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聚（丙烯酸-co-丙烯酰胺）水凝胶的吸水性和吸附性研究

谢建军1,2，刘昕荣3，梁继福3 1

中国湖南长沙410004，中南林业科技大学，材料科学与工程学院，高分子材料 2

中国湖南长沙410004，中环中南林业科技大学，流变力学与材料工程研究所 3

中国湖南湘潭411105，湘潭大学，大学高分子材料研究所 2005年11月28日收稿，2007年3月4日公认 DOI 10.1002/app.26666

2007年7月17日在Wiley InterScience的（www.interscience.wiley.com）发布。

摘要：

已被部分中和的丙烯酸（AA）和丙烯酰胺（AM）通过溶液聚合制备水凝胶聚（丙烯酸 - co - 丙烯酰胺）（PAAAM），在氯化铜和氯化铁溶液进行了其吸水性、吸附性研究。PAAAM水凝胶及Cu2+或Fe3+混合液通过傅氏转换红外线光谱分析仪进行测定。PAAAM最初在氯化铜和氯化铁溶液的吸光度增加，然后随吸收时间的增加而减小。PAAA最大浓度在氯化铜和氯化铁溶液中的吸附可以用由Ho和麦凯提出的二阶吸附动力学描述，PAAAM对CU2+的吸收符合Langmuir吸附等温线。然而，PAAAM对Fe3+的吸收在Fe3+浓度小于5.625 *10-3 mol/L时随Fe3+浓度增加而增加，之后随Fe3+浓度增加而降低。PAAAM对Cu2+和Fe3+吸收的最大浓度分别为247 mg/g、173 mg/g，实验结果也显示出pH值从2.3变化到4.2，PAAAM对Cu2+的吸收明显增加，pH值从1.0变化到2.1，PAAAM对Fe3+吸收明显增加。2007威利期刊，应用高分子科学106：1606-1613，2007年 关键词：

聚（丙烯酸 - 共 - 丙烯酰胺）、水凝胶的吸水性、离子吸附、吸附建模 简介

水凝胶，它含有亲水性官能团的三维网络，不能被溶解于水，但能吸收大量的水，甚至保留某些压力下所吸收的水分。这种吸收性能受多种因素影响，如离子型和水凝胶的吸收性能[1-3]、其强度、溶液pH值[4-5]、温度[5]等，合成条件对高吸水性树脂或水凝胶的吸收性的影响已讨论广泛[6-12]，然而至今不同的过渡金属解决方案的吸收动力学的影响因素并没有详细研究。聚（丙烯酸 –co- 丙烯酰胺）水凝胶（PAAAM）是最重要的吸收剂之一，因为它的单体价廉，而且能得到很高分子量的聚合产物。

含重金属离子的废水产生于各个行业，如电镀，鞣革，采矿，炼钢，颜料，如果未经处理而排放到环境中，对人体健康和其他生物产生很大影响。吸附是一种适用范围广泛而且有效的去除工业废水中重金属离子的方法[14]。铜离子和铁离子是两个重要的过渡金属离子,去除重金属离子的它们的浓度应限制在一个较低的水平。已被用于许多类型的吸附剂包括活性炭，氧化矿物，聚合物纤维，树脂，生物吸附剂，以及应用于吸附金属离子或螯合微量金属离子的水凝胶[15]。聚合物吸收剂包括聚（丙烯酸）（PAA）[16-17]，聚丙烯酰胺（PAM）及其改性产物[18]，聚（2 - 羟乙基 - 甲基丙烯酸酯）（PHEMA），脱乙酰壳多糖[19-21],甲壳素[20],聚（丙烯酸-co-丙烯酰胺），聚乙烯亚胺（ PEI）[23-24]，生物量根霉化合物[20,25],聚（对 - 氯甲基苯乙烯微乳 - 乙二醇 - 二甲基丙烯酸酯）[26],氨基多羧酸型纤维素[27]和部分水解的聚丙烯酰胺 - 共 - 聚乙烯基吡咯烷酮[28]等等。

Oeztop等聚（丙烯酰胺/ sodiumacrylate丙烯酰胺）（PAM / SA）共聚物使用各种交联剂和调查膨胀，扩散，固定

的酵母细胞，以及生产乙醇。 ：J.谢（xiejianjun12@sina.com.cn）。合同授予赞助商：湖

南省科学技术研究计划项目，合同批准号：05NK3052。合同授予赞助商：一个有才华的人，中南林业科技大学研究基金。 [应用聚合物科学，卷。 106，1606年至1613年（2007年）2007年VVC威利期刊公司

