AAmAAc水凝胶对碱性藏花红染料的吸附特性研究

p(N-MAM-co-DMAA)智能水凝胶的制备及其药物缓释作用杨性坤;李超;马雪梅
【期刊名称】《合成树脂及塑料》
【年(卷),期】2016(33)1
【摘要】以N-羟甲基丙烯酰胺(N-MAM),N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)为聚合单体,过硫酸钾为引发剂,N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,通过自由基水溶液聚合法制备了p(N-MAM-co-DMAA)智能水凝胶.研究了凝胶对温度、pH值、离子浓度敏感性能和对核黄素药物的缓释性能.实验表明,凝胶的溶胀度随温度升高和盐浓度增加而逐渐降低,随溶液pH值的增大先增大后逐渐减小,在中性、酸性和碱性环境中的核黄素累积释放量分别是68％,51％和42％.
【总页数】4页(P53-56)
【作者】杨性坤;李超;马雪梅
【作者单位】信阳师范学院化学化工学院,河南省信阳市464000;信阳师范学院化学化工学院,河南省信阳市464000;信阳师范学院化学化工学院,河南省信阳市464000
【正文语种】中文
【中图分类】TQ316.6
【相关文献】
1.水溶性药物巯甲丙脯酸/Si-MCM-41载药新体系的制备与缓释作用研究 [J], 曲凤玉;朱广山;黄世英;李守贵;裘式纶
2.快速响应性智能水凝胶的制备及药物缓释模拟 [J], 李梦;刘辉;倪晓玉;王帝;周颖梅
3.蔗渣木聚糖磷酸酯-壳聚糖水凝胶的制备及其药物缓释作用 [J], 李和平;胡杨;杨官威;杨永哲;张垚
4.智能水凝胶的制备以及在药物缓释方面的研究进展 [J], 李超;赵梦溪;杨性坤
5.IPN智能水凝胶药物缓释体系的设计及评价 [J], 王欣雅;吉木色;甘秋兰;黎千榕;张尚文;胡婕;文治杰;胡燕
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

中国环境科学 2020,40(10)：4362~4369 China Environmental Science GA-g-PAMPS/AA/ST凝胶的制备及对亚甲基蓝吸附性能徐继红*,段贤扬,何梦奇,甘颖,王雪妮(安徽理工大学化学工程学院,安徽淮南 232001)摘要：采用微波辐射技术,通过接枝共聚反应制备了阿拉伯胶(GA)-g-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)/丙烯酸(AA)/海泡石黏土(ST)(GA-g-PAMPS/AA/ST)复合水凝胶,利用FTIR、XRD、SEM对复合水凝胶进行了表征,研究了水凝胶对水溶液中亚甲基蓝(MB)染料的吸附性能.结果显示:GA、ST和AA与AMPS发生了接枝共聚反应,形成具有均匀三维网络结构的复合水凝胶. 0.025g水凝胶可以使体积为50mL、pH值为6.4、浓度为600mg/L的MB溶液的吸附量和吸附率分别达1146mg/g和95.5%,水凝胶具有较好的重复利用性能.Freundlich等温模型和准二级动力学模型能更好地描述吸附过程.热力学研究表明水凝胶对亚甲基蓝吸附是自发、吸热和不可逆的过程.该水凝胶可用作阳离子染料和阳离子型污染物的潜在候选生物质吸附剂.关键词：阿拉伯胶；动力学；热力学；亚甲基蓝；水凝胶；天然多糖聚合物中图分类号：X703.5 文献标识码：A 文章编号：1000-6923(2020)10-4362-08Preparation of GA-g-PAMPS/AA/ST hydrogel and adsorption properties for methylene blue. XU Ji-hong*, DUAN Xian-yang, HE Meng-qi, GAN Ying, WANG Xue-ni (School of Chemical Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001, China). China Environmental Science, 2020,40(10)：4362~4369Abstract：GA-g-PAMPS/AA/ST composite hydrogel was prepared by graft copolymerization of gum arabic (GA), 2-acrylamido- 2-methylpropanesulfonicacid (AMPS), acryllic acid (AA), sepiolite clay (ST) by microwave irradiation. The composite hydrogel was characterized by numerous techniques including FTIR, XRD and SEM. The adsorption propertie of the hydrogel on methylene blue (MB) in aqueous solution was studied. The hydrogel with uniform three-dimensional network was synthesized. Under the conditions of dosage of 0.025g, the volume of 50mL, pH of 6.4 and the initial concentration of 600mg/L, the adsorption capacity and removal was found to be 1146mg/g and 95.5%, respectively. Hydrogel had good repetition use performance. Meanwhile, the adsorption process described by Freundlich isothermal model and quasi-second-order kinetic equation better. Furthermore, thermodynamic studies showed that hydrogel's adsorption of methylene blue was a spontaneous, endothermic and irreversible process. Therefore, it could be used as a potential candidate biomass adsorbent for cationic dyes and pollutants.Key words：gum arabic；kinetics；thermdynamic；methylene blue；hydrogel；natural polysaccharide polymer树胶是一种来自植物和微生物的多糖和多糖衍生物物质,具有可生物降解、生物相容性好、无毒、成本低等优点,现在已经被广泛地应用到医药保健、食品工业、化妆品等领域[1-2].然而,各种树胶都存在机械性能差的特性,通过化学改性合成的胶基水凝胶不仅能增强其机械强度,而且还能与合成单体产生协同作用来提高水凝胶的性能[3-5].目前,树胶基复合水凝胶正在快速地开发和应用[6-8].随着染料工业发展和染料在生产中的大量使用,每年排放的染料废水产生了很多环境污染问题,也给人们的身体健康带来很多不良影响,因此染料废水的处理变得至关重要.亚甲基蓝(MB)是一种重要有机化学合成阳离子染料,工业应用非常广泛,常用于麻、蚕丝织物、纸张的染色.亚甲基蓝在水溶液中极易形成一价有机季铵盐阳离子基团、色度深、浓度高、亚甲基蓝废水已成为一种重要的污染源,是印染废水处理的难点,研究经济高效的亚甲基蓝染料废水处理方法具有重要意义[9-10].树胶基水凝胶由于具有适当的吸水性及易回收利用等特点,在废水处理中也开始得到大量应用[11-13].阿拉伯树胶(GA)是一种应用广泛的天然多糖,主要来源于豆科金合欢树的树干渗出物,它是由1,3-连接β-D-半乳糖基单元组成的高支化大分子,相对分子质量约为50~100万[14].阿拉伯树胶作为一种安全无害的增稠剂,主要应用于食品、医药、化妆品等行业.Singh等[15]制备阿拉伯树胶-明胶-二氧化硅纳米杂化物作为淀粉酶固定化载体.陈妮娜等[16]制备壳聚糖-阿拉伯收稿日期：2020-01-13基金项目：安徽高校自然科学研究项目(KJ2016A197)* 责任作者, 副教授,**************.cn10期徐继红等：GA-g-PAMPS/AA/ST凝胶的制备及对亚甲基蓝吸附性能 4363树胶改性聚合物电解质膜,极大改善膜的机械性能.