第35卷第4期武漢工程大學(xué)學(xué)報Vol.35 No. 42013年04月. Wuhan Inst. Tech.Apr. 2013文章編號:1674 - 2869(2013)04 - 0039 -04聚丙烯酸-丙烯酰胺高吸水樹脂對硬水的軟化性能陳曙',余響林2(1.湖北中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)系,湖北武漢430065;2.武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院,湖北武漢430074 )摘要:針對水中含有過多二價陽離子如鈣離子等而使水質(zhì)硬度較高的問題,使用丙烯酸、丙烯酰胺單體為主要原料,采用水溶液聚合法合成了具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和較高吸附能力的丙烯酸丙烯酰胺高吸水樹脂,然后用其做為硬水軟化劑,對人工配置的濃度為3mmol/L的人工硬水進(jìn)行吸附處理，研究了丙烯酸丙烯酰胺高吸水樹脂對人工硬水中所含鈣離子的吸附能力.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:所合成的丙烯酸丙烯酰胺高吸水樹脂對鈣離子的最大吸附量為108mg/g,隨著樹脂用量的逐漸增加,樹脂對鈣離子的吸附率不斷增大，最大吸附率可達(dá)76. 2%以上.該方法原料來源廣泛,生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生污染,可給硬水軟化提供- -個新的技術(shù)參考思路.關(guān)鍵詞:水溶液聚合;鈣離子;離子吸附中圖分類號:R123.6文獻(xiàn)標(biāo)識碼:Adoi: 10.3969/i. issn. 1674- 2869.2013. 04. 009蒸餾純化;N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)、2-丙0引言烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)，根據(jù)我國對生活飲用水現(xiàn)行的硬度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)分 析純,天津市科密歐化學(xué)試劑開發(fā)中心生產(chǎn);對定中,工業(yè)生產(chǎn)飲用水硬度-般不得超過100 mg/L苯 二酚,分析純,阿拉丁試劑(上海)有限公司生CaCO3,否則,必須對其進(jìn)行脫鹽處理,即硬水的產(chǎn);氫氧化鈉、過硫酸鉀(KPS)、氯化鈉、無水氯化軟化.對硬水軟化的方法[24]很多,主要有離子交鈣、六水合氯化鎂、鹽酸，分析純,國藥集團(tuán)化學(xué)試換法、膜分離方法、石灰法、加藥法和吸附法，前面劑有限公司生產(chǎn)四種方法均存在操作復(fù)雜，成本較高等缺點(diǎn),吸附1.2主要儀器裝置法因其價格便宜,適用范圍廣,再生能力強(qiáng)和投資Elmer FTIR-1710 紅外光譜儀，美國低等優(yōu)點(diǎn)而獲得廣泛應(yīng)用.常用的吸附劑有很多，PERKIN公司生產(chǎn); FW80型高速萬能粉碎機(jī),天包括無機(jī)吸附劑,高分子吸附劑等.高吸水性樹津市泰斯特儀器有限公司生產(chǎn);Vario EL元素分脂，由于其分子內(nèi)部具有獨(dú)特的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，且析儀,德國Elementar 公司生產(chǎn);標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩,篩組成其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的分子鏈上帶有大量的功能性基孔孔徑0.180mm,上虞市華豐五金儀器有限公司團(tuán),能吸附或者螯合大量的金屬離子,因此具有獨(dú)生產(chǎn).特的硬水軟化能力[11.1.3高吸水樹脂的合 成本實(shí)驗(yàn)以人工硬水為對象,用水溶液聚合法將一定量的丙烯酸、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-合成丙烯酸系高吸水樹脂作為硬水軟化劑，研究甲基丙磺酸和去離子水加人三口燒瓶中,勻速攪了不同樹脂用量下樹脂對于人工硬水的軟化能拌,并通人氮?dú)?5min.然后在冰水浴中將事先配力.該方法的優(yōu)點(diǎn)是原料來源較廣,工藝簡單,生置好的 NaOH溶液逐滴加人到三口燒瓶中,滴畢產(chǎn)過程不產(chǎn)生污染,吸附劑可再生,易于實(shí)現(xiàn)綠色后再加人過硫酸鉀和交聯(lián)劑N,N'-亞甲基雙丙烯化生產(chǎn),可給硬水軟化提供一個較新的技術(shù)參考酰胺,將水浴溫度提高到一定的溫度,反應(yīng)數(shù)小方式.時.得到透明彈性水凝膠.切塊后在90 C下真空干燥24h,然后塊體粉碎后得高吸水樹脂粉末,并1實(shí)驗(yàn)部分于90 C下真空干燥24 h備用.1.1實(shí)驗(yàn)試劑1.4結(jié)構(gòu)與性能測試本研究所用的試劑主要有丙烯酸(AA),分析1.4.1紅外光譜 分析用德國Brucker公司生純,天津市大茂化學(xué)試劑廠生產(chǎn),使用前進(jìn)行減壓產(chǎn)的 Vector .中國煤化工品進(jìn)行紅外.MYHCNMH G收稿日期:2013-01-21作者簡介:陳曙(1962-),女 ，湖北武漢人,講師.研究方向:水處理藥劑的研究..40武漢工程大學(xué)學(xué)報第35卷光譜分析,用溴化鉀壓片測試,掃描范圍為500~進(jìn)行成功,所形成的共聚物為PAA-AM-AMPS共4 000cm~'.