CN105668752A - 巯基化聚丙烯酰胺重金属絮凝剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种巯基化聚丙烯酰胺重金属絮凝剂的制备方法，以解决传统化学沉淀法处理酸性重金属废水污泥量大、沉淀物沉降性差、不能稳定达标的问题。它包括如下步骤：（1）按聚丙烯酰胺溶液与巯基乙酸体积比为100:6～100:1的比例加入到带磁力搅拌的反应器中，搅拌混合均匀；（2）用氢氧化钠溶液反应体系的pH值，使其在2.0～4.0之间；（3）将反应温度调节至20～35℃后反应2～4h，即得产物巯基化聚丙烯酰胺重金属絮凝剂。本发明产物既能与重金属离子形成不溶性螯合沉淀物，又能通过自身良好的絮凝沉降性能，使废水中的重金属离子得以有效去除，可以达到螯合、絮凝、沉淀等多重作用。

Description

巯基化聚丙烯酰胺重金属絮凝剂的制备方法
技术领域
本发明属于化工领域，具体涉及一种巯基化聚丙烯酰胺重金属絮凝剂的制备方法。
背景技术
随着工业化进程的发展，现今各类工业企业向环境排放重金属污染物日益加剧，近年来，我国重金属污染事故频繁发生，严重威胁着人们的身心健康。目前，重金属废水的末端治理方法主要包括化学沉淀法、电解法、吸附法、膜分离法、离子交换法以及生物法等。由于技术或经济上的原因，企业多采用化学沉淀法处理重金属废水，其他方法或仍处于实验研究阶段，或处理费用较高，在实际应用中较少。
化学沉淀法处理重金属废水通常是在废水中加入石灰或硫化盐，使重金属离子转化为相应的氢氧化物或硫化物沉淀而被除去。但由于重金属废水一般为酸性废水，需消耗大量的石灰或氢氧化钠使废水处于碱性条件下，才能生成沉淀物；且所形成的沉淀物沉降性较差，需额外投加絮凝剂或助凝剂（如铝盐、铁盐、聚丙烯酰胺等），才能使固液有效分离，这样就增加了药剂的种类和用量，使重金属废水治理费用增加。如果在重金属废水中单独投加聚丙烯酰胺，则无法去除溶解态重金属离子，难以实现重金属废水达标排放。
发明内容
本发明的目的是提供一种巯基化聚丙烯酰胺重金属絮凝剂的制备方法，以解决传统化学沉淀法处理酸性重金属废水污泥量大、沉淀物沉降性差、不能稳定达标的问题。
一种巯基化聚丙烯酰胺重金属絮凝剂的制备方法，它包括如下步骤：
（1）按聚丙烯酰胺溶液与巯基乙酸体积比为100:6～100:1的比例加入到带磁力搅拌的反应器中，搅拌混合均匀；
（2）用氢氧化钠溶液反应体系的pH值，使其在2.0～4.0之间；
（3）将反应温度调节至20～35℃后反应2～4h，即得产物巯基化聚丙烯酰胺重金属絮凝剂。
优选的，步骤（1）中聚丙烯酰胺溶液与巯基乙酸体积比为100:6～100:3.125，步骤（2）中用氢氧化钠溶液反应体系的pH值，使其在3.5～4.0之间；步骤（3）将反应温度调节至25℃后反应2h。
优选的，步骤（1）中的聚丙烯酰胺相对分子质量为25万～60万，在加入反应器后用蒸馏水配制成质量百分浓度为0.5%～2.0%的溶液。
优选的，步骤（2）中的氢氧化钠溶液浓度为1.0mol/L。
本发明旨在制备一种重金属废水处理剂，即巯基化聚丙烯酰胺重金属絮凝剂，将巯基官能团引入到聚丙烯酰胺高分子链中，其既能与重金属离子生成具有空间网状结构、溶解度极小、稳定的不溶性螯合沉淀物，又能发挥自身良好的絮凝沉降性能，可在酸性条件下使废水中重金属离子得以有效除去，无需额外添加其他絮（助）凝剂，就能做到出水水质达标排放。
本发明利用聚丙烯酰胺和巯基乙酸发生巯基乙酰化化反应，将重金属离子的强配位基团（巯基）引入到现有高分子絮凝剂（聚丙烯酰胺）中，制备出巯基化聚丙烯酰胺重金属絮凝剂，依靠它的螯合-絮凝-沉淀作用去除废水中的重金属离子，沉降速度快，分离效果好，无需额外投加其他絮（助）凝剂，无需过滤，就能完成重金属废水的处理，可降低处理成本，使重金属废水的治理变得简单易行。
本发明具有的有益效果具体包括：
1、本发明所需原料易得，产物制备工艺简单，反应条件温和，易于操作和控制，便于实现工业化生产，具有良好的应用前景。
