水凝胶在环境污染治理中的应用.pdf

'第42卷第2期应用化工Vo1．42No．22013年2月AppliedChemicalIndustryFeb．2013水凝胶在环境污染治理中的应用杨莉，朱杨志，张旭，李锋，李豪(长安大学环境科学与工程学院，陕西西安710054)摘要：水凝胶是一种具有三维网络结构的高分子材料，能在水中显著溶胀、保持其原有结构和性能的同时，对外界刺激作出响应，广泛应用于很多领域。主要综述了水凝胶在环境污染治理中的应用现状，并对其未来的发展进行了简要展望。关键词：水凝胶；环境污染；应用中图分类号：X506文献标识码：A文章编号：1671—3206(2013)O2—0367—03ApplicationofhydrogelinenvironmentalpollutioncontrolYANGLi，ZHUYQng—zhi。ZHANGXu，LIFeng，LIHao(SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering，ChanganUniversity，Xi’al710054，China)Abstract：Hydrogelwasakindofpolymermaterialswiththree—dimensionalnetworkstructure，whichcanmaintainitsoriginalstructureafterswellinginwater，andrespondtoforeignstimulates，whichwaswidelyusedinman),areas．Themainlyreviewitsapplicationstatusofhydrogelinenvironmentalpollutioncon—tro1．Meanwhilethefuturedevelopmentwasbrieflyprospected．Keywords：hydrogel；environmentalpollution；application随着现代工业的发展，当今社会面临着资源日使用量超过70万t，大量染料废水未经完全处理排益枯竭，环境人为破坏等诸多严峻威胁。在环境污到自然水域，很多染料及其降解的中间产物能致癌、染治理的探索中，新型材料的开发已成为一种有益致畸、致突变。因此，寻找一种高效的处理染料废水的尝试，并逐渐发展为环境工程研究的热点。水凝的方法亟须解决，而水凝胶作为一种绿色吸附剂已胶作为一种具有三维网络结构的高分子材料，不仅逐渐受到研究者们的重视，广泛的应用于吸附阳离能在水中显著溶胀的同时保持其原有结构和性能，子染料、阴离子染料以及中性染料废液。而且能够感知外界刺激(如温度、pH值等)的微小1．1．1阳离子染料的吸附去除张秀菊等¨利用变化，通过溶胀与收缩来实现其对刺激的响应，其优自由基原位聚合方法制备PAM—XLG复合水凝胶，良的特性使水凝胶引起了广大环境工程研究人员的并用于处理碱性品红染料，在用量为25mg／L，染液兴趣，并已经广泛应用于环境污染的治理领域，如吸的pH由7．5降至3．0的情况下，PAM．XLG复合水附重金属、处理印染废水等。凝胶对碱性品红的吸附量由23．77mg／g降到1水凝胶在环境污染治理中的应用l2．67mg／g。徐宁等用聚(丙烯酸／丙烯酰胺)水近年来，研究人员将水凝胶作为一种新型的吸凝胶对碱性藏花红染液的吸附，通过固定DCL，用附高分子材料应用于环境治理研究，尤其在染料、重不同摩尔比的AAc／AAm在氮气的保护和不断搅拌金属等工业废水的的治理研究中已经获得越来越多下，以一定量的过硫酸铵作引发剂，于水溶液中制备的发展。水凝胶，同时研究了吸附和水凝胶经解吸后的再吸1．1吸附染料废液附性质。张弛等以海藻酸钠、多壁碳纳米管为主目前，染料已经超过1O万种，同时世界每年的要原料，通过溶胶一凝胶法制备复合水凝胶球，研究收稿日期：2012-09—24修改稿日期：201212．07基金项目：2012年国家级大学生创新创业训练计划(201210710115)；第八届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛项目(E—P—B-09)作者简介：杨莉(1977一)，女，宁夏吴忠人，长安大学副教授，主要从事环境化学和新材料方面的研究。电话：18792680105，E—mail：eseclily@yahoo．com．cn 368应用化工第42卷了微球对次甲基蓝溶液的吸附脱色效果。