CN106807029A - 一种高效垃圾焚烧飞灰重金属三组份螯合剂 - Google Patents

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Abstract

本专利公开了一种高效垃圾焚烧飞灰重金属三组份螯合剂，由以下三个组分混合制成：第一组分是以丁基黄药和苄基氯为原料制成；第二组分是以二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、环氧氯丙烷和二硫化碳为原料制成；第三组分为水溶性离子型表面活性剂和/或水溶性非离子表面活性剂。本发明能够高效、快速的固化垃圾焚烧飞灰中的各种重金属，尤其是对Pb、Cu、Cd、As的处理效果明显，处理后可使焚烧垃圾达到填埋标准，运用效果稳定，无二次污染，是一种治理垃圾焚烧飞灰重金属的高效、经济、稳定的螯合剂。

Description

一种高效垃圾焚烧飞灰重金属三组份螯合剂
技术领域
本发明属于重金属修复领域，涉及一种螯合剂，尤其涉及一种高效垃圾焚烧飞灰重金属三组份螯合剂。
背景技术
焚烧法处理城市生活垃圾因其高效快捷、减容显著、能源利用率高及占用土地面积小等优点在全世界得到广泛的应用，已经成为城市垃圾的主要处理方式之一。然而城市生活垃圾焚烧炉中，高蒸气压的重金属随烟气移动，同时，在城市生活垃圾焚烧过程中，重金属可能会转化成金属氯化物，而金属氯化物具有比金属氧化物和金属元素更高的蒸气压。因此，重金属Cd、Pb、Cu、Zn和As很容易在飞灰和气相中富集，处理不好会造成重金属的渗漏，在进行填埋处理时还可能威胁地下水。
目前，现有垃圾焚烧飞灰常用固化处理方法有水泥固化、沥青固化、石灰固化、烧结固化等多种方式，但这些方式还存在着一些缺陷。水泥固化，虽然设备简单、操作方便、投资少，但含飞灰的物质体积增加，严苛环境长期持久作用，重金属的渗滤液难以避免。沥青固化，虽然固化物空隙小，致密度高，难以渗透，有害物质浸出率低，固化体性能稳定，但沥青参量交大，而且沥青具有可燃性。石灰固化，虽然设备简单、操作方便，但飞灰固化后的体积增加，固化物易受酸性溶液浸蚀。传统药剂稳定化，虽然少容甚至不增容，但处理成本较高，易产生二次污染。电化学处置，可以有效的稳定重金属，但工艺复杂，操作难度大，成本较高。烧结固化，处理效果较好，比之熔融固化，烟气减少，耗能降低，但对尾气处理工艺要求降低，能耗高。熔融固化，减容率高，熔渣性质稳定、无重金属溶出等优点，能耗高，成本低。因此，如何高效、快速、经济、环保的处理好垃圾焚烧飞灰重金属，成为环境工作者亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供一种高效垃圾焚烧飞灰重金属三组份螯合剂，以克服现有技术的缺陷。
为实现上述目的，本发明提供一种高效垃圾焚烧飞灰重金属三组份螯合剂，由以下三个组分混合制成：第一组分是以丁基黄药和苄基氯为原料制成；第二组分是以二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、环氧氯丙烷和二硫化碳为原料制成；第三组分为水溶性离子型表面活性剂和/或水溶性非离子表面活性剂。
进一步，本发明提供一种高效垃圾焚烧飞灰重金属三组份螯合剂，还可以具有这样的特征：其中，第一组分、第二组分和第三组分的质量比为30-45:30-45:10-25。
优选的，第一组分和第二组分的质量比为1:1。
进一步，本发明提供一种高效垃圾焚烧飞灰重金属三组份螯合剂，还可以具有这样的特征：其中，第一组分的制备过程为：溶解丁基黄药，加热至45-55℃，然后加入苄基氯，反应6-7h，经后处理获得第一组分。
其中，苄基氯需逐滴加入。
进一步，本发明提供一种高效垃圾焚烧飞灰重金属三组份螯合剂，还可以具有这样的特征：其中，丁基黄药和苄基氯的质量比为8-10:7-9。
进一步，本发明提供一种高效垃圾焚烧飞灰重金属三组份螯合剂，还可以具有这样的特征：其中，用去离子水溶解丁基黄药，配制成2-3mol/L的丁基黄药溶液。