然而利用阿拉伯树胶制备复合水凝胶,把阿拉伯胶基水凝胶作为吸附剂用于废水和重金属处理却鲜有报道.基于以上分析,通过微波辐射共聚方法制备阿拉伯胶基复合水凝胶(GA-g-PAMPS/AA/ST).考察复合水凝胶对亚甲基蓝(MB)染料的吸附行为,对水凝胶的吸附动力学和热力学行为进行研究,以期为阿拉伯胶基水凝胶在染料废水处理等领域提供参考.1材料与方法1.1试剂及仪器1.1.1试剂阿拉伯树胶(GA),工业品,山东优索化工科技有限公司;2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS),工业品,山东潍坊金石环保科技有限公司;丙烯酸(AA),氢氧化钠,盐酸,过硫酸钾,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(NMBA),AR,天津市博迪化工有限公司;亚甲基蓝(MB),AR,河南三顺教学仪器有限公司;海泡石(ST),工业品,石家庄参川矿产品有限公司.1.1.2仪器使用微波反应器(WBFY-201)制备水凝胶;使用冷冻干燥机(Scientz-10N型)对样品进行干燥;采用傅立叶变换红外光谱仪(FTI R, Nicol-380 型)对样品结构进行表征;使用扫描电子显微镜(SEM,S-3000N型)观察样品的微观形貌;使用多晶X射线衍射仪(XRD,DX-2008型)测试样品的晶体形貌;采用紫外可见分光光度计(UV-2550型)测试水凝胶的吸附性能.1.2GA-g-PAMPS/AA/ST复合水凝胶的制备准确称取4.0g AMPS和4.2mL AA的混合物,倒入装有8mL去离子水的烧杯中,充分磁力搅拌至完全溶解,再加入0.41g GA和0.41g的ST继续搅拌至均匀混合.用移液管移取6.4mL浓度为10mol /L 的NaOH溶液边搅拌边添入到上面烧杯里.在第2个装有2mL去离子水的烧杯中依次加入0.08g KPS 和0.03g NMBA,磁力搅拌溶解匀速后把上述溶液倒入第1个烧杯,然后将烧杯快速转移到微波反应器里,设定微波功率195W和反应时间180s,开启微波反应器进行反应.反应完成得到淡黄色透明胶体,将胶体在80℃干燥箱中烘干至恒重,粉碎得树脂粗产品,粗产品在去离子水中洗涤3次,过滤、烘干,粉碎后备用. 1.3吸附实验的测定配制不同浓度的MB溶液,通过pH=2的HCl溶液和pH=13的NaOH溶液混合调节溶液pH值为6.4,在装有50mL MB溶液的烧杯中投加一定量水凝胶,在室温下进行静态吸附,待吸附平衡后,取上清液1mL经适当稀释后测定吸光度,利用标准曲线法及式(1)、(2)计算吸附量(Q e,mg/g)和吸附率(E,%).0ee()C C VQm−= (1)式中:Q e为MB的平衡吸附量,mg/g;C0和C e分别为吸附前后MB溶液的浓度,mg/L;V为MB溶液的体积,L;m为树脂的质量,g;E为染料吸附率,%.把吸附平衡后的水凝胶放入0.05mol /L的盐酸解吸液里再生,解吸平衡后洗涤至中性,取出水凝胶干燥至恒重.用干凝胶再次吸附 MB溶液,重复吸附解吸5次,测定水凝胶的反复吸附性能.2结果与讨论2.1水凝胶样品表征2.1.1 FT I R分析从图1可以看出,GA中1630cm-1是C=O伸缩振动,1416, 1070cm-1是C—O弯曲振动,这些是GA的主要特征峰[17].ST中3673cm-1是Si—OH伸缩振动,1633, 1429cm-1是层间水的弯曲振动,986cm-1为Si—OH伸缩振动,1020cm-1是Si—O—Si伸缩振动.GA-g-PAMPS/AA/ST水凝胶图谱中,1653, 1460, 1410cm-1是C=O反对称和对称伸缩振动,1549cm-1是N—H弯曲振动,1198, 1042cm-1是S=O反对称和对称伸缩振动.在水凝胶谱图中,GA的C=O特征峰与AMPS的C=O特征峰重叠并移动到1653cm-1,说明GA和AMPS、AA之间发生了聚合反应.在水凝胶谱图中,ST的3673, 1633, 948cm-1的特征峰消失,这说明ST参与了接枝共聚反应[18].红外光谱分析显示各组分之间发生了接枝共聚反应.水凝胶对MB的吸附机理可以通过水凝胶吸附前后的红外光谱来研究.从图1可以看出,吸附后水凝胶的特征峰发生了轻微的变化.归属羟基的峰由3454cm-1右移至3471cm-1;归属于羧基中的羰基峰1653,1403cm-1分别移至1668,1412cm-1;磺酸基峰由4364中 国 环 境 科 学 40卷1042cm -1移至1036cm -1.表明水凝胶高分子链上的羟基、羧基和磺酸基团在吸附过程中起了关键作用,这些离子基团与阳离子MB 发生了静电作用.在GA -g -PAMPS/AA/ST -MB 中还可以看出,在1329cm -1出现了一个微弱的吸收峰,这是MB 上的C -N 伸缩振动,C —N 与—OH 能形成氢键[19].FTIR 谱图显示,水凝胶吸附剂与MB 染料分子之间存在静电作用和氢键作用.图1 GA, ST, GA -g -PAMPS/AA/ST 和GA -g -PAMPS/ AA/ST -MB 的红外光谱图 Fig.1 FTIR of GA,ST, GA -g -PAMPS/AA/ST and GA -g -PAMPS/AA/ST -MBa. GA;b. ST;c. GA -g -PAMPS/AA/ST;d. GA -g -PAMPS/AA/ST -MB2.1.2 XRD 分析 从图2中可以看出, 2θ为7.67°、9.86°、10.80°和29.34°是ST 特征峰,在水凝胶衍射峰曲线中ST 的这些特征衍射峰都基本消失,说明ST 参与了共聚反应,有机单体进入到ST 的层间,形成了剥离型三维网络复合高吸水凝胶[20].GA 在19.22°附近有一个较大的衍射峰,表明GA 是具有一定晶状结构的物质.GA 的特征峰在水凝胶的衍射峰曲线中消失,水凝胶变成了平缓而没有明显衍射峰的曲线,聚合物的结晶度大为降低.这是因为接枝聚合反应过程中,接枝反应破坏了GA 的结晶程度.XRD 结果表明ST 、GA 和有机单体通过接枝共聚反应产生了较强的相互作用,从而改变了原有组分的晶状结构.图2 ST, GA -g -PAMPS/AA/ST 和GA 的XRD 图 Fig.2 XRD of ST, GA -g -PAMPS/AA/ST 和GAa. ST;b. GA -g -PAMPS/AA/ST;c. GA图3 GA -g -PAMPS/AA/ST 的SEM 图 Fig.3 SEM of GA -g -PAMPS/AA/ST hydrogela. 冷冻干燥;b. 恒温干燥10期 徐继红等：GA -g -PAMPS/AA/ST 凝胶的制备及对亚甲基蓝吸附性能 43652.1.3 SEM 分析 从图3a 可以看出,水凝胶经冷冻干燥制备的水凝胶具有蜂窝状结构,网孔大小基本相等,孔径约10µm 左右,呈现出典型的三维网状多孔结构,其完整均匀的通道有利于染料分子的进入. SEM 图.从图3b 可以看出,恒温干燥所得水凝胶呈现褶皱式凹凸不平的表面结构,表面存在大小不一的沟壑、裂缝和孔洞.恒温干燥水凝胶由于水分蒸发造成网状结构不同程度的塌陷,而冷冻干燥水凝胶因为水分的直接升华使得它保留着良好的空隙结构.由SEM 图看出本实验成功制备了具有三维网状结构的胶基水凝胶.2.2 水凝胶吸附行为的研究2.2.1 水凝胶用量影响 在体积为50mL 、pH 值为6.4、浓度为600mg/L 的MB 溶液里加入不同用量的水凝胶,在室温下静态吸附平衡后,水凝胶对MB 的吸附结果见图4.由图4可以看出,随着水凝胶用量增加,水凝胶对MB 的吸附量快速下降,吸附率先快速升高后趋于恒定,当水凝胶从0.01g 投加到0.025g时,吸附量从1520mg/g 变化到1146mg/g,吸附率从52.8%增加到95.5%.随着水凝胶用量继续增加吸附率只有小幅度增大.这是因为随着水凝胶用量的增加,吸附位点数量增加,这有利于MB 的吸附,因而MB 的吸附率将提高,在单位质量水凝胶中吸附的MB 分子会降低.本实验从吸附量和吸附率两方面综合考虑,水凝胶的投加量选择0.025g.0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10水凝胶用量(g)Q e(m g /g )5060708090100E (%)图4 水凝胶用量对吸附量和吸附率的影响 Fig.4 Effect of dosage of hydrogel on the adsorptioncapacity and removal2.2.2 溶液pH 值影响 溶液pH 值不仅影响染料分子的结构,还影响吸附剂表面的电荷性质.从图5可以看出,pH 值在2~6时,吸附量快速的增大.当pH值为6~10时,吸附量慢慢趋于平缓,吸附量稳定在915mg/g.