申请日2018.03.19
公开(公告)日2018.07.06
IPC分类号B01J20/26; B01J20/28; B01J20/30; C02F1/28; C02F101/20
摘要
本发明公开了一种水凝胶型重金属废水吸附剂的制备方法，以环糊精聚合物为原料，通过1，3‑二环己基碳化二亚胺缩合法得到了丙烯酸β‑环糊精酯，将丙烯酸β‑环糊精酯通过氧化还原体系，与丙烯酸通过氧化还原自由基引发聚合，同时加入喹唑啉二酮衍生物等物质，制得水凝胶型重金属废水吸附剂，可有效地吸附去除水中重金属离子。该方法制备水凝胶吸附剂操作简单，过程容易控制，可进行大规模制备，具有很好的推广使用价值。
权利要求书
1.一种水凝胶型重金属废水吸附剂的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
1)称取12重量份经前处理的β-环糊精和3.18～13.18重量份的1，3-二环己基碳化二亚胺固体，溶于100重量份N，N-二甲基甲酰胺中，在室温下缓慢滴加与1，3-二环己基碳化二亚胺相同重量份的丙烯酸，30min后在60℃下继续反应12h，
反应结束后，采用真空抽滤析出的固体，并利用100重量份的质量分数为3%的乙酸溶液和50重量份质量分数为5%的碳酸钾溶液进行洗涤处理，反复洗涤3次，真空干燥得固体产物丙烯酸β-环糊精酯;
2)将0.60重量份丙烯酸与0.40重量份丙烯酸-β-环糊精酯溶于5重量份蒸馏水中，同时在反应体系中加入11.6重量份亚硫酸氢钠和2.35～3.25重量份的(3-取代苯基-1-甲基喹唑啉-2，4(1H，3H)-二酮)-6-羧酸甲酯密封于反应瓶中，通氮20min后，加入13.92重量份过硫酸铵和7.62～8.52重量份1H-2-乙酰基苯并咪唑混合均匀，加入NaH2PO4缓冲液保持pH=6.0～7.5，在室温下聚合24 h，取出凝胶浸泡于质量分数为0.8%，V(丙酮):V(水)=1:1的溶液中，室温下放置3天，取出后在丙酮溶液中稍浸片刻，用蒸馏水清洗5~6次，将水凝胶于室温下晾干后在50℃下真空干燥至恒重，置于室温下晾干后，放入真空干燥箱中，再次干燥得到水凝胶型重金属废水吸附剂。
2.根据权利要求1中一种水凝胶型重金属废水吸附剂的制备方法，其特征在于步骤1)中β-环糊精的前处理方法为：称取50重量份的β-环糊精，溶于100重量份蒸馏水中，重结晶两次，110 ℃下真空干燥12h后收集。
3.根据权利要求1中一种水凝胶型重金属废水吸附剂的制备方法，其特征在于步骤1)中1， 3-二环己基碳化二亚胺，纯度为99%。
4.根据权利要求1中一种水凝胶型重金属废水吸附剂的制备方法，其特征在于步骤2)中(3-取代苯基-1-甲基喹唑啉-2，4(1H，3H)-二酮)-6-羧酸甲酯的制备方法为：将10重量份的3-取代苯基-1-甲基喹唑啉-2，4(1H，3H)-二酮和70重量份的 N，N一二甲基甲酞胺加入到反应瓶中，搅拌下加入19重量份的Cs2CO3，室温反应30min后，缓慢滴加30重量份的碘甲烷，滴加完毕后继续搅拌反应12h,反应完毕后将反应液倒入100ml水中，剧烈搅拌30min，所得固体抽滤，水洗、干燥后即得(3-取代苯基-1-甲基喹唑啉-2，4(1H，3H)-二酮)-6-羧酸甲酯。
5.根据权利要求1中一种水凝胶型重金属废水吸附剂的制备方法，其特征步骤2)中1H-2-乙酰基苯并咪唑的制备方法为：在圆底烧瓶中加入3.24重量份2-(1-羟基乙基)苯并咪唑、15重量份冰醋酸，搅拌升温至90℃，称取1.60重量份CrO3溶于5重量份的蒸馏水中，制备CrO3溶液，将CrO3溶液缓慢滴加到圆底烧瓶中，加热回流5min，然后将反应液倒入200重量份冰水中，产生绿色絮状沉淀，抽滤，将沉淀除去，滤液用90重量份的二氯甲烷萃取，收集有机层，用无水硫酸钠干燥，过滤后旋蒸除去溶剂，得到棕黄色固体即为1H-2-乙酰基苯并咪唑。
说明书
一种水凝胶型重金属废水吸附剂的制备方法
技术领域
