CN104961220A - 一种新型重金属捕集剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型重金属捕集剂及其制备方法，通过聚烯丙基胺与二硫化碳反应，制得较大分子量、具有较高螯合能力的DTC捕集剂，且该捕集剂分子量也可根据聚烯丙基胺分子量的大小进行相应的调节，以满足不同场合的要求。该捕集剂能与水中的Pb²⁺、Cd²⁺、Cu²⁺、Cr³⁺、Hg²⁺等重金属离子迅速反应，使之沉淀并分离，将重金属高效地分离去除，本发明与现有技术相比具有如下优点：提高了捕集效率；成本较低。

Description

一种新型重金属捕集剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及化工产品技术领域，具体说是一种新型重金属捕集剂及其制备方法。

背景技术

随着工业经济的发展，重金属废物来源日渐广泛，涉及矿山、冶金、电镀、机械、化工、电子和仪表等诸多行业。因此，重金属废水成分也日趋复杂，废水排放标准逐渐提高。目前，我国大都采用传统中和沉淀法处理重金属废水，但其存在依赖pH值程度高、易产生二次污染等缺陷，其他的方法如膜分离、离子交换和吸附法等也存在诸多问题，从而限制了它们的应用。

综上，鉴于现有技术的问题,当前国际上开展的有机重金属捕集剂研究则有效弥补了上述诸多方法的缺陷，已在发达国家的重金属废水处理和焚烧飞灰重金属固定方面得到初步应用。该类方法采用高分子有机螯合剂与废水中的多种金属离子发生螯合反应，可以生成稳定且不溶于水的金属螯合物，具有沉淀物稳定性高、去除率高的特点，克服了传统化学处理法的不足，处理后水中的重金属含量远低于采用普通中和沉淀法处理的废水中的重金属含量。

二硫代氨基甲酸盐(dithiocarbamate，DTC)是一种重要的有机螯合剂，其结构特点为母体中胺基相连的碳与两个硫原子形成多元环，可以与金属产生极强的螯合作用，其多种衍生物已被用于无机分析和重金属捕集。按分子结构DTC类螯合剂大致可分为两类:一类是以高分子母体(如聚乙烯亚胺、淀粉等)接枝DTC基团的大分子量螯合剂； 另一类是小分子DTC螯合剂，以乙二胺等多乙烯多胺为母体。大分子量螯合剂的絮凝和沉降性能较好，但由于母体成本较高，而某些大分子螯合剂还存在其中胺基相连紧密，易于导致相邻的DTC基团之间产生位阻效应，影响螯合效率；另一方面，某些螯合剂制备中首先要通过高分子母体与小分子多胺接枝反应，从而导致制备步骤繁琐，相应也提高了成本；小分子DTC螯合剂与重金属的螯合效率高，但所形成的絮体小，沉降捕集性能较差。合成分子量大小适当且具有合理分子空间结构的螯合剂对螯合捕集效率和沉降性能会有较大改善。

发明内容

针对现有DTC捕集剂存在的上述缺陷，本发明提供一种大分子DTC螯合树脂捕集剂的制备方法；该捕集剂分子量较大且可调，从而能够形成所需的合适且稳定的絮体，具有较高的螯合捕集效果。本发明通过聚烯丙基胺与二硫化碳反应，制得较大分子量、具有较高螯合能力的DTC捕集剂，且该捕集剂分子量也可根据聚烯丙基胺分子量的大小进行相应的调节，以满足不同场合的要求。该捕集剂能与水中的Pb²⁺、Cd²⁺、Cu²⁺、Cr³⁺、Hg²⁺等重金属离子迅速反应，使之沉淀并分离，将重金属高效地分离去除。

为实现本发明的目的采取了如下技术方案：

一种重金属捕集剂的制备方法，该捕集剂的制备方法包括如下步骤：在碱性条件下，将聚烯丙基胺与二硫化碳反应，制得聚烯丙基二硫代氨基甲酸盐，即所发明的新型重金属捕集剂。

一种新型重金属捕集剂的结构式为：

式中n为聚合度，M⁺为碱金属离子，一般为Na⁺或K⁺。

一种重金属捕集剂的制备方法，该捕集剂的制备方法包括如下步骤：在碱性条件下，将聚烯丙基胺与二硫化碳反应，制得聚烯丙基二硫代氨基甲酸盐，即所发明的新型重金属捕集剂；其中的碱为氢氧化钠或氢氧化钾