在不同pH 值溶液里,水凝胶吸附剂对MB 的吸附机理不同.吸附剂当pH<6时,水凝胶网络结构中—OH 、—COO -及—SO 3-易被质子化,形成的—OH 2+、—COOH 及—SO 3H,这些基团与MB 阳离子电荷之间相互排斥,静电排斥作用增大,吸附过程减弱;同时凝胶中各基团之间容易发生氢键作用,导致网络结构收缩,也会妨碍MB 分子的扩散.随着pH 值的增大,各基团质子化程度减弱,网络结构上负离子基团增多,MB 阳离子电荷与各基团之间静电引力增强,吸附逐渐增强,当pH>6,水凝胶几乎完全去质子化,MB 分子通过静电引力、氢键及离子交换等作用被吸附到水凝胶的吸附位点,吸附能力增强,故吸附量提高.这和FTIR 表征结果一致.246 8 103004005006007008009001000Q e(m g /L )pH 值图5 pH 值对吸附的影响Fig.5 Effect of pH value on the adsorption capaity2.2.3 溶液离子强度影响 实际处理的废水中都含有一定浓度的盐离子,离子强度是影响吸附剂吸附的重要因素.本文以常见的NaCl 溶液来研究离子强度对吸附过程的影响.不同浓度NaCl 中,水凝胶对吸附MB 的影响结果见图6.由图6可以看出,随着溶液离子强度的增加,水凝胶对MB 的吸附量先快速下降,而后下降趋势逐渐减小.这是因为加入NaCl 后,溶液中金属阳离子的屏蔽作用,降低了吸附剂与MB 分子之间的静电作用,所以离子强度在一定范围内增加时,吸附剂对MB 的吸附降低.当离子强度进一步增加,由于静电作用,在吸附表面可以形成双电层结构,溶液中的正负离子的增加,会中和一部分吸附位点,双电层被压缩,使得MB 分子容易接近水凝胶表面,相互吸附作用有所增强,导致吸附4366 中 国 环 境 科 学 40卷下降趋势降低[21].0.00 0.05 0.10 0.15 0.20500600 700 800 900 1000 1100 1200 Q e(m g /g )离子强度(mol/L)图6 离子强度对吸附量的影响Fig.6 Effect of ionic strength on the adsorption capacity2.2.4 吸附时间影响和吸附动力学 在MB 浓度分别为300,600mg/L,体积为50mL 的MB 溶液里投加0.025g 水凝胶,吸附时间对MB 吸附量影响见图7.0 100 200300 400Q e(m g /g )t (min)图7 吸附时间对吸附量的影响Fig.7 Effect of contact time on the adsorption capacity从图7可以看出,随着吸附时间延长,水凝胶吸附MB 的量增加,但吸附速率不相同.吸附初期吸附速率较大,而后吸附速率随时间延长逐渐减慢直至平衡.对于不同初始浓度来说,初始浓度高的溶液有更大的推动力,吸附量就更大.为研究吸附过程机理,本文采用准一级动力学和准二级动力学模型对图7实验数据进行处理.计算结果见表1.从表1可以看出,准二级动力学模型能准确地描述水凝胶对MB 的吸附过程,准二级动力学模型的拟合相关系数(R 2)分别大于准一级动力学模型.准二级动力学模型计算的两种浓度溶液中的理论平衡吸附量和实际测量值更为接近.这说明水凝胶对MB 的吸附行为符合准二级动力学模型所描述的规律.这是由于拟二级动力学模型包括了外部液膜扩散、表面吸附和颗粒内部扩散等吸附过程[22],同时也表明该吸附过程可能受化学吸附速率控制[23].表1 准一级和准二级动力学参数Table 1 Pseudo -first -order and pseudo -second -orderparameters for the adsorption准一级动力学 准二级动力学 C 0 Q e,exp,Q e,cal K 1 R 2Q e,calK 2R 2 3005164230.01980.965 556 6.62×0-50.998 6009647500.01440.992 1000 3.46×0-50.992注:C 0为MB 初始浓度,mg/L;Q e,exp 为实验平衡吸附量,mg/g,Q e,cal 为计算平衡吸附量,mg/g;K 1为准一级模型的吸附速率常数,min -1; K 2为准二级模型的吸附速率常数,g/(mg·min);R 2为拟合相关系数.2.2.5 MB 初始浓度影响和吸附等温线 MB 浓度、温度对吸附量的影响见图8.由图8可以看出,随着MB 初始浓度的增加,水凝胶对MB 的吸附量增加,浓度越大,吸附能力越强.这可能是因为染料浓度增加,增大了染料分子和水凝胶表面吸附位点的碰撞几率,吸附推动力增强,导致吸附量增加.同时从图8看出,随着温度增大,水凝胶对MB 的吸附量增大,这说明升高温度有利于吸附反应,可以推测水凝胶对MB 的吸附过程是一个吸热过程.吸附等温线是研究吸附过程的重要依据之一,常使用的等温吸附方程主要有Langmuir 、Freundlich 等温吸附方程. Langmuir 等温吸附方程可表述为[24]:e e e 00L1C C Q Q Q K =+ (3) Freundlich 等温吸附方程可表述为[24]:e F e 1lg lg lg Q K C n=+ (4) 式中:Q o 为吸附剂最大吸附量, mg/g; K L 为Langmuir 常数, L/mg; K F 为吸附能力常数, mg/g; n 为吸附剂的吸附强度; 其中n >1表示吸附易于发生,n <1表示吸附进行较慢.Langmuir 方程还可以通过式(5)的分离因子R L 常数来考察来判断吸附进行的程度.10期 徐继红等：GA -g -PAMPS/AA/ST 凝胶的制备及对亚甲基蓝吸附性能 4367L L 011R K C =+ (5) 式中:C 0为树脂最大初始浓度,mg/L;对于Langmuir 模型,当0<R L <1时,吸附易于发生; R L >1,吸附很难发生; R L =0,吸附不发生.0 50 100 150200 250 300350Q e(m g /L )C e (mg/L)图8 不同温度水凝胶吸附MB 的等温吸附曲线 Fig.8 Adsorption isotherms of MB on hydrogel at differenttemperatures0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300330C e/Q e (g /L )C e (mg/L) 1 2 3 4 5 65.76.0 6.3 6.6 6.97.2 7.5 l n Q eln C e图9 不同温度下吸附Langmuir 和Freundlich 等温方程拟合曲线Fig.9 Fitting curve of Langmuir adsorption isotherm and Freundlich adsorption isotherm for adsorption at differenttemperatures通过对图8数据进行拟合计算,计算结果见图9和表2.从图9和表2可以看出,各温度下的Langmuir和Freundlich 的相关系数都大于0.970,水凝胶对MB 吸附用两种模型都可以很好地描述, 但是吸附过程更符合Freundlich 等温方程, 说明水凝胶对MB 的吸附主要是不均匀表面上的多层吸附.从表2中还可以看出,在不同温度下的R L 值都在0.05~0.2之间,n 值都在1.88~2.5之间,说明无论用哪个吸附方程来描述,水凝胶对MB 的吸附都属于优惠吸附.K F 随着温度的升高而增大,进一步说明温度升高有利于吸附过程的进行,该吸附是个吸热过程[24].表2 Langmuir 和Freundlich 吸附等温线参数 Table 2 Langmuir and Freundl ich adsorption isothermparametersLangmuir Freundlich温度℃K 1(L/mg) R L R 2 K F (mg/g) n R 2 25 0.0087 0.190.994 27.97 1.8810.993 35 450.013 0.0370.130.060.987 0.97391.38 227.661.9202.4650.996 0.9872.2.6 吸附温度影响及吸附热力学 可以通过研究吸附热力学参数来研究吸附过程所能达到的程度,吸附过程的热力学参数主要包括自由能(∆G θ)、焓(∆H θ)和熵(∆S θ)等.这些热力学参数可由下式计算得到[25]:式中:Q e 为e 平衡浓度, mg/mL; K d 为平衡分配系数常数, L/g; T 是绝对温度, K; R 是理想气体常数.用式(6)、(7)、(8)计算对图8数据,热力学参数结果见表3.由表3可以看出,不同浓度下拟合曲线的R 2都大于0.98,说明实验计算的热力学参数结果都与实际过程相近,实验结果较为准确.