聚物.1.4.2樹脂軟化硬水性能的測試a. 3 mmol/L161134483079人工硬水的配制.稱取0. 441 g二水氯化鈣CaCl2●29431670 14322H2O,溶于少量蒸餾水,移入1 000 mL容量瓶,并用蒸餾水稀釋至刻度,搖勻備用,配好的溶液放4)置時間不超過48 h.謝3)b.樹脂軟化硬水測試.稱取一定量的樹脂于茶燒杯中,加人200 mL 3 mmol/L的含鈣離子的鹽溶液，攪拌均勻,靜置一定時間,使其吸附達(dá)到飽1)和后過濾,稱取凝膠質(zhì)量，測量濾液體積和濾液中000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500鈣鎂離子濃度.按下面的公式(1)和(2)分別計算波數(shù)/cm”樹脂對鈣離子的吸附量和吸附率:圖1不同樣 品的紅外譜圖CV.-C,V,'XMX1 000(1)Fig. 1 IR spectra of the different samplesm注: (1)AA;(2) AM;(3) AMPS;(4) PAA-AM AMPS.A=C,V。-C,(2)2.2高吸水樹脂軟化處理硬水v二GVx 100%由于硬水中主要含的是鈣離子,鈣離子濃度式中:q-樹脂對鈣離子的吸附量,mg/g;Co-吸附前溶液中鈣離子濃度,mol/L;遠(yuǎn)超其他離子濃度,因此選取鈣離子為研究對象.C.-吸附后溶液中鈣離子濃度,mol/L;選用一種樹脂,該樹脂的合成條件為:AA用量17. 3 mL.AM用量5. 98 g、AMPS用量8.69 g.引V。-吸附前鈣離子溶液的體積,L;發(fā)劑KPS用量0.118g.交聯(lián)劑MBA用量0.012g,V.-吸附后鈣離子溶液的體積,L;中和度為70%,在程序升溫下50 C反應(yīng)2 h,M-鈣離子摩爾質(zhì)量,g/mol;60 C反應(yīng)2 h.該樹脂吸水倍率為1 054. 2 g/g,吸m-樹脂的質(zhì)量,g;鹽水倍率為104. 24 g/g,吸液性能很好.測定其對A-吸附率.于初始濃度固定為3 mmol/L 的體積為200 mL2結(jié)果與討論氯化鈣溶液中鈣離子的吸附性能.測定了在不同樹脂用量下對于鈣離子吸附性能的比較,結(jié)果見2.1樹脂的表征圖1為不同樣品的紅外譜圖,3079 cm-1分別表1和圖2、圖3.吸附量和吸附率計算公式見公對應(yīng)于丙烯酸的烯基上C-H鍵的面內(nèi)彎曲振式1和公式2.110「動，1611 cm-'對應(yīng)于烯基的伸縮振動，100 t1670cm-'對應(yīng)于伯酰胺基上羰基的伸縮振動，2943cm-'對應(yīng)于飽和C-H的伸縮振動，303 448 cm-'對應(yīng)于羥基的伸縮振動,1432 cm~ '對應(yīng)于C-H的彎曲振動,1550 cm-'對應(yīng)于仲酰胺70基N-H的彎曲振動.與曲線1,2,3對比，曲線450 t上3079 cm-'和1 611 cm-'峰的消失確證了AA、AM、AMPS上的烯基都參與到共聚反應(yīng)中來，0t2 943 cm~'和1 432 cm~'峰的增加表明烯基上的30 L.00.0.20.30.5氫都轉(zhuǎn)變成了飽和氫,進(jìn)一步確證了共聚反應(yīng)的樹脂用量/g成功進(jìn)行.1 670 cm-'、1 550 cm-'和3448 cm-'圖2樹脂用量對鈣離子吸附量的 影響峰的保存說明了共聚反應(yīng)進(jìn)行良好,反應(yīng)物都參Fig.2 The effect of resin amount on adsorption與到共聚反應(yīng)中形成共聚物.綜上所述,聚合反應(yīng)中國煤化工MYHCNMHG.第4期陳曙,等:聚丙烯酸-丙烯酰胺高吸水樹脂對硬水的軟化性能1表1不同用量樹脂對鈣離子 溶液的吸附性能 比較Table 1 The adsorption properties comparision of different amounts of resin on calcium solution樹脂用量/g凝膠質(zhì)量/g 濾液體積/mL 濾液濃度/(mmol/L) 吸 液倍率/(g/g)吸附 量/(mg/g)吸附率/%0.057.50.2.50150. 010814. 89172. 35148. 9731. 00.239. 36151.99196. 8580.353. 791401.94179. 34454. 70.483. 681. 86209. 24(66. 50.594. 291011. 42188. 6376. 2可見隨著樹脂用量的加大,對鈣離子的吸附致謝率不斷增大,但是單位質(zhì)量樹脂的吸附量會不斷感謝武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院為本實(shí)驗(yàn)減小.達(dá)吸附平衡時，樹脂對鈣離子的吸附量由提供的平臺.108 mg.g'降至37 mg. g',吸附率由22. 5%參考文獻(xiàn):增至76.2%.這是因?yàn)楦叩臉渲昧繒黾訉︹}離子的吸附，從而提高吸附率.但是單位用量樹脂1] 葉盛權(quán)，吳暉，賴富饒，等.殼聚糖軟化硬水的研究對鈣離子的吸附能力是有限的，到一定程度后會[J]. 食品工業(yè)科技, 2009, 7(7):74-80.達(dá)到飽和,再增加樹脂用量,只會使公式(1)中的[2] Takayuki O, Tsuruki T, Masayu K S. Influence ofpulsed electric field on various enzyme activities [J]. .分母增大,使吸附量整體降低.因此對于硬水的軟Journal of Electrostatics, 2007, 65:156-161.