水凝胶在环境整治的用途

徐宁等［2］用聚(丙烯酸/丙烯酰胺)水凝胶对碱性藏花红染液的吸附，通过固定DCL，用不同摩尔比的AAc/AAm在氮气的保护和不断搅拌下，以一定量的过硫酸铵作引发剂，于水溶液中制备水凝胶，同时研究了吸附和水凝胶经解吸后的再吸附性质。张弛等［3］以海藻酸钠、多壁碳纳米管为主要原料，通过溶胶-凝胶法制备复合水凝胶球，研究了微球对次甲基蓝溶液的吸附脱色效果。结果表明，当海藻酸钠溶液的加入量为2%，多壁碳纳米管的含量0．15%时，120h后微球对次甲基蓝的吸附率可达83．46%。

1阴离子染料的吸附去除

梁蕊等［4］研究了以埃洛石、丙烯酸、丙烯酰胺和聚乙烯醇为原料，制备半互穿的水凝胶聚合物来吸附阳离子染料，利用正交实验探索了材料的粒径、pH以及离子强度等因素对吸附亚甲基蓝性能的影响，发现该水凝胶在20℃的条件下，对亚甲基蓝的最大吸附量能达到1．767g/g。俞洁等［5］以丙烯酸和硅藻土为原料，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，在水溶液中利用辉光放电电解等离子体引发，一步制得硅藻土/丙烯酸复合水凝胶，并研究该水凝胶对孔雀石绿的吸附。在pH=5．6左右吸附量达到最大，为1108．6mg/g。

1．1中性染料的吸附去除魏佳［6］以丙烯酸为阴离子单体，聚二甲基二烯丙基氯化铵作为阴离子聚合物，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，过硫酸铵为引发剂，制备半互穿型两性吸水树脂，考察了对中性红染料的吸附动力行为，同时对该水溶胶的可逆性进行了研究。华登峰［7］以脱乙酰度为70的壳聚糖(CTS)、硫酸铝和聚铝(PAC)作为絮凝剂，对中性染料的印染废水絮凝脱色进行了处理条件的优化，对试验结果作了对比分析。结果表明，壳聚糖与硫酸铝、聚铝的絮凝效果近似，但用量要少得多，而且壳聚糖为天然高分子絮凝剂，无毒、易降解、对环境无污染。

1．2吸附重金属随着工业的发展，重金属污染问题日益凸显，寻找高效经济地治理污染的方法和材料已经成为备受关注的话题。水凝胶作为低成本、环境友好型的吸附材料逐渐受到环保工作者们的重视。李云龙等［8］以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和丙烯酸为原料，制备P(AMPS-co-AA)大孔吸附水凝胶，考察了对Fe3+的吸附性能，其中对Fe3+的吸附容量以及脱除率可达到4．2mmol/L和90．5%，经过多次反复吸附的水凝胶，对Fe3+仍然有较好的选择性能和重复利用性能。曹卫星等［9］则用壳聚糖来吸附Cu2+、Pb2+、Cd2+。pH=8，吸附Cd2+溶液用量为10g/L，时间1min;pH=6，吸附Pb2+用量为10g/L，吸附时间60min;pH=5，吸附Cu2+用量为10g/L，吸附时间1min。李娜［10］研究了敏感水凝胶用于重金属离子的吸附，以丙烯酰胺为单体，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，聚乙二醇-6000为致孔剂，采用热交联聚合的方法，制备出大孔结构的聚丙烯酰胺凝胶，对Cu2+有选择性吸附作用。冯宇杰［11］研究新型螯合树脂的制备及其在重金属去除与检测中的应用:以氯甲基化聚苯乙烯为母体，引入N、N—S、N—S—O型杂环配体，制出了4种新型螯合树脂，重点考察了这4种树脂对Hg2+的吸附。