进一步，本发明提供一种高效垃圾焚烧飞灰重金属三组份螯合剂，还可以具有这样的特征：其中，后处理的具体步骤为：静置30-60min，得到的油层用去离子水洗涤，加入干燥剂，干燥后过滤出干燥剂。
其中，使用去离子水洗涤油层3-5次。干燥剂的用量与洗涤时加入去离子水的量相关。干燥时间为12-18h。优选的，干燥剂为硫酸镁。
进一步，本发明提供一种高效垃圾焚烧飞灰重金属三组份螯合剂，还可以具有这样的特征：其中，第二组分的制备过程为：步骤一、将二乙烯三胺、三乙烯四胺和四乙烯五胺置于25-30℃恒温环境中，加入环氧氯丙烷，反应1-2h，得到中间产物；步骤二、去离子水溶解步骤一得到的中间产物，加入二硫化碳，于室温下，反应3-4h，再升温至60-65℃，反应2-3h，获得第二组分。
其中，步骤一中，环氧氯丙烷需边搅拌边逐滴加入，反应后得到的中间产物为乳白粘稠胶状物。步骤二中，用去离子水溶解中间产物，去离子水的用量为，使步骤一得到的中间产物完全溶解即可。二硫化碳需逐滴加入。升温反应后，冷却至室温即获得第二组分。本专利中，室温指23-27℃。
进一步，本发明提供一种高效垃圾焚烧飞灰重金属三组份螯合剂，还可以具有这样的特征：其中，二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、环氧氯丙烷和二硫化碳的质量比为10-15:10-15:10-15:10-20:8-15。
优选的，二乙烯三胺、三乙烯四胺和四乙烯五胺的质量比为1:1:1。
进一步，本发明提供一种高效垃圾焚烧飞灰重金属三组份螯合剂，还可以具有这样的特征：其中，步骤二中，溶解中间产物后，调节pH至10-11，再加入二硫化碳。
其中，可加入氢氧化钠等碱性物质调节pH。
进一步，本发明提供一种高效垃圾焚烧飞灰重金属三组份螯合剂，还可以具有这样的特征：其中，水溶性离子型表面活性剂为十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基苯磺酸钠中的一种或两种混合；水溶性非离子表面活性剂为聚乙二醇。
本专利的有益效果在于：本发明提供一种高效垃圾焚烧飞灰重金属三组份螯合剂，由三组分混合制成，第一组分是以丁基黄药和苄基氯为原料制成，第二组分是以二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、环氧氯丙烷和二硫化碳为原料制成，第三组分为水溶性离子型表面活性剂和/或水溶性非离子表面活性剂。其中，第一组分和第二组分均可以与飞灰中的重金属离子生成稳定的螯合物，稳定飞灰中的离子态的重金属。同时，第一组分还可以与飞灰中的化合态的重金属发生反应，稳定飞灰中的化合态的重金属。此外，第一组分和第二组分协同作用，相互促进其与重金属反应。第三组分为激活飞灰成分中的碱性物质和重金属的活化剂，可增强重金属表面对第一组分和第二组分的吸附能力，促进其与第一组分和第二组分发生反应。本发明能够高效、快速的固化垃圾焚烧飞灰中的各种重金属，尤其是对Pb、Cu、Cd、As的处理效果明显，处理后可使焚烧垃圾达到填埋标准，运用效果稳定，无二次污染，是一种治理垃圾焚烧飞灰重金属的高效、经济、稳定的螯合剂。
具体实施方式
实施例一
本实施例提供一种高效垃圾焚烧飞灰重金属三组份螯合剂，由以下三个组分混合制成：第一组分是以丁基黄药和苄基氯为原料制成；第二组分是以二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、环氧氯丙烷和二硫化碳为原料制成；第三组分为聚乙二醇。其中，第一组分、第二组分和第三组分的质量比为35:35:15。
本实施例中，聚乙二醇也可以为其他水溶性非离子表面活性剂或者水溶性离子型表面活性剂。
第一组分的制备过程为：用去离子水溶解丁基黄药，配制成2mol/L的丁基黄药溶液，加热至45℃，然后逐滴加入苄基氯，反应6h。反应后，静置30min，得到的黄色油层用去离子水洗涤3次，加入硫酸镁，干燥12h，充分干燥后过滤出硫酸镁，获得第一组分。
其中，丁基黄药和苄基氯的质量比为10:8。
本实施例中，硫酸镁还可以为硫酸钙等其他干燥剂。