不同浓度下计算的∆H θ均为正值,其数值小于40kJ/mol,说明水凝胶对MB 的吸附过程是个物理吸热过程.∆G θ均为负值, 25,35,45℃的平均值分别为-16.692, -16.913, -17.197kJ/mol,随着温度升高,其绝对值4368 中 国 环 境 科 学 40卷增大,说明MB 在水凝胶上的吸附过程是自发进行的,水凝胶和MB 之间存在相互吸引力,随着温度升高这种引力增强,这也是吸附易于进行的表现.∆S θ为正值表明水凝胶对MB 有较好的亲合性能,MB 分子从溶液被吸附到固态水凝胶表面是无序和随机进行[26],吸附后混乱度增加,吸附过程属自发的不可逆过程.表3 吸附热力学参数Table 3 Thermodynamic parameters for the adsorption∆G θ (kJ/mol) C 0 (mg/L) ∆H θ ∆S θ[kJ/(mol ⋅K)] (kJ/mol)25 35 ℃℃45℃R 2 200 300 400 600 800 10005.664 30.507 7.168 28.6766.807 31.881 9.413 26.397 10.538 24.270 13.179 16.778 -14.769 -15.735 -16.328 -17.300 -17.805 -18.215-15.051 -15.983 -16.609 -17.536 -17.979 -18.321-15.364-16.289-16.948-17.802-18.263-18.5150.9960.9920.9920.9980.9880.994均值 8.795 26.418 -16.692 -16.913 -17.1972.2.7 水凝胶对MB 的反复吸附性能 吸附剂重复利用对降低吸附剂的使用成本,减少二次污染具有很重要的实际应用意义.如图10所示,随着吸附-脱附次数增加,水凝胶对染料的吸附能力逐渐降低,在经过5次吸附-脱附循环之后,水凝胶对MB 的吸附量从1283mg/g 下降到874mg/g,这主要是经过多次反复吸附-脱附后,凝胶部分三维网络结构可能被破坏,同时有部分MB 在吸附位点没能完全解吸出来,减少了凝胶上的吸附点,从而导致凝胶吸附能力有所下降.图10表明,脱附后的凝胶重新吸附后对 MB 仍具有较高的平衡吸附量,表明凝胶具有较高的稳定性,能够多次回收使用.1 2 3 4 5200 400 600 800 1000 1200 Q e(m g /g )反复吸附次数图10 水凝胶对MB 反复吸附性能 Fig.10 Repeated adsorption of MB by hydrogels3 结论3.1 采用微波辐射技术,通过接枝共聚合成了GA -g -PAMPS/AA/ST 复合水凝胶.FTIR 、SEM 、XRD 显示合成的水凝胶是具有均匀的三维交联网状结构.3.2 吸附实验结果表明水凝胶对MB 具有较好的吸附效果.在体积为50mL 、pH 值为6.4和浓度为600mg/L 的MB 溶液里投加0.025g 水凝胶,吸附量和吸附率分别达1146mg/g 和95.5%.水凝胶对MB 的吸附受溶液pH 值、温度、MB 浓度及溶液离子强度影响.吸附行为可以用Freundlich 等温模型和准二级动力学方程来描述,吸附过程主要受物理吸附机理控制.在25, 35, 45℃下R L 值在0.05~0.2之间,n 值在1.88~2.5之间,说明水凝胶对MB 的吸附属于优惠吸附,同时吸附过程是个自发、吸热和不可逆的过程.水凝胶具有较好的重复利用性能.3.3 复合水凝胶可以作为阳离子染料及阳离子型污染物处理的潜在候选生物质吸附剂.参考文献：[1] Shelly, M unish A, Ashok K. Gum ghatti–chitosan polyelectrolytenanoparticles: Preparation and characterization [J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2013,61:411-415.[2] 施小宁,王爱勤.不同脱水方式对瓜尔胶基多孔复合高吸水凝胶溶胀性能的影响 [J]. 高分子材料科学与工程, 2015,31(10):87-91. Shi S N, Wang A Q. Effect of dehydrating methods on the swelling properties of the porous guar gum -based superabsorbent composite [J]. Polymer Materials Science & Engineering, 2015,31(10):87-91. [3] Hemant R B, Kalyani S, Amit A, et al. Synthesis and characterisationof poly(acryalamide) grafted carboxymethyl xanthangum copolymer [J]. International Journal of Biological M acromolecules, 2016,85: 361–369.[4] 翟茂林,哈鸿飞,吉井文男,等.k -型卡拉胶/聚乙烯吡咯烷酮共混水凝胶的辐射制备及性质研究 [J]. 高等学校化学学报, 2001,22(1): 139-142.Zhai M L, Ha H F,Yoshii F,et al. Studies on radiation preparation and characteristics of K -Carrageenan/PVP blend hydrogel [J]. Chemical Journal of Chinese Universities, 2001,22(1):139-142.[5] Bajpai S K, Jadaun M , Tiwari S. Synthesis, characterization andantimicrobial applications of zinc oxide nanoparticles loaded gum acacia/poly (SA) hydrogels [J]. Carbohydrate Polymers, 2016,153: 60–65.[6] Yu M H, Song A X, Xu G X, et al. 3D welan gum–graphene oxidecomposite hydrogels with efficient dye adsorption capacity [J]. RSC Advances, 2015,92:75589–75599.[7] Edwin M , Sadanand P, James R. M icrowave assisted synthesis of10期徐继红等：GA-g-PAMPS/AA/ST凝胶的制备及对亚甲基蓝吸附性能 4369xanthan gum-cl-poly (acrylic acid) based-reduced graphene oxide hydrogel composite for adsorption of methylene blue and methyl violet from aqueous solution [J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2018,119:255-269.[8] 殷晓春,吴建军,赵翊,等.高分子改性黄原胶/羟基磷灰石复合水凝胶的制备及其吸附金属离子性能 [J]. 环境科学学报, 2017,37(2): 633-641.Yin X C, Wu J J, Zhao Y, et al. Preparation of polymer modified xanthan gum/hydroxyapatite composite hydrogel and its absorption for metal ions [J] Acta Scientiae Circumstantiae, 2017,37(2):633-641. [9] 刘巍,朱晓莲,张丽青.改性菌糠对水中亚甲基蓝的吸附 [J]. 天津工业大学学报, 2017,36(6):39-44.Liu W, Zhu X L, Zhang L Q. Adsorption of methylene blue by modified mushroom bran [J]. Journal of Tianjin Polytechnic University, 2017,36(6):39-44.[10] 郭俊元,甘鹏飞,陈诚,等.