1．3氯酚类物质的吸附去除氯酚类物质主要源于杀虫剂、除草剂、木材防腐剂以及废水的排放(炼油、烧焦、染料)，该类物质可以通过食物链在生物圈中积累，大大地增加了其危害性，对环境以及生物造成了巨大的威胁，因此氯酚类物质已经被我国、欧盟以及美国等国家列为优先控制污染物。辛梅华等［12］采用反相悬浮法制备交联壳聚糖微球，再与庚醛反应，生成Schiff碱，最后用NaBH4还原，制得N-烷基化改性壳聚糖微球，用于2，4-二氯酚的研究。结果表明，在pH=6的条件下，3h吸附量达到492mg/g，同时具有良好的重复使用性能。孟冠华等［13］合成了乙酰氯修饰树脂NDA-O，与Purolite公司的MN-200相比，NDA-O对2-氯酚、4-氯酚和2，4-二氯酚这3种氯酚类物质的吸附能力优于MN-200，并且2种树脂对氯酚类物质的吸附量随着温度的升高而减少，进一步研究了pH对吸附的影响，在pH＞9时，3种氯酚类物质的吸附量均下降。

1．4土壤的修复改良我国干旱、半干旱地区约占国土面积的51%，水土流失严重，并且土地荒漠化面积以2460km2/a的速度发展，干旱地区植树成活率仅为10%～30%，半干旱地区为30%～50%，而水凝胶对促进农业发展，改善生态环境发挥着重大作用。谢建军等［14］探究了聚(丙烯酰胺-马来酸酐)、聚(丙烯酸-丙烯酸铵)、聚(丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸)、聚(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸-马来酸酐)等体系的恒温保水性能，表明水凝胶能提高砂土的饱和含水量，可对砂土进行有效改良。植物学教授、国际沙漠化研究科学小组带头人范•考特海姆发明“调节剂改良土壤”，即一种浸满水凝胶同时加入有机物介质的20～30cm(8～12")厚的土壤层。该种土壤不仅能吸收水分、圈住水分，还把水分向植物根系缓慢地释放，这种水分供应可以让如沙漠之类的脆弱土壤得到改良，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，从而有效地修复土质，埃及正在推进一项利用该技术绿化沙漠的宏大工程［15］。

1．5空气净化传统的空气清洁器(如活性炭过滤器)当收集到空气中的粒子到一定程度后，清洁器的运行会受到阻碍。美国佐治亚研究所开发一种水凝胶空气清洁器，利用水凝胶的吸附特性来代替过去使用的过滤器，该种清洁器不会出现将污染物散发到空气中而造成对环境的二次污染。V•A•G•威廉姆斯、C•M•施通普夫［16］发明了一种新型凝胶空气清新剂，即一种基本刚性的、透明凝胶基质空气清新剂制品，以水、表面活性剂、透明胶基质材料和与系统相容的空气清新香精组合，使用时将水、香精缓释到周围环境中，从而达到净化空气的目的。

1．6其他将溶胀比大、保水性能好的pH敏感性的交联聚丙烯酸盐水凝胶与植物营养液按一定比例复配成的具有肥料作用又有保水性，同时使得水分和营养物质缓慢释放的肥料(SRUFWPSM)［17］在农业方面的应用已经有了一定规模，仅在甘肃省，在农业方面的推广约3×108m2，树木成活率平均提高25%～30%，其取得的环境效益显著。我国黄土高原造林实验研究所［18］用LSA-2保水剂处理苹果树苗，树苗的成活率也有了一定的提高，从而有利于改善黄土高原的生态环境。此外，水凝胶材料还可用于污泥固化、油水分离、溶剂脱水、造纸废液等诸多环境治理领域［15］，发挥的作用也越来越大。

2结束语

环境污染治理显得任重而道远，水凝胶作为低成本、无污染的新型吸附材料，在污染治理领域的潜力巨大，在吸附重金属离子、染料废液中已崭露头角，将水凝胶运用于其他的环境污染治理领域亟须广大科技研究者们的共同探究。

作者：杨莉朱杨志张旭李锋李豪单位：长安大学环境科学与工程学院