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、用聚烯丙基胺作为捕集剂母体，相比传统的小分子量二硫代氨基甲酸盐捕集剂来讲可显著增加絮体体积，有助于后期沉降分离；

2、用聚烯丙基胺作为捕集剂母体，相比传统的聚乙烯亚胺母体价格成本大大降低，有助于工业规模化生产和应用；

3、用聚烯丙基胺作为捕集剂母体，相邻胺基距离较远，避免了传统小分子多胺和大分子聚乙烯亚胺母体相邻胺基较近而易产生位阻效应的缺陷，提高了捕集效率；

4、本发明的捕集剂制备过程步骤少、反应条件温和，综合上述诸多因素，本发明捕集剂成本较低。

具体实施方式

下面结合实施例进一步详细说明本发明的技术特征：

一种新型重金属捕集剂的结构式为：

式中n为聚合度，M⁺为碱金属离子，一般为Na⁺或K⁺。

一种重金属捕集剂的制备方法，该捕集剂的制备方法包括如下步骤：在碱性条件下，将聚烯丙基胺与二硫化碳反应，制得聚烯丙基二硫代氨基甲酸盐，即所发明的新型重金属捕集剂；其中的碱为氢氧化钠或氢氧化钾。

实施例1

在50mL三口烧瓶中加入2g聚烯丙基胺、1g二硫化碳和1g氢氧化钠和20mL水，20℃条件下搅拌2h，蒸馏除去溶剂，洗涤、50℃干燥即得产品聚烯丙基二硫代胺基甲酸盐，记为捕集剂1；

实施例2

在50mL三口烧瓶中加入2g聚烯丙基胺、1g二硫化碳和1g氢氧化钾和20mL水，20℃条件下搅拌1h，蒸馏除去溶剂，洗涤、50℃干燥即得产品聚烯丙基二硫代胺基甲酸盐，记为捕集剂2；

采用本发明与现有方法对重金属捕集效果比较见下表：

捕集剂	QPb(％)	QCd(％)	QCu(％)	QCr(％)	QHg(％)	成本
							1	97.2	96.8	97.6	96.2	97.1	4.2
2	98.3	97.9	98.8	97.6	98.2	4.3
							对比样1	94.7	94.1	95.2	93.6	94.2	128
对比样2	99.1	97.9	98.3	97.0	97.8	4.8

[0028] 注释和补充说明：

1、表中Q_Pb(％)—Pb²⁺的捕集去除率，其它金属表示方法相同；

金属离子Pb²⁺、Cd²⁺、Cu²⁺、Cr³⁺、Hg²⁺浓度为1mmol/L，质量浓度相应分别为207、112、64、52、201mg/L；

成本—处理1吨模拟废水(金属离子浓度为1mmol/L)所花费资金，单位为人民币/元；

对比样1—Y沸石；

对比样2—聚乙烯亚胺二硫代氨基甲酸盐(DTCR)。

2、重金属捕集实验

在上表6个捕集实验中，分别称取捕集剂0.1克，投入100mL、浓度均为1mmol/L的重金属离子溶液中，磁力搅拌2h，过滤，即为捕集后溶液。由原子吸收分光光度计测定捕集前后的金属离子浓度。

Claims (2)

1.一种新型重金属捕集剂，其特征在于：新型重金属捕集剂的结构式为：

式中n为聚合度，M⁺为碱金属离子，一般为Na⁺或K⁺。

2.一种重金属捕集剂的制备方法，该捕集剂的制备方法包括如下步骤：在碱性条件下，将聚烯丙基胺与二硫化碳反应，制得聚烯丙基二硫代氨基甲酸盐，即所发明的新型重金属捕集剂；其中的碱为氢氧化钠或氢氧化钾。