磁性壳聚糖的制备及处理亚甲基蓝废水[J]. 中国环境科学, 2019,39(6):2422-2430.Guo J Y, Gan P F, Chen C, et al. Preparation of magnetic chitosan and its application in the treatment of methylene blue wastewater [J].China Environmental Science, 2019,39(6):2422-2430.[11] Duan M, Ma J C, Fang S W. Synthesis of hydrazine-grafted guar gummaterial for the highly effective removal of organic dyes [J].Carbohydrate Polymers, 2019,211(4):308-314.[12] Priti R, Gautam S, Sumit M, et al. M icrowave assisted synthesis ofpolyacrylamide grafted gum ghatti and its application as flocculant [J].Carbohydrate Polymers, 2012,89:275-281.[13] 李志刚,张艺璇,张青松,等.半互穿海藻酸钠/聚丙烯酰胺凝胶吸附结晶紫动力学/热力学行为和吸/脱附机理 [J]. 高等学校化学学报, 2017,38(11):2118-2127.Li Z G, Zhang Y X, Zhang Q S, et al. Adsorption kinetics/ thermodynamic behavior and adsorption/desorption mechanism of crysal violet by semi-interpenetrating sodium alginate/polyacrylamide hydrogel [J]. Chemical Jouranal of Chinese Universities, 2017,38(11): 2118-2127.[14] Gaurav S, Amit K, Naushad M. Fabrication and characterization ofGum arabic-cl-poly(acrylamide) nanohydrogel for effffective adsorption of crystal violet dye [J]. Carbohydrate Polymers, 2018,202: 444-453.[15] Singh V, Ahmed S. Silver nanoparticle (AgNPs) doped gum acacia-gelatin silica nanohybrid: An efiective support for diastase immobilizations [J]. International Journal of Biological M acromolecule, 2012,50:353–361.[16] 陈妮娜,邱玮玮.壳聚糖-阿拉伯胶改性聚合物膜的制备及电生成巯基乙酸 [J]. 精细化工, 2018,35(2):291-356.Chen N, Qiu W W. Preparation of modified chitosan-acacia polymer membrane and its application in electro-generation of thioglycolic acid [J]. Fine Chemicals, 2018,35(2):291-356.[17] Palapparambil S G, Debajyoti R, Prafulla K S. Designing of silvernanoparticles in gum arabic based semi-IPN hydrogel [J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2010,46:237-244.[18] Wang Y Z, Shi X N, Wang W B, et al. Synthesis, characterization, andswelling behaviors of a pH-responsive CMC-g-poly(AA-co-AMPS) superabsorbent hydrogel [J]. Turkish Journal of Chemistry, 2013,37(1): 149-159.[19] 曾伟.改性氧化石墨烯材料制备及其对水中亚甲基蓝染料的吸附性能研究 [D]. 长沙:湖南大学, 2017.Zeng W. M odified grapheme oxide material preparation and its adsorption properties of methylene blue in waster water [D]. Changsha: Hunan University, 2017.[20] 甘颖,徐继红,陶俊,等.阿拉伯胶基高吸水树脂的合成与吸水性能 [J]. 精细化工, 2017,34(9):982-989.Gan Y, Xu J H, Tao J, et al. Synthesis and swelling characteristics of gum arabic-based superabsorbent resin [J]. Fine Chemicals, 2017, 34(9):982-989.[21] 刘亚纳,周鸣,汤红妍,等.亚甲基蓝在污泥活性炭上的吸附 [J]. 环境工程学报, 2012,6(7):2339-2344.Liu Y N, Zhou M, Tang H Y, et al. Absorption of methylene blue on sludge activated carbon [J].Chinese Journal of Environmental Engineering, 2012,6(7):2339-2344.[22] 曾红杰,余静,王盈盈.磁性吸附剂MZFS吸附偶氮染料中性红的性能及机理 [J]. 中国环境科学, 2019,39(9):3814-3823.Zeng H J, Yu J, Wang Y Y. The performance and mechanism of adsorption azo dye neural red from aqueous solution using magnetic adsorbent MZFS [J]. China Environmental Science, 2019,39(9):3814- 3823.[23] Song X T, Niu Y Z, Qiu Z M, et al. Adsorption of Hg(II) and Ag(I)from fuel ethanol by silica gel supported sulfur-containing PAM AMdendrimers: kinetics, equilibrium and thermodynamics [J]. Fuel, 2017,206:80–88.[24] 于年吉,王海玲,朱兆连,等.海藻酸钠包埋凹凸棒土颗粒吸附剂的制备及其对单宁酸的吸附 [J]. 环境工程学报, 2015,9(10):4759-4765.Yu N J, Wang H L, Zhu Z L, et al. Preparation of alginate entrapped attapulgite adsorbent particles and its adsorption to tannic acid [J].Chinese Journal of Environmental Engineering, 2015,9(10):4759- 4765.[25] 宋应华,龚利云.酸甲醛改性花生壳吸附Pb2+的动力学和热力学研究[J]. 环境科学与技术, 2011,34(8):57-60.Song Y H, Gong L Y. Kinetics and thermdynamics for Pb2+ adsorption by acidic formaldehyde modified peanut hull [J]. Environmental Science & Technology, 2011,34(8):57-60.[26] Al-Rashed S M, Al-Gaid A A. Kinetics and thermodynamic studies onthe adsorption behavior of rhodamine B dye on duolite C-20resin [J].Journal of Saudi Chemical society, 2012,16(2):209-215.作者简介：徐继红(1968-),女,新疆新源人,副教授,硕士,主要研究方向为功能材料.发表论文30余篇.。