2、本发明产物既能与重金属离子形成不溶性螯合沉淀物，又能通过自身良好的絮凝沉降性能，使废水中的重金属离子得以有效去除，可以达到螯合、絮凝、沉淀等多重作用。在重金属废水处理中，无需额外添加其他絮（助）凝剂，可以直接在酸性条件下处理重金属废水。
3、本发明产物处理重金属废水工艺简单，只需在废水中投加一定量的产物，充分搅拌就能迅速产生不溶性沉淀物，其沉降速度快，分离效果好，经沉降分离后无需过滤，可直接排放，无需复杂的设备，便于操作和管理；可广泛适用于电镀废水、冶炼废水、有色金属加工废水、选矿废水等重金属废水的处理。
附图说明
图1为本发明产物制备的工艺流程图；
图2为本发明产物的结构图；
图3为本发明产物FT-IR谱图。
具体实施方式
下面的实施例可以进一步说明本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例中原料为市场直接购买。实施例在）中巯基乙酸是将市售的巯基乙酸（液体）直接加入反应器中。
实施例1：
（1）称取相对分子质量为25万～60万的聚丙烯酰胺1.0g，加入到带磁力搅拌的反应器中，加入蒸馏水200g，搅拌溶解，配成质量百分浓度为0.5%的聚丙烯酰胺溶液，再在反应器中加入巯基乙酸2.0mL，在搅拌速度150r/min条件下搅拌混合均匀；
（2）用浓度为1.0mol/L氢氧化钠溶液调节反应体系的pH值为2.0；
（3）将反应温度调节至35℃，在搅拌速度200r/min条件下搅拌反应3h后，即得产物巯基化聚丙烯酰胺重金属絮凝剂，其外观为无色透明液体。
实施例2：
（1）称取相对分子质量为25万～60万的聚丙烯酰胺4.0g，加入到带磁力搅拌的反应器中，加入蒸馏水200g，搅拌溶解，配成质量百分浓度为2.0%的聚丙烯酰胺溶液，再在反应器中加入巯基乙酸12.0mL，在搅拌速度150r/min条件下搅拌混合均匀；
（2）用浓度为1.0mol/L氢氧化钠溶液调节反应体系的pH值为4.0；
（3）将反应温度调节至20℃，在搅拌速度200r/min条件下搅拌反应4h后，即得产物巯基化聚丙烯酰胺重金属絮凝剂，其外观为无色透明液体。
实施例3：
（1）称取相对分子质量为25万～60万的聚丙烯酰胺3.0g，加入到带磁力搅拌的反应器中，加入蒸馏水200g，搅拌溶解，配成质量百分浓度为1.5%的聚丙烯酰胺溶液，再在反应器中加入巯基乙酸12.0mL，在搅拌速度150r/min条件下搅拌混合均匀；
（2）用浓度为1.0mol/L氢氧化钠溶液调节反应体系的pH值为4.0；
（3）将反应温度调节至25℃，在搅拌速度200r/min条件下搅拌反应2h后，即得产物巯基化聚丙烯酰胺重金属絮凝剂，其外观为无色透明液体。
实施例4：
（1）称取相对分子质量为25万～60万的聚丙烯酰胺2.0g，加入到带磁力搅拌的反应器中，加入蒸馏水200g，搅拌溶解，配成质量百分浓度为1.0%的聚丙烯酰胺溶液，再在反应器中加入巯基乙酸6.25mL，在搅拌速度150r/min条件下搅拌混合均匀；
（2）用浓度为1.0mol/L氢氧化钠溶液调节反应体系的pH值为3.5；
（3）将反应温度调节至25℃，在搅拌速度200r/min条件下搅拌反应2h后，即得产物巯基化聚丙烯酰胺重金属絮凝剂，其外观为无色透明液体。
下面以实施例3和实施例4制得的产品进行实验，以观察其效果，实施例1和实施例2的效果不及实施例3和实施例4的好。
应用例1：
配制含Cu2+模拟水样，投加实施例3所得重金属絮凝剂对模拟水样进行实验处理。实验条件为：取400mL浓度为25mg/L的含Cu2+模拟水样，调节pH为6.0，置于TS6–1型程控混凝试验搅拌仪（武汉恒岭科技有限公司）上，投加药剂，以120r/min的转速快速搅拌2min，再以40r/min的转速慢速搅拌10min，之后沉降15min，取液面下2cm处的清液采用220FS型原子吸收分光光度计（美国瓦里安公司）测定残余Cu2+浓度，处理效果见表1。由表1可知，本发明对含Cu2+水样有良好的去除效果，残余的Cu2+浓度低于国家污水综合排放一级标准要求（0.5mg/L）。
应用例2：