化，要看情況而定樹脂的用量,在達(dá)到硬水軟化標(biāo)[3] Oscar EP, Ana M R P. Pulsed electric fields effects準(zhǔn)所需的鈣離子吸附率下,應(yīng)盡可能使樹脂用量)n the molecular structure and gelation of β小，保持高的吸附量,這樣可以減少樹脂的浪費(fèi).lactoglobulin concentrate and egg white [J]. Food0「Research International, 2004， 37: 102-110.70 t[4]LiYQ,Chenzx,MoHz.Efetsofpulsedelectric fields on physicochemical properties of50 -soybean protein isolates [J]. LWT-Food Science and50 tTechnology, 2007, 40:1167-1175.[5]劉新容.丙烯酸丙烯酰胺高吸水樹脂溶液共聚合成盛40與吸液吸附性能研究[D].湘潭:湘潭大學(xué)化學(xué)學(xué)30 t院，2006.[6]邢傳波.丙烯酸型高吸水性樹脂的制備及改性研究20 L0.00.[D]. 濟(jì)南:山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，2008.樹脂用量/g[7]邢凱華.丙烯酸系高吸水性樹脂合成及改性的研究[D]. 武漢:武漢理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)圖3樹脂用量對鈣離子吸附率的影響院，2009.Fig.3 The effect resin amount on adsorption[8]謝建軍，梁吉福，何新建，等.丙烯酸系高吸水樹脂amount of calciumion反相懸浮聚合法制備及其吸附性[J].功能高分子學(xué)3結(jié)語報，2008, 21(4):448-451.本實(shí)驗(yàn)初步研究了不同樹脂用量下樹脂對硬[9]謝建軍，劉新容，梁吉福.吸水樹脂吸附分離研究進(jìn)展[J].高分子通報，2007, 9(9) :52-58.水的軟化能力,結(jié)果表明隨著樹脂用量由0.05g[10]程冬炳，余響林.余訓(xùn)民.高吸水樹脂在環(huán)境治理中增加到0.5g,達(dá)吸附平衡時，樹脂對鈣離子的吸的應(yīng)用[J].武漢工程大學(xué)學(xué)報,2011, 33(9): 20-25.附量由108 mg/g降至37 mg/g,吸附率由22. 5%11]劉新容。梁吉福PAAAM高吸水k樹脂在鹽液中吸增至76.2%,此結(jié)果為硬水的軟化提供了一種參水及吸中國煤化工2010, 4(24):考方法.68-72. .TYHCNMH G武漢工程大學(xué)學(xué)報第35卷Softening property of poly( acrylic acid-co- acrylamide)superabsorbent resin to hard waterCHEN Shu' ,YU Xiang-lin2(1. Faculty of Pharmacy, Hubei University of Chinese Medicine, Wuhan 430065, China;2. School of Chemical Engineering and Pharmacy, Wuhan Institute of Technology, Wuhan 430074，China)Abstract: Divalent cations such as calcium ions in water can cause a certain hardness. A novel super-absorbent polymer with three dimensional network and strong adsorption capacity was prepared bywater solution copolymerization of acrylic acid (AA) and acrylic amide (AM). The resin was chosen asthe adsorbent to remove hardness from hard water samples as 3 mmol/L as calcium ion. The removalproperty was assessed by investigating treatment of hard water with different amount of poly (acrylicacid) resin. The results show that the maximum adsorption amount of the resin is 108 mg/g, theadsorption rate of the resin increases with the increase of the amount of resin. The resin generallyremoves more than 76. 2% of the calcium ion from the tested water samples. This method provideswater softening with a new techuplogy reference due to its widely resource and environment friendlyproperty.Key words: water solution copolymerization; calcium ions; ion absorption本文編輯:張瑞中國煤化工MHCNMH G