山　东　化　工 收稿日期：２０２０－０３－０６基金项目：西安工程大学大学生创新创业训练项目（２０１９１０７０９０１０）；国家自然科学基金项目（２１５７３１７１）；国家自然科学基金项目（８１３０２７０６）；一种针对燕龛煤矿矿井水的深度处理工艺（项目编号：２０１９ＫＪ－０６０）作者简介：穆瑞花（１９８２—），女，山西阳泉人，博士，讲师，研究方向为材料化学。

Ｐ（ＡＭ－ＡＡＮａ）水凝胶在染料污水处理中的应用研究穆瑞花，齐　震，韩　娜，陈启荣，赵天赋，卢琪琪（西安工程大学环境与化学工程学院，陕西西安　７１００４８）摘要：水凝胶作为一种新型的高分子吸附材料，在染料废水的处理方面有着广泛的应用。

为了研究水凝胶对不同染料的选择性吸附性能，将实验室制备的Ｐ（ＡＭ－ＡＡＮａ）水凝胶用于对碱性藏花红（ＳＴ）、亚甲基蓝（ＭＢ）、孔雀石绿（ＭＧ）及结晶紫（ＣＶ）四种染料废水的吸附实验中，对比水凝胶对不同染料的吸附性能，并利用ＳＥＭ对照水凝胶在吸附染料前后的形貌。

实验结果表明，Ｐ（ＡＭ－ＡＡＮａ）水凝胶对ＭＢ的吸附效果最佳，然后依次为ＣＶ、ＭＧ和ＳＴ，Ｐ（ＡＭ－ＡＡＮａ）水凝胶对ＳＴ、ＭＢ、ＭＧ及ＣＶ的吸附率分别为２．６％、１６．２％、７．９％以及１２．０％。

所制备的水凝胶对不同染料存在差异性吸附，这一结论可以为研制染料专属吸附剂提供一定的研发思路和参考价值。

关键词：水凝胶；吸附性能；污水处理中图分类号：ＴＱ４２４．３；Ｘ７０３．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０２０）１３－０００４－０３ＴｈｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＰ（ＡＭ－ＡＡＮａ）ＨｙｄｒｏｇｅｌｉｎＤｙｅｓｅｗａｇｅＴｒｅａｔｍｅｎｔＭｕＲｕｉｈｕａ，ＱｉＺｈｅｎ，ＨａｎＮａ，ＣｈｅｎＱｉｒｏｎｇ，ＺｈａｏＴｉａｎｆｕ，ＬｕＱｉｑｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ　７１００４８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓａｎｅｗｐｏｌｙｍｅｒａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌ，ｈｙｄｒｏｇｅｌｈａｓａｗｉｄｅｒａｎｇｅｏｆａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｄｙｅｓｅｗａｇｅｔｒｅａｔｍｅｎｔａｒｅａｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｖｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｈｙｄｒｏｇｅｌｓｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｙｅｓ，ａｋｉｎｄｏｆｈｙｄｒｏｇｅｌｎａｍｅｄａｓＰ（ＡＭ－ＡＡＮａ）ｗｈｉｃｈｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄｉｎｏｕｒｌａｂｏｒａｔｏｒｙｐｒｅｖｉｏｕｓｌｙｗａｓｕｓｅｄｉｎｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆｆｏｕｒｋｉｎｄｓｏｆｄｙｅｗａｓｔｅｗａｔｅｒｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｓａｆｒａｎｉｎｅＴ（ＳＴ），ｍｅｔｈｙｌｅｎｅｂｌｕｅ（ＭＢ），ｍａｌａｃｈｉｔｅｇｒｅｅｎ（ＭＧ）ａｎｄｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｐｕｒｐｌｅ（ＣＶ）．Ｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｈｙｄｒｏｇｅｌｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｙｅｓｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｈｙｄｒｏｇｅｌｓｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｄｙｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｗａｓｃｏｍｐａｒｅｄｂｙＳＥＭ．ＴｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆＰ（ＡＭ－ＡＡＮａ）ｈｙｄｒｏｇｅｌｔｏＭＢｗａｓｔｈｅｂｅｓｔ，ｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙＣＶ，ＭＧａｎｄＳＴ．ＴｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｒａｔｅｓｏｆＳＴ，ＭＢ，ＭＧａｎｄＣＶｏｎｈｙｄｒｏｇｅｌｗｅｒｅ２．６％，１６．２％，７．９％ａｎｄ１２．０％ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｈｙｄｒｏｇｅｌｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｔｈｉｓｓｔｕｄｙｈａｓｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｙｅｓ．Ｔｈｉｓｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｃｅｒｔａｉｎｒｅｓｅａｒｃｈｉｄｅａｓａｎｄｒｅｆｅｒｅｎｃｅｖａｌｕｅｆｏｒｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｄｙｅｅｘｃｌｕｓｉｖｅａｄｓｏｒｂｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｒｏｇｅｌ；ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｓｅｗａｇｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ 随着染料新品种的不断出现，纺织品印染废水量也在不断增大。

P(MAA-co-MMA)水凝胶的合成及其pH响应性张紫菱;杨珊;王琳【摘要】The poly(methacrylic acid-co-methyl methacrylate)[P(MAA-co-MMA)]hydrogels were synthesized by solution polymerization with methacrylic acid (MAA ) and methyl methacrylate (MMA)as monomers,N,N-methylenebis acrylamide (BIS)as crosslinking agent,and azobisisobuty-ronitrile (AIBN)as initiator.The pH sensitivity of the copolymerized hydrogels at different pH solu-tions was investigated.The results showed that,the hydrogel with 5mol% MMA in feed ratio was in high elastic state below 220 ℃,and the freeze-dried hydrogels had good pH sensitivity,i.e.,the equilib-rium swelling ratio increased with the buffer solution pH increase.%以甲基丙烯酸(MAA)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)为单体、N,N-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)为交联剂、偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,用溶液聚合制得P(MAA-co-MMA)水凝胶,研究不同pH缓冲液中该凝胶的响应性.结果表明,x(MMA)=5%投料量的P(MAA-co-MMA)凝胶在220℃以下处于高弹态,冻干处理的凝胶具有良好的pH响应性,即随着环境pH的增大,凝胶的平衡溶胀比也增大.【期刊名称】《化工科技》【年(卷),期】2017(025)002【总页数】4页(P35-38)【关键词】水凝胶;聚(甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯);pH响应性【作者】张紫菱;杨珊;王琳【作者单位】渭南师范学院化学与材料学院军民两用材料重点实验室,陕西渭南714099;渭南师范学院化学与材料学院军民两用材料重点实验室,陕西渭南714099;渭南师范学院化学与材料学院军民两用材料重点实验室,陕西渭南714099【正文语种】中文【中图分类】O648.17;TQ325.7水凝胶是水作为分散介质的凝胶，具有交联网状结构。

