染，不仅会对水环境以及整个生态系统造成严重的危害，甚至危及人类的身体健康。因此，如何快速、高效进行污水处理成为水污染控制研究领域迫切需要解决的难题。
中国专利公开号为CN103755860A公开了一种丙烯酸类共聚物水凝胶的制备方法，该方法特征为：所述的水凝胶以丙烯酰胺、甲基丙烯酸和丙烯酸羟乙酯以及交联剂共聚物组成。制备方法如下：将丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯与使用氢氧化钠预处理的甲基丙烯酸混合，加入引发剂和交联剂。在一定温度下反应得到共聚物，烘干后制得水凝胶。该发明的有益效果是：制备方法简单，产物在水中浸泡即可去除杂质，可制备吸水倍率大的水凝胶。但是该方法制备的水凝胶力学性能较差，生产成本高。
中国专利公开号为CN101880440A公开了一种新型纳米复合双网络水凝胶及制备方法，该发明首先在粘土溶液中通过胺类与环氧氯丙烷或多元醇与醛的缩合(聚)反应得到缩合(聚)物/粘土复合物,之后在引发剂,交联剂作用下,加入亲水性单体,通过自由基交联聚合得到纳米复合双网络水凝胶。缩合(聚)反应中的胺类选自二甲胺、甲胺、乙胺、丙胺、二乙胺、乙二胺、丙二胺、二乙三胺、三乙四胺、四乙五胺;多元醇选自乙二醇、丙二醇、丙三醇、丁二醇、新戊二醇、季戊四醇、聚乙烯醇、聚乙二醇、葡萄糖、蔗糖、山梨醇、可溶性淀粉、壳聚糖;醛类选自甲醛、丙二醛、戊二醛。粘土选自锂藻土、膨润土或亲水性改性膨润土。亲水性单体选自丙烯酸、丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸、丙烯腈、丙烯磺酸。该发明制备的新型水凝胶在高含水量下具有很好的机械强度;但是该发明制备的新型水凝胶吸附量较低，韧性较差。
中国专利公开号为CN104530294A公开了一种高强度二氧化硅和粘土双重纳米复合水凝胶及其制备方法，该发明包括下列步骤：将单体、二氧化硅前驱体加入质量百分浓度为1%-15%的粘土水分散液中，常温下搅拌至分散均匀;之后加入引发剂，搅拌至均匀。将上述混合液在20-90oC下反应5-48h至纳米复合水凝胶形成。粘土质量为单体质量的1%-30%;二氧化硅前驱体质量为单体质量的1%-50%，引发剂质量占单体质量的0.5%-2%。该发明提供的双重纳米复合水凝胶制备方法简单，凝胶强度高，但是该发明制备的双重纳米复合水凝胶吸附量较低。
随着工业技术的高速发展，污水处理材料已经成为污水处理技术中的不可或缺的部分，同时也越加受到关注，而目前用于污水处理的水凝胶复合材料的种类较少，大大限制了污水处理材料的选择，因此，开发一种适用于污水处理的具有优异的吸附效率和力学性能的水凝胶复合材料，对丰富污水处理材料，促进污水处理的发展具有重要意义。
发明内容
本发明目的：为了丰富污水处理材料种类，本发明提供一种污水处理用高韧性水凝胶材料，其比表面积大，过滤分离和吸附效率好，力学性能优异，生产成本低廉，使用寿命长，为污水处理材料提供更多的选择。
本发明采用的技术方案：为了解决上述问题，提供了一种污水处理用高韧性水凝胶材料，由包含竹炭和坡缕石的以下材料以重量份制备而成：
丙烯酸30-40
坡缕石20-30
乙酸乙烯酯10-20
聚乙烯醇5.0-6.0
竹炭3.0-5.0
重铬酸钾0.4-0.6
N,N`-亚甲基丙烯酰胺0.05-0.07
进一步地，所述丙烯酸中和度在60%和90%之间。
进一步地，所述坡缕石为纤维状坡缕石，粒径介于200纳米和400纳米之间，长径比介于10:1和20:1之间。
进一步地，所述竹炭为纤维状竹炭，粒径介于100纳米和300纳米之间，长径比介于10:1和20:1之间。
上述污水处理用高韧性水凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将重量份为20-30的坡缕石和重量份为3.0-5.0的竹炭置于水中，并进行超声分散，形成悬浮液;
(2)将重量份为30-40的丙烯酸，重量份为10-20的乙酸乙烯酯，重量份为5.0-6.0的聚乙烯醇，重量份为0.4-0.6的重铬酸钾和重量份为0.05-0.07的N,N`-亚甲基丙烯酰胺加入步骤(1)的悬浮液中，在加热温度为85℃下进行超声搅拌混合，搅拌转速300-500rpm，搅拌时间90-120分钟，得到混合均匀含有坡缕石和竹炭的复合溶液;
(3)将步骤(2)得到混合均匀含有坡缕石和竹炭的复合溶液进行过滤，过滤后产物用乙醇洗涤，得到污水处理用高韧性水凝胶材料。
本发明的原理：利用价格低廉的坡缕石和优异的吸附性能和力学性能，以及竹炭的增韧作用，将坡缕石和竹炭均匀的穿插于丙烯酸、乙酸乙烯酯和聚乙烯醇形成的三维网状水凝胶材料中，形成比表面积大，过滤分离和吸附效率好，吸水率和耐盐性高，力学性能优异的污水处理用高韧性水凝胶材料，提高了制得的污水处理用高韧性水凝胶材料的韧性和吸附分离能力，降低了生产成本;同时，由于坡缕石提高了丙烯酸、乙酸乙烯酯和聚乙烯醇的热分解温度，延长了污水处理用高韧性水凝胶材料的使用寿命。
本发明突出特点和有益效果在于：
(1)本发明的污水处理用高韧性水凝胶材料具有比表面积大，过滤分离和吸附效率好，吸水率和耐盐性高;
(2)本发明的污水处理用高韧性水凝胶材料力学性能和韧性好，通过坡缕石和竹炭增强和增韧作用，使得用于污水处理的水凝胶复合材料的力学性能和韧性增强，并延长了复合材料的使用寿命;
(3)本发明污水处理用高韧性水凝胶材料的生产工艺简单，成本低廉，安全环保，具有较高的市场应用前景。
