一种电响应丙烯酸系离子交换树脂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种电响应丙烯酸系离子交换树脂及其制备方法和应用。通过原位悬浮聚合将碳纳米管原位引入到丙烯酸单体的聚合反应中，并通过进一步的水解反应，制得电响应丙烯酸系离子交换树脂。本发明专利技术以聚丙烯酸为骨架，将碳纳米管原位引入到其聚合反应过程中制备得到电响应丙烯酸树脂。该电响应丙烯酸系离子交换树脂具有更高的机械强度，可以吸附水中得Cu

【技术实现步骤摘要】
一种电响应丙烯酸系离子交换树脂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种电响应丙烯酸系离子交换树脂及其制备方法和应用，属于污水处理与资源化控制领域。

技术介绍

[0002]金属离子在人体内富集后会影响人的健康，比如废水中重金属铜离子的排放对水体土壤危害极大。此外，铜在人体内超标会对人体肝脏和胆囊造成负担。因此，随着重金属污染的日益加剧，寻找经济、绿色环保的重金属处理方法变得尤为重要。此外，值得注意的是，含铜废水主要是冶金、电子等行业产生的废水，水体中的Cu
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的排放不仅污染环境，而且会造成资源浪费。目前，重金属离子的主要处理方法主要有吸附法、絮凝沉淀法、膜分离技术、生物方法等。吸附分离由于具有操作简单、处理效果好等有点被用于废水中重金属处理已有几十年的历史。而且随着众多新型高效吸附剂的开发，实现了低成本、高容量、动力学快等优点。但是在吸附剂再生过程中，往往需要投加较污染物含量数百至上千倍的酸(2～3M)，产生成分更加复杂的酸，金属离子回收困难，需要进一步配套深度处理的脱附液技术。因此，研究绿色高效的吸附剂再生技术对于回收废水中重金属离子、提高经济效益具有重要意义。
[0003]丙烯酸系阴离子交换树脂骨架中含有大量的羧基基团，可与重金属离子吸附、螯合或者离子交换作用，同时丙烯酸系离子交换树脂可回收利用性强且绿色环境友好，在重金属污染废水中发挥着重要的作用。已有的研究表明，丙烯酸系离子交换树脂对于Cu
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具有较高的吸附容量，但其再生依旧需要投入较高的酸，并不绿色环保。电化学技术可通过调控材料表面荷电状态改变吸附剂与吸附质间的相互作用，从本质上削弱、拆散吸附剂与吸附质之间的相互作用，实现在不消耗或减量化学试剂的条件下实现金属离子的再生。但是丙烯酸系树脂属绝缘性材料，在电化学领域无法发挥其优势。因此，急待解决树脂吸附法再生回收金属离子过程中高浓度酸带来的二次污染问题。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的第一目的是提供一种电响应丙烯酸系离子交换树脂，本专利技术的第二目的是提供一种该电响应丙烯酸系离子交换树脂的制备方法，本专利技术的第三目的是提供一种该电响应丙烯酸系离子交换树脂在电化学回收水中金属铜离子的应用。
[0005]技术方案：本专利技术的一种电响应丙烯酸系离子交换树脂的制备方法，包括以下步骤：
[0006](1)将碳纳米管(CNTs)置于良性树脂致孔剂中，保温超声分散，得到碳纳米管悬浮液：
[0007](2)将反应单体、交联剂、引发剂及碳纳米管悬浮液混合搅拌溶解，得到油相溶液；
[0008](3)将分散剂和氯化钠置于去离子水中，升温搅拌溶解，得到水相溶液；
[0009](4)在加热搅拌下，将油相溶液加入到水相溶液中，调节搅拌，缓慢升温反应，继续
升温熟化，得到树脂珠体；
[0010](5)树脂珠体经热水、乙醇淋洗数遍，石油醚抽提，真空干燥，得到干燥的树脂珠体；
[0011](6)将干燥的树脂珠体置于氢氧化钠溶液中，加热反应，水洗至中性，烘干，即得电响应丙烯酸系离子交换树脂。
[0012]进一步地，步骤(1)中，所述碳纳米管长度为30～50μm，内径为10～20nm。
[0013]进一步地，步骤(1)中，所述良性致孔剂为甲苯。
[0014]进一步地，步骤(1)中，所述碳纳米管与良性致孔剂的固液比为0.5～10mg/mL。
[0015]进一步地，步骤(1)中，所述保温超声分散的时间为10～30min。
[0016]进一步地，步骤(2)中，所述单体、交联剂、引发剂分别是指甲基丙烯酸甲酯、二乙烯基苯和偶氮二异丁腈。
[0017]进一步地，步骤(2)中，所述单体、交联剂、引发剂和碳纳米管的质量比为1：0.15：0.01：0.001～0.02。
[0018]进一步地，步骤(3)中，所述分散剂为聚乙烯醇。
[0019]进一步地，步骤(3)中，所述分散剂与氯化钠的质量比为1:1～5。
[0020]进一步地，步骤(3)中，所述升温搅拌溶解是升温至35～40℃，回流保温搅拌0.5～1h。