广东化工2019年第1期第46卷总第387期• 66 •明胶水凝胶对染料的吸附作用研究刘胤哲（北京市京源学校，北京100043）［摘要］本文通过明胶（Gelatin, GEL ）配制形成的水溶液，制备了 GEL 水凝胶，测定了其对染料的吸附性能，以及明胶交联 对阴离子染料的吸附性能，进而用紫外光谱表征了 GEL 水凝胶的吸附性能，结果表明，GEL 水凝胶对两性染料具有良好的吸 附效果且交联过后的明胶吸附性能显著提高.［关键词］明胶；吸附；阴离子染料冲图分类号］TQ［文献标识码［A ［文章编号］1007-1865（2019）01 -0066-02Study on Adsorption of Dyes by Gelatin HydrogelLiu Yinzhe(Beijing Jingyuan School, Beijing 100043, China)Abstract: GEL hydrogels were prepared by gelatin (GEL) configuration of aqueous solution. The adsorption properties of dyes and the adsorption properties of gelatin crosslinks on anionic dyes were determined. The UV spectra were used to characterize the adsorption performance ofGEL hydrogels.The results show that GEL hydrogel has a good adsorption effect on amphoteric dyes and the gelatin adsorption performance after cross-linking is significantly improved.Keywords: gelatin ； adsorption ； anionic dye近年来，中国的染料化工行业得到了迅猛发展。

壳聚糖-DMDAAC-AM辐射接枝水凝胶的吸水性能研究王晓慧，李向辉，吕晓华，黎振华，遆永周（河南省科学院同位素研究所有限责任公司，郑州450052）摘要：以壳聚糖，丙烯酰胺（AM）、二甲基二烯丙基氯化铵（DMDACC）为原料，N，N-亚甲基双丙烯酰胺为交联，采用γ射线辐照法制备了壳聚糖-D MD A AC-A M水凝胶 . 考察了壳聚糖-DM D AA C-AM水凝胶在蒸馏水、酸、碱溶液和0.9%NaCl 溶液中的吸水性能 . 结果表明，随着时间的延长，壳聚糖-D MD A AC-A M水凝胶的吸水率均增加；在酸性环境中，凝胶吸水率随pH增大而增大；在碱性环境中，凝胶吸水率随pH增大而减小；当凝胶达到吸附平衡后，凝胶在蒸馏水、酸溶液、0.9%Na Cl 溶液、碱溶液中的吸水率依次减小 . 关键词：壳聚糖；AM；DMDAAC；水凝胶；吸水率中图分类号：O 636.1文献标识码：AThe Swelling Behavior of Chitosan-DMDAAC-AM HydrogelWang Xiaohui，Li Xianghui，Lv Xiaohua，Li Zhenhua，Ti Yongzhou（Isotope Research I nstitute，Henan Academy of Sciences，Zhengzhou 450052，China）Abstract：Chitosan-DMDAA C-AM hydrogel was prepared by γ-ray irradiation with Chitosan，acrylamid e（A M），diallyl dimethyl ammonium chloride（DMDAAC）as raw material，N，N-methylene-bis-acrylamide as crosslinking agent. The swelling behaviors in distilled water，acids solution，bases solution，0.9%NaCl solution were studied. The results showed that the water adsorption of chitosan-DMDAA C-AM hydrogel increased as the time prolonging；the water adsorption of hydrogel in acids solution increased with the increasing pH；the water adsorption of hydrogel in bases solution decreased with the increasing pH；when the hydrogel reached equilibrium，the absorbencies capacity in distilled water，acids solution，0.9%NaCl solution，bases solution reduced in turn.Key words：chitosan；A M；DMDAAC；hydrogel；absorption水凝胶是一种在水中溶胀并保持大量水分而又不溶解的交联聚合物. 水凝胶以其含水量高，柔软，具有良好的黏稠性和生物相容性广泛地应用于农业、工业、日用品、化妆品、石油化工、生物医学和环境保护等领域［1-3］.壳聚糖是一种亲水性天然高分子，具有来源广泛、价格低廉，对环境无污染等优点，且具有良好的生物兼容性和生物降解性，是制备水凝胶的理想材料. 但壳聚糖水凝胶对环境敏感性不强，且力学强度较差、性能不稳定、在水中的溶胀度也不大，实际应用范围受限［4-6］.目前有关壳聚糖接枝改性的报道较常见，如壳聚糖接枝丙烯酰胺（AM）、二甲基二烯丙基氯化铵（DMDACC）等［7-10］，但这些研究大多数采用化学引发法. 本文采用辐射法，以壳聚糖、A M 和DMDAAC为原料，N，N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）为交联剂制备了壳聚糖-DMDAA C-A M水凝胶. 在前期研究的基础上，对壳聚糖-DMDA AC-A M水凝胶在蒸馏水、酸、碱和无机盐水溶液中的吸水性能进行探讨，为壳聚糖接枝改收稿日期：2014-07-23作者简介：王晓慧（1982-），女，河南郑州人，助理研究员，博士，主要从事辐射化工方面的研究.- 2225 -2014 年11 月 王晓慧，等：壳聚糖-D MD A A C-A M 辐射接枝水凝胶的吸水性能研究性水凝胶的应用提供一些理论依据 .1 实验部分1.1 实验原料壳聚糖（脱乙酰度大于 95%）、N ，N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA ）、丙烯酰胺（AM ）、二甲基二烯丙基氯化铵（DMDA CC ）、冰醋酸、无水乙醇、盐酸、氢氧化钠 . 以上原料均为分析纯 . 1.2 壳聚糖-DMDAAC-AM 水凝胶的制备称取一定质量的壳聚糖于三角瓶内，用体积分数为 2%的醋酸溶液溶解，待壳聚糖完全溶解后，依次加入 一定量的丙烯酰胺（A M ）、二甲基二烯丙基氯化铵（DMDACC ）和 N ，N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA ），将其混合均匀，盖上塞子 . 