杜兰等al.29合成的PAAAM，使用辐照聚合，通过改变AM初始成分，并讨论了肿胀的行为和一些纺织染料的吸附。可以得出结论，流体扩散到水凝胶的交联PAAAM的水凝胶，可以成功地用于在含有目标纺织染料的废水的净化在字符和非Fick。 AL.30 Katime等考察了茶碱释放从PAAAM水凝胶，并遵守的释放动力学从肿PAAAM凝胶是一种非Fick扩散 控制过程。 Zhang等al.31调查的PAAAM /线性聚烯丙基氯化铵（PAAC）的载药量和释放。 Li等AL.32准备

PAAAM由控制在10％氢氧化钠的碱性溶液中水解的聚丙烯酰胺水凝胶。他们测试了共聚物水凝胶的能力，摄取条件的范围下，各种金属离子结合，具有不同的吸收时间，pH值，离子强度。结果表明，CU21和CD21离子如更强烈的约束到PAAAM水凝胶的比竞争离子娜，K1，CA21和MG21，特别是在pH大于5，并且它们可以是有效地洗脱（> 94％）的2 mol / L的硝酸溶液。因此，它可以被用于回收和分离的CU21及CD21离子和痕量环境分析的应用，如薄膜技术（DGT）的扩散梯度。

这项研究的目的是准备PAAAM凝胶吸水性和吸附，并探讨其吸水性，在氯化铜和FeCl3溶液的吸附行为。吸收性和吸附CU21和Fe31的PAAAM研究的主要影响因素是吸附时间，CU21和Fe31的初始浓度，溶液的pH值。 制备PAAAM的

制备了PAAAM水凝胶从部分中和AA AM通过溶液聚合，并进行优化，采用正交实验method.33优化的组合物在蒸馏水中，在0.9％（重量）NaCl溶液中的最大吸收性如下。 AA和AM的质量比为6：1，两种单体的总质量％为25％，AA中和度为60％，和交联剂的质量百分比，相对于引发剂的总单体的质量为0.01％和0.1％， respectively.33

首先，将预定量的12 mol / L的NaOH溶液中加入逐滴，以部分中和冰 - 水浴中冷却，在烧杯中搅拌的AA水溶液。 ，妥善权衡AM，NMBA，要和KPS群众的烧杯中加入。其次，将反应溶液加热2小时，在333 K时，2小时，在343 K，在353 K 3小时聚合后，将产物切成小块，并在真空烘箱中干燥，在323 K，直到质量产品是恒定的。最后，将干燥的产物粉碎并研磨。用于实验的所有的样品的颗粒尺寸的范围内 60-100目。

红外光谱（FTIR）

使用红外光谱仪（频谱，珀金埃尔默）获得的红外光谱干PAAAM水凝胶及其与金属离子的络合物。和KBr（1.0克）PAAAM（0.02克）充分混合，并压制成片剂，然后进行光谱测定。 实验 物料

丙烯酸（AA），在真空中蒸出，并保存在冰箱中，在使用前，其它试剂包括N，N0-甲基biacrylamide（NMBA），氢氧化钠，盐酸，氯化铜，和丙烯酰胺（AM）和过硫酸钾（KPS）中重结晶三氯化铁作为。的NaOH溶解在蒸馏水中至12，并溶解在蒸馏水中，以1mol / L的1摩尔/ L，分别与盐酸，氯化铜和氯化铁溶解在蒸馏水中至所需的浓度。将所有的材料均为分析

品位和上海化学试剂厂（上海，中国）。 吸水性试验

0.4克PAAAM在室温下浸渍在蒸馏水中，在0.9wt％的NaCl溶液中的吸收能力或在约500

毫升金属盐溶液具有规定浓度的同时批量吸收性和吸附实验。溶胀的水凝胶所需的时间后，称重，然后按如下公式计算的吸收性Q： Q = DW2？W1TH = W1（1）

其中Q是吸收性克水/克干燥的水凝胶（Qs和Qw再在0.9％NaCl溶液和蒸馏水的吸光度的PAAAM水凝胶，分别）。 W1和W2克干燥的水凝胶溶胀的水凝胶的重量，分别为。