一种超强吸附型聚丙烯酸-丙烯酰胺水凝胶及其制备方法和应用

本发明涉及高分子吸附材料，尤其涉及一种超强吸附型聚丙烯酸-丙烯酰胺水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术：

1、染料行业在近十年来呈现迅猛发展之势。在各类染料中，亚甲基蓝染料因其在纺织品上的广泛应用备受瞩目，这也带来了染料排放对环境的严重污染。亚甲基蓝染料内部携带的潜在致癌物质进一步加剧了其对生态系统的危害。其毒性和致癌性不仅会对人体健康造成危害，也会对水体生态系统产生深远的影响。为解决这一问题，已经涌现出多种常规的染料处理技术，例如光催化、吸附、化学氧化、离子交换、膜分离和生物降解等。然而，这些方法往往存在能耗高、处理周期长、操作流程繁琐等不足。在这些传统方法中，吸附作为一种简单而有效的技术仍然备受关注，其以操作简便、易于实施的特点，在染料去除领域中占据一席之地。特别值得一提的是，水凝胶吸附剂因其独特的优势备受瞩目，其快速吸附速率、低成本和可重复使用性质，使其在染料去除中显示出明显的潜力。这不仅有助于降低处理成本，还能减少对新吸附剂的需求，从而进一步减轻环境压力。但现有水凝胶的吸附能力较差，阻碍了其在染料废水处理领域中的应用。

2、因此，提供一种高效、环保、可循环利用、吸附性能优异、成本低廉的水凝胶对于染料废水的处理具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种超强吸附型聚丙烯酸-丙烯酰胺水凝胶及其制备方法和应用，解决现有水凝胶吸附能力差的问题。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种超强吸附型聚丙烯酸-丙烯酰胺水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