对该混合体系通氮气数分钟，然后置于 60Co 辐射场中辐照一定的时间，得到壳聚糖- DMDAA C-A M 水凝胶 . 将辐照好的接枝物样品取出，并用无水乙醇充分洗涤，最后将洗净后的样品切成10 mm×5 mm×2 mm 大小，烘干备用 . 1.3 吸水性能测定采用重量分析法测试样品的吸水率 . 取干凝胶颗粒放入烧杯中，加入大量蒸馏水，间隔一定时间后取出 样品，快速用滤纸擦去表面水，称量凝胶质量，直到凝胶恒重达到吸水平衡，t 时刻凝胶的吸水率按下式计算：Q t =（M t -M ）/M ，其中：M 为干凝胶质量，g ；M t 为t 时刻凝胶质量，g ；Q t 为t 时刻凝胶的吸水率，g/g .配制不同 pH 值的溶液（用盐酸和氢氧化钠溶液调节 pH 值）和浓度为 0.9 mol/L 的 NaCl 溶液，然后按上述 方法将蒸馏水分别换成不同pH 值的溶液和0.9%NaCl 溶液，就可以测定干凝胶颗粒在pH 值溶液和0.9%NaCl 溶液中的吸水性能 .2 结果与讨论2.1 壳聚糖-DMDAAC-AM 水凝胶在不同 pH 值溶液中的吸水性能壳聚糖-DMDAA C-A M 水凝胶在不同 pH 值溶液中的吸水率随吸水时间变化曲线如图 1 所示 . 由图 1 可 知，无论是在酸性还是碱性条件下，随着时间的延长，壳聚糖-DMDAA C-A M 水凝胶的吸水率均增加 . 同时 可以看出，开始阶段吸水率增加较快，当达到一定时间以后吸水率增加趋缓 . 2 小时之内吸水率能达到 400%以上；在pH=5 时，凝胶的吸水率最大，2 小时之内吸水率达到800% . pH 值对壳聚糖-DMDAA C-A M 水凝胶吸水性能的影响如图 2 所示 . 可以看出，在 pH 为 1~5 时，壳聚糖- DMDAA C-A M 水凝胶的吸水率随 pH 增大而增大；在 pH 为 8~11 时，壳聚糖-DMDAA C-A M 水凝胶的吸水率 随pH 增大而减小. 这是因为在强酸或强碱环境中离子强度大，电解质效应更大，凝胶体积收缩，从而导致溶胀度下降，吸水率降低；而在弱酸或弱碱环境中离子强度降低，凝胶体积膨胀，使得溶胀度增加，吸水率增大.800 700600 500 400 300 200 1000时间/min图 1 壳聚糖-DMDAAC-AM 水凝胶在不同 p H 值溶液中的吸水曲线Fig.1 The water absorption curves of hydrogel at the solution with di f ferent pH values吸水率/%- 2226 - 河 南 科 学第32 卷 第11 期2.2 壳聚糖-DMDAAC-AM 水凝胶在 0.9%NaCl 溶液中的吸水性能壳聚糖-DMDAAC-AM 水凝胶在 0.9%NaCl 溶液中的吸水性能如图 3 和图 4 所示 . NaCl 溶液中，凝胶的初始吸水速率很快，半小时 之后有所减慢，两小时之内吸水率达到 240% . 从图 3 中可知，在0.9%2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600400将在 0.9%NaCl 溶液中的吸水性能与在不同 pH值溶液中的吸水性能作比对，结果如图 4 所示 . 可以看出，凝胶达到吸附平衡后，其平衡吸水率 在酸溶液中最大，为 1467 g/g ；0.9%NaCl 溶液中 次之，为 671 g/g ；在碱溶液最小，为 437 g/g . 这是 因为在酸性溶液中，离子强度较低，分子链间相 互排斥，易于伸展，凝胶表现出较高的溶胀性能； 0.9%NaCl 溶液中的 Na +、Cl -对壳聚糖分子链上的 氨基离子有屏蔽作用，凝胶溶胀度有所降低；碱 性溶液中的 OH -使凝胶自身伸展受到限制，所以 溶胀度较低，表现为吸水率降低 .0 2 4 6 pH8 10 12图 2 Fig.2 pH 值对壳聚糖-DMDAAC-AM 水凝胶吸水性能的影响Effect of pH on swelling ratio of Chitos an-DM D AAC-AM hydrogel240 200 160 120 80 40 0204060时间/min80 100120图 3 壳聚糖-DMDAAC-AM 水凝胶在 0.9%N aCl 溶液中的吸水曲线Fig.3 The water absorption curve of Chitosan-D MD AAC-AM hydrogel at the 0.9%NaCl solution0NaClpH=1pH=5pH=11图 4 壳聚糖-DMDAAC-AM 水凝胶在 0.9%N aCl 和不同 pH 值溶液中的对比吸水曲线Fig.4 The water absorption curves of hydrogel at the 0.9%NaCl solution and different pH values2.3 凝胶在蒸馏水中的吸水性能壳聚糖-DMDA AC-A M 水凝胶在蒸馏水中的吸水性能如图 5 和图 6 所示 . 从图 5 中可知，在蒸馏水中，凝吸水率/%吸水率/%吸水率/%- 2227 -2014年11月王晓慧，等：壳聚糖-D MD A A C-A M 辐射接枝水凝胶的吸水性能研究胶的吸水速率很快，两小时之内吸水率几乎达到500%. 与在0.9%NaCl 溶液中和不同pH值溶液中的吸水性能作比对，结果如图6所示. 可以看出，达到吸水平衡时，凝胶在蒸馏水中的吸水率最高，为1900 g/g . 这是由于斥力的存在，壳聚糖凝胶中带有正离子的壳聚糖高分子链在蒸馏水中呈伸展状态，因此，凝胶能吸收大量的水分.5004003002001002040 60时间/min80100蒸馏水NaCl pH=1 pH=11图5壳聚糖-DMDAAC-AM 水凝胶在蒸馏水中的吸水曲线图6壳聚糖-DMDAAC-AM 水凝胶在不同溶剂中的吸水曲线Fig.5The water absorption curves of Chitosan-DMD AAC-AMhydrogel at the distilled waterFig.6 The water absorption curves of Chitosan-DMD AAC-AMhydrogel at the different solvent3 结论本文得出如下结论：1）随着时间的延长，壳聚糖-DMDAA C-A M 水凝胶的吸水率均增加；2）在pH为1~5时，壳聚糖-DMDAA C-A M水凝胶的吸水率随pH增大而增大；在pH为8~11时，壳聚糖- DMDAA C-A M水凝胶的吸水率随pH 增大而减小；3）凝胶达到吸附平衡后，其吸水率在酸溶液中最大，0.9%NaCl 溶液中次之，在碱溶液最小；4）相比于在盐溶液或酸碱溶液中的平衡吸水率，凝胶在蒸馏水中的吸水率最高，平衡吸水率可高达1900 g/g.参考文献：［1］金淑萍，柳明珠，陈世兰. 智能高分子及水凝胶的响应性及其应用［J］.物理化学学报，2007，23（3）：438-446.［2］翟茂林，哈鸿飞.水凝胶的合成、性质及应用［J］.大学化学，2001，16（5）：22-27.［3］李志军，王振武，宋宏立. 智能水凝胶的研究进展［J］.化学工业与工程技术，2006，27（1）：6-9.［4］江磊，林宝凤，梁兴泉. 壳聚糖及其衍生物水凝胶的研究进展［J］.化学通报，2007（1）：47-51.［5］舒静，李小静，赵大飙. 壳聚糖智能水凝胶研究进展［J］.中国塑料，2010，24（9）：6-10.［6］黄春兰，方波. 壳聚糖凝胶体系研究进展及其展望［J］.食品研究与开发，2006，27（3）：187-190.［7］张立彦，李作为，黎梅兰. 丙烯酸接枝壳聚糖水凝胶的制备及其pH敏感性［J］.化工进展，2008，27（4）：585-590.［8］王峰，李义久，倪亚明. 丙烯酰胺接枝共聚壳聚糖絮凝剂的合成及絮凝性能研究［J］.工业水处理，2003（23）：45-47.［9］金海琴，张玉红，董勤政. 壳聚糖接枝丙烯酸/丙烯酰胺水凝胶的制备及性能［J］.高分子材料科学与工程，2009，25（11）：129-132.［10］程建华，胡勇有，李泗清. 壳聚糖接枝聚季铵盐的合成及调理性能［J］.精细化工，2005，2（22）：130-132.（编辑郑壮丽）吸水率/%吸水率/%。

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31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.266662007年7月17日在Wiley InterScience的（）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。