本发明涉及工业水处理领域，具体涉及一种治理含重金属废水用的水凝胶吸附剂。
背景技术
重金属废水 主要来源于采矿、有色金属和钢铁冶炼、金属材料加工等行业，如矿山尾矿排水、有色金属冶炼厂排水、钢铁厂除尘排水、金属加工厂酸洗排水、电镀厂洗涤排水以及橡胶、塑料、电池、颜料、化肥、农药、皮革、造纸等工业。重金属排放到环境中后，只能改变其形态或被转移、稀释、在生物体内积累，而不能被生物或环境降解。重金属可以通过富集作用进入鱼类、植物、动物体内，经食物链的不断富集，进入人体内时己经达到相当高的浓度。重金属进入人体后，与蛋白质和酶等发生强烈的相互作用致使其失去生物活性，也可能累积在人体内的某些器官中，造成慢性中毒，最终造成严重危害。由于重金属对于人类和生物的健康有着极大的危害性，所以饮用水和废水中的重金属浓度被严格的限制。
目前重金属废水的处理方法按照去除原理主要有分为三种。第一种是重金属离子通过发生化学反应去除的方法，第二种是重金属离子在不改变化学形态的条件下进行吸附、浓缩、分离的方法，第三种是借助生物植物的絮凝、吸收、富集等作用去除废水中重金属的方法。
在环境重金属污染治理过程中，新型材料的开发已成为一种有益的尝试。水凝胶作为一种具有三维网络结构的高分子材料，不仅能在水中显著溶胀，同时保持其原有的结构和特性，而且能感知到外界刺激(如温度，pH等)的微小变化。通过溶胀与收缩来实现其对刺激的影响。水凝胶成为低成本无污染的新型吸附材料，它们可以吸收自身重量20%～100%的水分，当吸收的水分超过其自身重量100%的时候又称为超强吸水剂。水凝胶材料以其独特的吸水、保水和良好的生物相容性广泛应用于农业、工业、医药、环保和生物工程材料领域。本发明以环糊精聚合物为主要原料，制得水凝胶型重金属废水吸附剂，其制备过程操作简单，过程容易控制，吸附性好。
发明内容
本发明提供了一种水凝胶型重金属废水吸附剂的制备方法，可有效地吸附去除水中重金属离子。
一种水凝胶型重金属废水吸附剂的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
1)称取12重量份经前处理的β-环糊精和3.18～13.18重量份的1，3-二环己基碳化二亚胺固体，溶于100重量份N，N-二甲基甲酰胺中，在室温下缓慢滴加与1，3-二环己基碳化二亚胺相同重量份的丙烯酸，30min后在60℃下继续反应12h。反应结束后，采用真空抽滤析出的固体，并利用100重量份的质量分数为3%的乙酸溶液和50重量份质量分数为5%的碳酸钾溶液进行洗涤处理，反复洗涤3次，真空干燥得固体产物丙烯酸β-环糊精酯;
2)将0.60重量份丙烯酸与0.40重量份丙烯酸-β-环糊精酯溶于5重量份蒸馏水中，同时在反应体系中加入11.6重量份亚硫酸氢钠和2.35～3.25重量份的(3-取代苯基-1-甲基喹唑啉-2，4(1H，3H)-二酮)-6-羧酸甲酯密封于反应瓶中，通氮20min后，加入13.92重量份过硫酸铵和7.62～8.52重量份1H-2-乙酰基苯并咪唑混合均匀，加入NaH2PO4缓冲液保持pH=6.0～7.5，在室温下聚合24 h，取出凝胶浸泡于质量分数为0.8%，V(丙酮):V(水)=1:1的溶液中，室温下放置3天，取出后在丙酮溶液中稍浸片刻，用蒸馏水清洗5~6次，将水凝胶于室温下晾干后在50℃下真空干燥至恒重，置于室温下晾干后，放入真空干燥箱中，再次干燥得到水凝胶型重金属废水吸附剂。
有益效果：用于吸附去除重金属离子的水凝胶一般都含有各种鳌合官能团，如羧基、氨基、羟基、磺酸基等。水凝胶在水中能够溶胀并吸收大量水分，同时可以吸收水中的污染物质。水凝胶去除重金属，主要基于凝胶中含有鳌合官能团，能够络合吸附重金属。(3-取代苯基-1-甲基喹唑啉-2，4(1H，3H)-二酮)-6-羧酸甲酯是一个典型的苯环并环结构的化合物，其分子结构上有多个吸附位点，与1H-2-乙酰基苯并咪唑化合物混合协同结合，能与重金属形成配合物，可以将吸附到水凝胶表面的重金属离子紧紧结合，防止了吸附的离子发生解吸。