配制含Cu2+模拟水样，投加实施例4所得重金属絮凝剂对模拟水样进行实验处理。实验条件为：取400mL浓度为25mg/L的含Cu2+模拟水样，调节pH为5.0，置于TS6–1型程控混凝试验搅拌仪（武汉恒岭科技有限公司）上，投加药剂，以120r/min的转速快速搅拌2min，再以40r/min的转速慢速搅拌10min，之后沉降15min，取液面下2cm处的清液采用220FS型原子吸收分光光度计（美国瓦里安公司）测定残余Cu2+浓度，处理效果见表2。由表2可知，本发明对含Cu2+水样有良好的去除效果，残余的Cu2+浓度低于国家污水综合排放一级标准要求（0.5mg/L）。
应用例3：
配制含Cu2+模拟水样，投加实施例4所得重金属絮凝剂对模拟水样进行实验处理。实验条件为：取400mL浓度为25mg/L的含Cu2+模拟水样，将其pH值分别调节为4.0、5.0、6.0、7.0，置于TS6–1型程控混凝试验搅拌仪（武汉恒岭科技有限公司）上，投加药剂，以120r/min的转速快速搅拌2min，再以40r/min的转速慢速搅拌10min，之后沉降15min，取液面下2cm处的清液采用220FS型原子吸收分光光度计（美国瓦里安公司）测定残余Cu2+浓度，处理效果见表3。由表3可知，本发明对含Cu2+水样具有良好的去除效果，在酸性条件下残余的Cu2+浓度均能达到国家污水综合排放一级标准要求（0.5mg/L）。
应用例4：
配制含Cu2+模拟水样，投加实施例4所得重金属絮凝剂对模拟水样进行实验处理。实验条件为：取400mL浓度分别为1、5、15、25、50mg/L的含Cu2+模拟水样，将其pH值调节为6.0，置于TS6–1型程控混凝试验搅拌仪（武汉恒岭科技有限公司）上，投加药剂，以120r/min的转速快速搅拌2min，再以40r/min的转速慢速搅拌10min，之后沉降15min，取液面下2cm处的清液采用220FS型原子吸收分光光度计（美国瓦里安公司）测定残余Cu2+浓度，处理效果见表4。由表4可知，本发明对不同初始浓度的含Cu2+水样均有良好的去除效果，残余的Cu2+浓度均低于国家污水综合排放一级标准要求（0.5mg/L）。
图3说明：将本发明实施例4所得产物用无水乙醇进行沉淀析出，将沉淀物过滤、洗涤数次后置于真空干燥箱中在50℃下干燥24小时；取干燥后的固体产物与溴化钾混合、研磨、压片后，采用IRPrestige-21型红外分光光度计（日本岛津公司）测定红外光谱，结果见图3。各峰归属如下：2549.90cm-1处的峰为S—H键的伸缩振动峰；1606.70cm-1处的峰为N—H的弯曲振动峰；2933.73cm-1处的峰为—CH2—的反对称伸缩振动峰。以上说明聚丙烯酰胺与巯基乙酸发生了酰胺化反应，且聚丙烯酰胺高分子链上成功接枝了巯基（—SH），制备产物为目标产物。

Claims (4)

1.一种巯基化聚丙烯酰胺重金属絮凝剂的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：
（1）按聚丙烯酰胺溶液与巯基乙酸体积比为100:6～100:1的比例加入到带磁力搅拌的反应器中，搅拌混合均匀；
（2）用氢氧化钠溶液反应体系的pH值，使其在2.0～4.0之间；
（3）将反应温度调节至20～35℃后反应2～4h，即得产物巯基化聚丙烯酰胺重金属絮凝剂。
2.根据权利要求1所述的巯基化聚丙烯酰胺重金属絮凝剂的制备方法，其特征在于：
步骤（1）中聚丙烯酰胺溶液与巯基乙酸体积比为100:6～100:3.125，
步骤（2）中用氢氧化钠溶液反应体系的pH值，使其在3.5～4.0之间；
步骤（3）将反应温度调节至25℃后反应2h。
3.根据权利要求1或2所述的巯基化聚丙烯酰胺重金属絮凝剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）中的聚丙烯酰胺相对分子质量为25万～60万，在加入反应器后用蒸馏水配制成质量百分浓度为0.5%～2.0%的溶液。
4.根据权利要求3所述的巯基化聚丙烯酰胺重金属絮凝剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）中的氢氧化钠溶液浓度为1.0mol/L。
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