结果表子的吸附，以丙烯酰胺为单体，Ⅳ，Ⅳ’一亚甲基双丙明，当海藻酸钠溶液的加入量为2％，多壁碳纳米管烯酰胺为交联剂，聚乙二醇45000为致孔剂，采用热的含量0．15％时，120h后微球对次甲基蓝的吸附交联聚合的方法，制备出大孔结构的聚丙烯酰胺凝率可达83．46％。胶，对Cu“有选择性吸附作用。冯字杰¨研究新1．1．2阴离子染料的吸附去除梁蕊等研究了型螯合树脂的制备及其在重金属去除与检测中的应以埃洛石、丙烯酸、丙烯酰胺和聚乙烯醇为原料，制用：以氯甲基化聚苯乙烯为母体，引人N、N—S、备半互穿的水凝胶聚合物来吸附阳离子染料，利用N—s—O型杂环配体，制出了4种新型螯合树脂，重正交实验探索了材料的粒径、pH以及离子强度等因点考察了这4种树脂对Hgn的吸附。素对吸附亚甲基蓝性能的影响，发现该水凝胶在1．3氯酚类物质的吸附去除20qc的条件下，对亚甲基蓝的最大吸附量能达到氯酚类物质主要源于杀虫剂、除草剂、木材防腐1．767g／g。俞洁等纠以丙烯酸和硅藻土为原料，Ⅳ，剂以及废水的排放(炼油、烧焦、染料)，该类物质可J7v’一亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，在水溶液中利用以通过食物链在生物圈中积累，大大地增加了其危辉光放电电解等离子体引发，一步制得硅藻土／丙烯害性，对环境以及生物造成了巨大的威胁，因此氯酚酸复合水凝胶，并研究该水凝胶对孔雀石绿的吸附。类物质已经被我国、欧盟以及美国等国家列为优先在pH=5．6左右吸附量达到最大，为1108．6mg／g。控制污染物。辛梅华等¨采用反相悬浮法制备交1．1．3中性染料的吸附去除魏佳。以丙烯酸为联壳聚糖微球，再与庚醛反应，生成Schif碱，最后阴离子单体，聚二甲基二烯丙基氯化铵作为阴离子用NaBH还原，制得，v．烷基化改性壳聚糖微球，用聚合物，7v，Ⅳ’一亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，过硫酸于2，4一二氯酚的研究。结果表明，在pH=6的条件铵为引发剂，制备半互穿型两性吸水树脂，考察了对下，3h吸附量达到492mg／g，同时具有良好的重复中性红染料的吸附动力行为，同时对该水溶胶的可使用性能。孟冠华等¨纠合成了乙酰氯修饰树脂逆性进行了研究。华登峰以脱乙酰度为70的壳NDA一0，与Purolite公司的MN一200相比，NDA一0对聚糖(CTS)、硫酸铝和聚铝(PAC)作为絮凝剂，对中2一氯酚、4一氯酚和2，4一二氯酚这3种氯酚类物质的性染料的印染废水絮凝脱色进行了处理条件的优吸附能力优于MN-200，并且2种树脂对氯酚类物质化，对试验结果作了对比分析。结果表明，壳聚糖与的吸附量随着温度的升高而减少，进一步研究了pH硫酸铝、聚铝的絮凝效果近似，但用量要少得多，而对吸附的影响，在pH>9时，3种氯酚类物质的吸附且壳聚糖为天然高分子絮凝剂，无毒、易降解、对环量均下降。境无污染。1．4土壤的修复改良1．2吸附重金属我国干旱、半干旱地区约占国土面积的51％，随着工业的发展，重金属污染问题日益凸显，寻水土流失严重，并且土地荒漠化面积以2460km／a找高效经济地治理污染的方法和材料已经成为备受的速度发展，干旱地区植树成活率仅为10％一关注的话题。水凝胶作为低成本、环境友好型的吸30％，半干旱地区为30％一50％，而水凝胶对促进附材料逐渐受到环保工作者们的重视。李云龙农业发展，改善生态环境发挥着重大作用。谢建军等8以2．丙烯酰胺基-2．甲基丙磺酸和丙烯酸为原等探究了聚(丙烯酰胺一马来酸酐)、聚(丙烯酸．料，制备P(AMPS．CO．AA)大孔吸附水凝胶，考察了丙烯酸铵)、聚(丙烯酸-2．丙烯酰胺-2．甲基丙磺对Fe¨的吸附性能，其中对Fe¨的吸附容量以及脱酸)、聚(2一丙烯酰胺-2．甲基丙磺酸．马来酸酐)等体除率可达到4．2mmol／L和90．5％，经过多次反复系的恒温保水性能，表明水凝胶能提高砂土的饱和吸附的水凝胶，对Fe¨仍然有较好的选择性能和重含水量，可对砂土进行有效改良。植物学教授、国际复利用性能。曹卫星等则用壳聚糖来吸附Cu、沙漠化研究科学小组带头人范·考特海姆发明“调Pb¨cd¨。pH=8、，吸附cd溶液用量为l0L，节剂改良土壤”，即一种浸满水凝胶同时加入有机时间1min；pH=6，吸附Pb¨用量为l0L，吸附时物介质的2O一30em(8一l2”)厚的土壤层。