第二组分的制备过程为：步骤一、将二乙烯三胺、三乙烯四胺和四乙烯五胺置于25℃的恒温水浴环境中，边搅拌边逐滴加入环氧氯丙烷，反应1h，溶液逐渐变为乳白粘稠胶状物，即得中间产物。步骤二、用去离子水充分溶解步骤一得到的中间产物，加入氢氧化钠调节溶液的pH为10，逐滴加入二硫化碳，于室温下反应4h，再升温至60℃，反应2h，冷却至室温，获得第二组分。
其中，二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、环氧氯丙烷和二硫化碳的质量比为15:15:15:14:10。
本实施例中，氢氧化钠也可以为氢氧化钾等其他碱性物质。
实施例二
本实施例提供一种高效垃圾焚烧飞灰重金属三组份螯合剂，由以下三个组分混合制成：第一组分是以丁基黄药和苄基氯为原料制成；第二组分是以二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、环氧氯丙烷和二硫化碳为原料制成；第三组分为十六烷基三甲基氯化铵。其中，第一组分、第二组分和第三组分的质量比为30:30:25。
本实施例中，十六烷基三甲基氯化铵也可以为十二烷基苯磺酸钠等其他水溶性离子型表面活性剂或者水溶性非离子表面活性剂。
第一组分的制备过程为：用去离子水溶解丁基黄药，配制成2mol/L的丁基黄药溶液，加热至45℃，然后逐滴加入苄基氯，反应6h。反应后，静置30min，得到的黄色油层用去离子水洗涤3次，加入硫酸镁，干燥12h，充分干燥后过滤出硫酸镁，获得第一组分。
其中，丁基黄药和苄基氯的质量比为8:9。
本实施例中，硫酸镁还可以为硫酸钙等其他干燥剂。
第二组分的制备过程为：步骤一、将二乙烯三胺、三乙烯四胺和四乙烯五胺置于25℃的恒温水浴环境中，边搅拌边逐滴加入环氧氯丙烷，反应1h，溶液逐渐变为乳白粘稠胶状物，即得中间产物。步骤二、用去离子水充分溶解步骤一得到的中间产物，加入氢氧化钠调节溶液的pH为11，逐滴加入二硫化碳，于室温下反应3h，再升温至60℃，反应2h，冷却至室温，获得第二组分。
其中，二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、环氧氯丙烷和二硫化碳的质量比为10:10:10:10:8。
本实施例中，氢氧化钠也可以为氢氧化钾等其他碱性物质。
实施例三
本实施例提供一种高效垃圾焚烧飞灰重金属三组份螯合剂，由以下三个组分混合制成：第一组分是以丁基黄药和苄基氯为原料制成；第二组分是以二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、环氧氯丙烷和二硫化碳为原料制成；第三组分为十二烷基苯磺酸钠。其中，第一组分、第二组分和第三组分的质量比为45:45:10。
本实施例中，十二烷基苯磺酸钠也可以为十六烷基三甲基氯化铵等其他水溶性离子型表面活性剂或者水溶性非离子表面活性剂。
第一组分的制备过程为：用去离子水溶解丁基黄药，配制成3mol/L的丁基黄药溶液，加热至55℃，然后逐滴加入苄基氯，反应7h。反应后，静置45min，得到的黄色油层用去离子水洗涤4次，加入硫酸镁，干燥15h，充分干燥后过滤出硫酸镁，获得第一组分。
其中，丁基黄药和苄基氯的质量比为9:7。
本实施例中，硫酸镁还可以为硫酸钙等其他干燥剂。
第二组分的制备过程为：步骤一、将二乙烯三胺、三乙烯四胺和四乙烯五胺置于30℃的恒温水浴环境中，边搅拌边逐滴加入环氧氯丙烷，反应1.5h，溶液逐渐变为乳白粘稠胶状物，即得中间产物。步骤二、用去离子水充分溶解步骤一得到的中间产物，加入氢氧化钠调节溶液的pH为10，逐滴加入二硫化碳，于室温下反应3.5h，再升温至65℃，反应2.5h，冷却至室温，获得第二组分。
其中，二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、环氧氯丙烷和二硫化碳的质量比为12:12:12:20:15。
本实施例中，氢氧化钠也可以为氢氧化钾等其他碱性物质。
实施例四
