重金属离子敏感性高分子水凝胶的合成及性能研究

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1、中北大学学位论文重金属离子敏感性高分子水凝胶的合成及性能研究摘要本文首先介绍了敏感性水凝胶的分类，以及水凝胶的制备方法：交联共聚，接枝共聚以及互穿网络。论述了水凝胶的体积相转变原理以及pH、温度敏感性水凝胶的响应原理。鉴于重金属离予多属弱酸和中间酸，易与有机氧和有机氮配位。本课题进行了分子设计，提出了合成丙烯酸钠低聚物／内烯酰胺共聚物水凝胶这一思路。制备了低分子量的聚丙烯酸钠，并且确定了其合成工艺条件：引发剂用量为O．2％，链转移剂用量为4％，聚合温度为80。C，该条件下合成的聚内烯酸钠的分子量为4370。进一步合成了丙烯酸钠低聚物／丙烯酰胺共聚物水凝胶。通过

2、红外谱图和SEM+EDS成分分析对其进行了表征。通过实验可知，当重金属离子溶液的浓度变化时，丙烯酸钠低聚物／丙烯酰胺共聚物水凝胶的溶胀率会发生较大变化，而其在轻金属Na+离子溶液中的溶胀率变化不明显。采用正交实验，pH=3，T=20。C下，通过对各共聚物样品在zn2+，Pb2+，Cu2+，Na+溶液中0．03mmol／L处(Pb2+：6．22mg／L，Cu2+：1．91mg／L，Zn2+：1．96mg／L)溶胀曲线斜率的测定，得到最佳配方。实验结果显示，丙烯酸钠：丙烯酰胺=1：O．3，中和度为80％，引发剂用量为O．015％，交联剂用量为0．35％时，水凝胶对

3、Pb2+、Cu2+、Zn2+具有较好的敏感性。敏感性大小为：Pb2+>Cu2+>Zn2+。在此皋础上，研究了pH值和温度对敏感性的影响。结果表明，当pH=4，T=30℃时，敏感性最好。实验中还发现丙烯酸钠：丙烯酰胺=l：0．5，中和度为90％，引发荆用量为0．015％，交联剂用量为O．2％条件下合成的水凝胶在pH=3的0．07mol／L的Pb2+溶液中发生了体积相转变，即：由溶胀相变成了收缩相。采用EDTA滴定法测定了该水凝胶埘Pb2+的吸附量，并考查了pH值，温度对吸附性能的影响，结果表明，当pH=4，T=30。C时，吸附量最好。对比了丙烯酸钠／丙烯酰胺共聚

4、物水凝胶对0．07mol／LPb2+的吸附量，结果表明丙烯酸钠低聚物／丙烯酰胺共聚物水中北大学学位论文凝胶对重金属离子具有较好的吸附效果，吸附量可达O．07469／g。最后，本实验提出了重金属离子敏感性水凝胶的另外一种设计思路——羟乙基丙烯酰胺水凝胶。并通过实验初步进行了羟乙基丙烯酰胺单体的合成研究。通过合成单体的红外谱图与羟甲基丙烯酰胺谱图的对比，证明了它的合成。合成工艺条件为：丙烯酸甲酯：单乙醇胺=l：1．3、反应温度为70"C、催化剂用量为1．5％、反应时间为4h。关键词：敏感性水凝胶，重金属离子，丙烯酸钠低聚物，丙烯酰胺，吸附量，羟乙基丙烯酰胺中北大学

5、学位论文ResearchonPreparationandpropertiesofSensitiveHydrogeltoHeavymetalionsAbstractThetypesofsensitivehydrogelswerereviewedinthispaper．Itintroducedthepreparationmethods，including，crosslinkingpolymerization，graftcopolymerizationandinterpenetratingpolymernetwork．Themechanismofitsvolumep

6、hasetransition，theresponsibilityprinciplesofpH·-sensitiveandthermo·—sensitivehydrogelswerealsoespeciallydescribed．Theheavymetalionistheweakacidandmiddleacidandeasycoordinatetotheorganicoxygenandtheorganicnitrogenous．Accordingtothis，thetopicwascarriedonthemoleculardesign，proposedthes

7、ynthesisofacrylicacidsodiumlow-molecularpolymer／acrylicamidecopolymerhydrogel．Low—molecularweightspoly—acryllicacidsoldiumwassynthesized，thetechnologicalconditionsofsynthesizingwas：initiator0．2％(weight),chaintransferagent4％(weight)，temperature80。C，whosemolecularwas4370．AndthenAcryli

8、cacidsodiumlow-mole