4、将丙烯酸、丙烯酰胺、氢氧化钠、交联剂、引发剂和水混合；

5、或将丙烯酸、丙烯酰胺、n-羟甲基丙烯酰胺、氢氧化钠、交联剂、引发剂和水混合；

6、混合后进行反应得到水凝胶，经破碎筛分得到粉末，即为超强吸附型聚丙烯酸-丙烯酰胺水凝胶。

7、优选的，在上述一种超强吸附型聚丙烯酸-丙烯酰胺水凝胶的制备方法中，所述丙烯酸、丙烯酰胺、氢氧化钠、交联剂、引发剂和水混合的具体过程为：

8、将丙烯酸、丙烯酰胺、氢氧化钠与水混合，得到混合溶液a，然后加入交联剂和引发剂得到混合溶液b；

9、所述丙烯酸、丙烯酰胺、n-羟甲基丙烯酰胺、氢氧化钠、交联剂、引发剂和水混合的具体过程为：

10、将丙烯酸、丙烯酰胺、n-羟甲基丙烯酰胺、氢氧化钠与水混合，得到混合溶液c，然后加入交联剂和引发剂得到混合溶液d。

11、优选的，在上述一种超强吸附型聚丙烯酸-丙烯酰胺水凝胶的制备方法中，所述混合溶液a与混合溶液c中丙烯酰胺与丙烯酸的摩尔比独立的为4：1～1：9；

12、所述混合溶液c中丙烯酰胺与n-羟甲基丙烯酰胺的摩尔比为9.5:0.5～8:2。

13、优选的，在上述一种超强吸附型聚丙烯酸-丙烯酰胺水凝胶的制备方法中，所述混合溶液a和混合溶液c的中和度独立的为0～100％；

14、所述混合溶液a和混合溶液c的固含量独立的为10～20wt％。

15、优选的，在上述一种超强吸附型聚丙烯酸-丙烯酰胺水凝胶的制备方法中，所述混合溶液b中交联剂的物质的量为丙烯酸和丙烯酰胺总摩尔的0.3～1％；

16、所述混合溶液d中交联剂的物质的量为丙烯酸、丙烯酰胺和n-羟甲基丙烯酰胺总摩尔为0.3～1％；

17、所述混合溶液b中引发剂的质量为丙烯酸和丙烯酰胺总质量的0.03～0.12％；

18、所述混合溶液d中引发剂的质量为丙烯酸、丙烯酰胺和n-羟甲基丙烯酰胺总质量的0.03～0.12％。

19、优选的，在上述一种超强吸附型聚丙烯酸-丙烯酰胺水凝胶的制备方法中，所述混合溶液b与混合溶液d中交联剂独立的为n,n’-亚甲基双丙烯酰胺；

20、所述混合溶液b与混合溶液d中引发剂独立的为偶氮二异丁脒盐酸盐。

21、优选的，在上述一种超强吸附型聚丙烯酸-丙烯酰胺水凝胶的制备方法中，所述反应的温度为60～80℃，所述反应的时间为20～180min。

22、优选的，在上述一种超强吸附型聚丙烯酸-丙烯酰胺水凝胶的制备方法中，所述粉末的粒径为100～160目。

23、本发明还提供了一种超强吸附型聚丙烯酸-丙烯酰胺水凝胶的制备方法制得的超强吸附型聚丙烯酸-丙烯酰胺水凝胶。

24、本发明还提供了一种超强吸附型聚丙烯酸-丙烯酰胺水凝胶在处理染料废水中的应用。

25、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

26、(1)本发明通过进一步优化合成配方，以及将n-羟甲基丙烯酰胺引入水凝胶的合成体系，等摩尔比替换部分丙烯酰胺的用量，突破性的将水凝胶的吸附性能提高到了1676mg/g，合成出了一种同时具有低溶胀度、高吸附性、高耐盐碱性和高重复利用性的水凝胶。并通过对不同模拟染料废水的吸附实验，进一步探讨了吸附动力学、吸附热力学等相关机理。在此基础上，证明了制备的超强吸附型聚丙烯酸-丙烯酰胺水凝胶材料在染料废水处理领域具有高效、环保、可循环利用、操作简单、成本低廉的实际意义。

27、(2)本发明提供了一种超强吸附型聚丙烯酸-丙烯酰胺水凝胶材料及其制备方法，该材料在较宽的ph范围内对溶液中的亚甲基蓝等阳离子染料具有较大的吸附容量与循环利用性能，吸附后易与水体分离回收，不会对环境造成二次污染。本发明操作工艺简单，原料廉价生产成本低，性价比较高。

技术特征：

1.一种超强吸附型聚丙烯酸-丙烯酰胺水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的超强吸附型聚丙烯酸-丙烯酰胺水凝胶的制备方法，其特征在于，所述丙烯酸、丙烯酰胺、氢氧化钠、交联剂、引发剂和水混合的具体过程为：

3.根据权利要求2所述的超强吸附型聚丙烯酸-丙烯酰胺水凝胶的制备方法，其特征在于，所述混合溶液a与混合溶液c中丙烯酰胺与丙烯酸的摩尔比独立的为4：1～1：9；

4.根据权利要求3所述的超强吸附型聚丙烯酸-丙烯酰胺水凝胶的制备方法，其特征在于，所述混合溶液a和混合溶液c的中和度独立的为0～100％；

5.根据权利要求4所述的超强吸附型聚丙烯酸-丙烯酰胺水凝胶的制备方法，其特征在于，所述混合溶液b中交联剂的物质的量为丙烯酸和丙烯酰胺总摩尔的0.3～1％；

6.根据权利要求5所述的超强吸附型聚丙烯酸-丙烯酰胺水凝胶的制备方法，其特征在于，所述混合溶液b与混合溶液d中交联剂独立的为n,n’-亚甲基双丙烯酰胺；

7.根据权利要求5或6所述的超强吸附型聚丙烯酸-丙烯酰胺水凝胶的制备方法，其特征在于，所述反应的温度为60～80℃，所述反应的时间为20～180min。

8.根据权利要求7所述的超强吸附型聚丙烯酸-丙烯酰胺水凝胶的制备方法，其特征在于，所述粉末的粒径为100～160目。

9.权利要求1～8任一项所述的超强吸附型聚丙烯酸-丙烯酰胺水凝胶的制备方法制得的超强吸附型聚丙烯酸-丙烯酰胺水凝胶。

10.权利要求9所述的超强吸附型聚丙烯酸-丙烯酰胺水凝胶在处理染料废水中的应用。

技术总结本发明属于高分子吸附材料技术领域，公开了一种超强吸附型聚丙烯酸‑丙烯酰胺水凝胶及其制备方法和应用。该超强吸附型聚丙烯酸‑丙烯酰胺水凝胶的制备方法，包括以下步骤：将丙烯酸、丙烯酰胺、氢氧化钠、交联剂、引发剂和水混合；或将丙烯酸、丙烯酰胺、N‑羟甲基丙烯酰胺、氢氧化钠、交联剂、引发剂和水混合；混合后进行反应得到水凝胶，经破碎筛分得到粉末，即为超强吸附型聚丙烯酸‑丙烯酰胺水凝胶。本发明通过进一步优化合成配方以及将N‑羟甲基丙烯酰胺引入水凝胶的合成体系，等摩尔比替换部分丙烯酰胺的用量，突破性的使水凝胶的吸附性能得到提高，合成出了一种同时具有低溶胀度、高吸附性、高耐盐碱性和高重复利用性的水凝胶。技术研发人员：于良民,韩志成,闫雪峰,李昌诚受保护的技术使用者：中国海洋大学三亚海洋研究院技术研发日：技术公布日：2024/6/18