本实施例提供一种高效垃圾焚烧飞灰重金属三组份螯合剂，由以下三个组分混合制成：第一组分是以丁基黄药和苄基氯为原料制成；第二组分是以二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、环氧氯丙烷和二硫化碳为原料制成；第三组分为十六烷基三甲基氯化铵和十二烷基苯磺酸钠混合而成，十六烷基三甲基氯化铵和十二烷基苯磺酸钠的质量比为1:1。其中，第一组分、第二组分和第三组分的质量比为40:40:10。
本实施例中，十六烷基三甲基氯化铵和十二烷基苯磺酸钠也可以为其他任意两种水溶性离子型表面活性剂或者水溶性非离子表面活性剂。
第一组分的制备过程为：用去离子水溶解丁基黄药，配制成2.5mol/L的丁基黄药溶液，加热至50℃，然后逐滴加入苄基氯，反应6.5h。反应后，静置60min，得到的黄色油层用去离子水洗涤5次，加入硫酸镁，干燥18h，充分干燥后过滤出硫酸镁，获得第一组分。
其中，丁基黄药和苄基氯的质量比为10:7。
本实施例中，硫酸镁还可以为硫酸钙等其他干燥剂。
第二组分的制备过程为：步骤一、将二乙烯三胺、三乙烯四胺和四乙烯五胺置于27℃的恒温水浴环境中，边搅拌边逐滴加入环氧氯丙烷，反应2h，溶液逐渐变为乳白粘稠胶状物，即得中间产物。步骤二、用去离子水充分溶解步骤一得到的中间产物，加入氢氧化钠调节溶液的pH为11，逐滴加入二硫化碳，于室温下反应4h，再升温至62℃，反应3h，冷却至室温，获得第二组分。
其中，二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、环氧氯丙烷和二硫化碳的质量比为10:12:15:15:12。
本实施例中，氢氧化钠也可以为氢氧化钾等其他碱性物质。
实施例五
本实施例提供一种高效垃圾焚烧飞灰重金属三组份螯合剂，由以下三个组分混合制成：第一组分是以丁基黄药和苄基氯为原料制成；第二组分是以二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、环氧氯丙烷和二硫化碳为原料制成；第三组分为十六烷基三甲基氯化铵和聚乙二醇混合而成，十六烷基三甲基氯化铵和聚乙二醇的质量比为1:3。其中，第一组分、第二组分和第三组分的质量比为30:35:20。
本实施例中，十六烷基三甲基氯化铵和聚乙二醇也可以为其他任意两种水溶性离子型表面活性剂和/或水溶性非离子表面活性剂。
第一组分的制备过程为：用去离子水溶解丁基黄药，配制成2mol/L的丁基黄药溶液，加热至45℃，然后逐滴加入苄基氯，反应6h。反应后，静置40min，得到的黄色油层用去离子水洗涤3次，加入硫酸镁，干燥14h，充分干燥后过滤出硫酸镁，获得第一组分。
其中，丁基黄药和苄基氯的质量比为1:1。
本实施例中，硫酸镁还可以为硫酸钙等其他干燥剂。
第二组分的制备过程为：步骤一、将二乙烯三胺、三乙烯四胺和四乙烯五胺置于25℃的恒温水浴环境中，边搅拌边逐滴加入环氧氯丙烷，反应1h，溶液逐渐变为乳白粘稠胶状物，即得中间产物。步骤二、用去离子水充分溶解步骤一得到的中间产物，加入氢氧化钠调节溶液的pH为10，逐滴加入二硫化碳，于室温下反应3h，再升温至60℃，反应2h，冷却至室温，获得第二组分。
其中，二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、环氧氯丙烷和二硫化碳的质量比为15:12:10:12:9。
本实施例中，氢氧化钠也可以为氢氧化钾等其他碱性物质。
实施例六
本实施例提供一种高效垃圾焚烧飞灰重金属三组份螯合剂，由以下三个组分混合制成：第一组分是以丁基黄药和苄基氯为原料制成；第二组分是以二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、环氧氯丙烷和二硫化碳为原料制成；第三组分为十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基苯磺酸钠和聚乙二醇混合而成，十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基苯磺酸钠和聚乙二醇的质量比为1:1:1。其中，第一组分、第二组分和第三组分的质量比为30:45:15。