[0021]进一步地，步骤(4)中，所述油相溶液：水相溶液的质量比为6～2：1。
[0022]进一步地，步骤(4)中，所述缓慢升温反应是缓慢升温至70～75℃，保温反应2～4h。
[0023]进一步地，步骤(41)中，所述继续升温熟化是升温至85～80℃，熟化3～5h。
[0024]进一步地，步骤(4)中，所述调节搅拌是调节搅拌至油珠的直径为0.6～1mm。
[0025]进一步地，步骤(6)中，所述氢氧化钠溶液的浓度为3mol/L。
[0026]进一步地，步骤(6)中，所述干燥的树脂珠体与氢氧化钠溶液的固液比0.1～0.2g/mL。
[0027]进一步地，步骤(6)中，所述加热反应的温度为60～70℃，所述加热反应的时间为6～8h。
[0028]本专利技术所述制备方法得到的电响应丙烯酸系离子交换树脂在电化学回收水中金属铜离子中的应用。
[0029]进一步地，所述吸附金属离子后通过施加2～5V外电势，辅以加入盐酸溶液，可对电响应丙烯酸系离子交换树脂回收及对金属离子浓缩回收。
[0030]进一步地，所述金属离子浓缩倍数为1.5～11.9。
[0031]本专利技术以聚丙烯酸为骨架，将碳纳米管原位引入到其聚合反应过程中制备得到电响应丙烯酸树脂。该电响应丙烯酸系离子交换树脂具有更高的机械强度，可以吸附水中得Cu
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，且可以利用其电感应效应辅以少量酸绿色回收铜离子。克服了传统金属离子吸附剂再生过程中大量化学试剂带来的二次污染问题，为重金属废水的资源化回收提供新材料和新方法。
[0032]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：
[0033](1)本专利技术制备的电响应丙烯酸系离子交换树脂，表观呈黑色，内部由碳纳米管网
络搭建而成，将其作为吸附剂应用于去除水中的Cu
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，其吸附量可达～190mg/g，且由于碳纳米管的引入，本专利技术制备的电响应丙烯酸系离子交换树脂具备更好的机械强度。所制备电响应丙烯酸树脂的机械强度增大1.8～9.8倍。
[0034](2)本专利技术制备的电响应丙烯酸系离子交换树脂在废水资源化方面具有良好的实际应用价值，有别于传统树脂的再生，本专利技术的电响应丙烯酸系离子交换树脂具有良好的电响应，可实现在投加低浓度酸的状况下，达到树脂再生和浓缩回收铜离子的目的。
附图说明
[0035]图1为实施例1得到电响应丙烯酸系离子交换树脂的表观照片；
[0036]图2为实施例1得到电响应丙烯酸系离子交换树脂的扫描电镜图；
[0037]图3为不同含量碳纳米管的电响应丙烯酸系离子交换树脂的机械强度变化图；
[0038]图4为实施例2得到电响应丙烯酸系离子交换树脂在5V+0.1M HCl和0.1M HCl条件下电再生回收本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电响应丙烯酸系离子交换树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将碳纳米管置于良性树脂致孔剂中，保温超声分散，得到碳纳米管悬浮液：(2)将反应单体、交联剂、引发剂及碳纳米管悬浮液混合搅拌溶解，得到油相溶液；(3)将分散剂和氯化钠置于去离子水中，升温搅拌溶解，得到水相溶液；(4)在加热搅拌下，将油相溶液加入到水相溶液中，调节搅拌，缓慢升温反应，继续升温熟化，得到树脂珠体；(5)树脂珠体经热水、乙醇淋洗数遍，石油醚抽提，真空干燥，得到干燥的树脂珠体；(6)将干燥的树脂珠体置于氢氧化钠溶液中，加热反应，水洗至中性，烘干，即得电响应丙烯酸系离子交换树脂。2.根据权利要求1所述的电响应丙烯酸系离子交换树脂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述碳纳米管长度为30～50μm，内径为10～20nm，所述良性致孔剂为甲苯，所述碳纳米管与良性致孔剂的固液比为0.5～10mg/mL；所述保温超声分散的时间为10～30min。3.根据权利要求1所述的电响应丙烯酸系离子交换树脂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述单体、交联剂、引发剂分别是指甲基丙烯酸甲酯，二乙烯基苯和偶氮二异丁腈；所述单体、交联剂、引发剂和碳纳米管的质量比为1：0.15：0.01：0.001～0.02。4.根据权利要求1所述的电响应丙烯酸系离子交换树脂的制备方法，其特征在于，步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁杰，高冠道，
申请(专利权)人：南京大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：