该种土间60min；pH=5，吸附cun用量为l0L，吸附时壤不仅能吸收水分、圈住水分，还把水分向植物根系间1rain。李娜。。研究了敏感水凝胶用于重金属离缓慢地释放，这种水分供应可以让如沙漠之类的脆 第2期杨莉等：水凝胶在环境污染治理中的应用369弱土壤得到改良，同时，水激活了土壤中的矿物质作用，使得土壤中的营养物质得到释放，从而有效地修[2]徐宁，牟建明，王国强．用聚(丙烯酸／丙烯酰胺)水凝胶吸附单价阳离子染料的研究[J]．环境科学学报，复土质，埃及正在推进一项利用该技术绿化沙漠的2004，24(1)：65-70．宏大工程。[3j张弛，蔡芳昌，马宁，等．海藻酸钠／多壁碳管复合水凝1．5空气净化胶球的制备及对次甲基蓝的吸附研究[J]．材料导报，传统的空气清洁器(如活性炭过滤器)当收集2012，26(9)：100—103．．到空气中的粒子到一定程度后，清洁器的运行会受[4]梁蕊，张艳锴．基于埃洛石的水凝胶的制备及其吸附到阻碍。美国佐治亚研究所开发一种水凝胶空气清阳离子染料性能研究[J]．材料导报，2011，25(11)：38-洁器，利用水凝胶的吸附特性来代替过去使用的过42．滤器，该种清洁器不会出现将污染物散发到空气中[5]俞洁，张雅迪，李芸，等．硅藻土／丙烯酸水凝胶的合成而造成对环境的二次污染。V·A·G·威廉姆斯、及其对染料孑L雀石绿的吸附研究[J]．西北师范大学c·M·施通普夫[163发明了一种新型凝胶空气清新学报，2011，47(6)：4247．剂，即一种基本刚性的、透明凝胶基质空气清新剂制[6]魏佳．具有半互穿网络结构的两性吸水树脂的合成及性能研究[D]．乌鲁木齐：新疆大学，2006．品，以水、表面活性剂、透明胶基质材料和与系统相[7]华登峰．壳聚糖、硫酸铝和聚铝对印染废水脱色处理容的空气清新香精组合，使用时将水、香精缓释到周的对比[J]．青岛大学学报，2004，19(3)：65-68．围环境中，从而达到净化空气的目的。[8]李云龙，欧阳娜，张海青，等．P(AMPS．AA)超大孔凝胶1．6其他合成及吸附重金属离子[J]．工程塑料应用，2011，39将溶胀比大、保水性能好的pH敏感性的交联(10)：68—72．聚丙烯酸盐水凝胶与植物营养液按一定比例复配成[9]曹卫星，林国林，金兰淑，等．壳聚糖吸附重金属离子的具有肥料作用又有保水性，同时使得水分和营养的研究[J]．辽宁化工，2007，36(8)：529-531．物质缓慢释放的肥料(SRUFWPSM)¨在农业方面[10]李娜．敏感水凝胶用于重金属离子的吸附及利用[D]．的应用已经有了一定规模，仅在甘肃省，在农业方面合肥：安徽大学，2010．的推广约3X10。m，树木成活率平均提高25％一[11]冯宇杰．新型螯合树脂的制备及其在重金属去除与检30％，其取得的环境效益显著。我国黄土高原造林测中的应用[D]．杭州：浙江工商大学，2010．[12]辛梅华，李明春，谢英．新型改性壳聚糖微球的制备及实验研究所¨引用LSA-2保水剂处理苹果树苗，树苗其对氯酚的吸附研究[J]．环境科学学报，2007，27的成活率也有了一定的提高，从而有利于改善黄土(8)：1275．1280．高原的生态环境。[13]孟冠华，李爱民，杨鑫，等．新型树脂对氯酚类物质的此外，水凝胶材料还可用于污泥固化、油水分吸附研究[J]．环境污染与防治，2007(5)：347-351．离、溶剂脱水、造纸废液等诸多环境治理领域】，发[14]谢建军．丙烯酸铵／马来酸酐共聚高吸水树脂PAM．挥的作用也越来越大。●MAH研究[J]．中南林学院学报，2006，26(5)：55-59．2结束语[15]翟茂林，哈鸿飞，水凝胶的合成、性质及应用[J]．大学‘环境污染治理显得任重而道远，水凝胶作为低化学，2001，16(5)：22-27．[16]V·A·G·威廉姆斯，C·M·施通普夫．凝胶空气清成本、无污染的新型吸附材料，在污染治理领域的潜新剂：CN，02154343．7[P]．2003-06．18．力巨大，在吸附重金属离子、染料废液中已崭露头[17]金淑萍，柳明珠，陈世兰，等．智能高分子及水凝胶的角，将水凝胶运用于其他的环境污染治理领域亟须响应性及其应用[J]．物理化学学报，2007，23(3)：438．广大科技研究者们的共同探究。446．[18]顾雪梅，安燕，殷雅婷，等．水凝胶的制备及应用研究参考文献：[J]．广州化工，2012，40(10)：11。13．[1]张秀菊，郑少杰，林志丹，等．聚丙烯酰胺．锂藻土复合水凝胶吸附处理模拟印染废水[J]．化工环保，2010'