本实施例中，十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基苯磺酸钠和聚乙二醇也可以为其他任意三种水溶性离子型表面活性剂和/或水溶性非离子表面活性剂。
第一组分的制备过程为：用去离子水溶解丁基黄药，配制成2.5mol/L的丁基黄药溶液，加热至55℃，然后逐滴加入苄基氯，反应6.5h。反应后，静置50min，得到的黄色油层用去离子水洗涤3次，加入硫酸镁，干燥16h，充分干燥后过滤出硫酸镁，获得第一组分。
其中，丁基黄药和苄基氯的质量比为9:8。
本实施例中，硫酸镁还可以为硫酸钙等其他干燥剂。
第二组分的制备过程为：步骤一、将二乙烯三胺、三乙烯四胺和四乙烯五胺置于27℃的恒温水浴环境中，边搅拌边逐滴加入环氧氯丙烷，反应1.5h，溶液逐渐变为乳白粘稠胶状物，即得中间产物。步骤二、用去离子水充分溶解步骤一得到的中间产物，加入氢氧化钠调节溶液的pH为11，逐滴加入二硫化碳，于室温下反应4h，再升温至65℃，反应2.5h，冷却至室温，获得第二组分。
其中，二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、环氧氯丙烷和二硫化碳的质量比为10:10:15:17:14。
本实施例中，氢氧化钠也可以为氢氧化钾等其他碱性物质。

Claims (10)

1.一种高效垃圾焚烧飞灰重金属三组份螯合剂，其特征在于：
由以下三个组分混合制成：
第一组分是以丁基黄药和苄基氯为原料制成；
第二组分是以二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、环氧氯丙烷和二硫化碳为原料制成；
第三组分为水溶性离子型表面活性剂和/或水溶性非离子表面活性剂。
2.根据权利要求1所述的高效垃圾焚烧飞灰重金属三组份螯合剂，其特征在于：
其中，所述第一组分、所述第二组分和所述第三组分的质量比为30-45:30-45:10-25。
3.根据权利要求1所述的高效垃圾焚烧飞灰重金属三组份螯合剂，其特征在于：
其中，所述第一组分的制备过程为：溶解所述丁基黄药，加热至45-55℃，然后加入所述苄基氯，反应6-7h，经后处理获得所述第一组分。
4.根据权利要求1或3所述的高效垃圾焚烧飞灰重金属三组份螯合剂，其特征在于：
其中，所述丁基黄药和所述苄基氯的质量比为8-10:7-9。
5.根据权利要求3所述的高效垃圾焚烧飞灰重金属三组份螯合剂，其特征在于：
其中，用去离子水溶解所述丁基黄药，配制成2-3mol/L的丁基黄药溶液。
6.根据权利要求3所述的高效垃圾焚烧飞灰重金属三组份螯合剂，其特征在于：
其中，后处理的具体步骤为：静置30-60min，得到的油层用去离子水洗涤，加入干燥剂，干燥后过滤出所述干燥剂。
7.根据权利要求1所述的高效垃圾焚烧飞灰重金属三组份螯合剂，其特征在于：
其中，所述第二组分的制备过程为：
步骤一、将所述二乙烯三胺、所述三乙烯四胺和所述四乙烯五胺置于25-30℃恒温环境中，加入所述环氧氯丙烷，反应1-2h，得到中间产物；
步骤二、去离子水溶解步骤一得到的所述中间产物，加入所述二硫化碳，于室温下，反应3-4h，再升温至60-65℃，反应2-3h，获得所述第二组分。
8.根据权利要求1或7所述的高效垃圾焚烧飞灰重金属三组份螯合剂，其特征在于：
其中，所述二乙烯三胺、所述三乙烯四胺、所述四乙烯五胺、所述环氧氯丙烷和所述二硫化碳的质量比为10-15:10-15:10-15:10-20:8-15。
9.根据权利要求7所述的高效垃圾焚烧飞灰重金属三组份螯合剂，其特征在于：
其中，步骤二中，溶解所述中间产物后，调节pH至10-11，再加入所述二硫化碳。
10.根据权利要求1所述的高效垃圾焚烧飞灰重金属三组份螯合剂，其特征在于：
其中，所述水溶性离子型表面活性剂为十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基苯磺酸钠中的一种或两种混合；
所述水溶性非离子表面活性剂为聚乙二醇。
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