CN106867458B - 一种具有表面重金属螯合固化功能的化学覆膜剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及环境污染治理技术领域，特别涉及一种具有表面重金属螯合固化功能的化学覆膜剂及其制备方法。本发明的化学覆膜剂由下述质量百分比的物质组成：由污泥蛋白液、渗滤液浓液或聚乙二醇乳液中的一种或几种的组合、重金属螯合剂与甲醛或聚甲醛反应后的反应液组成的功能成分A：20‑40%、聚丙烯酸乳液、醋酸乙烯乳液或改性PVC乳液中的一种或多种组合组成的功能成分B：15‑35%、由渗透剂和消泡剂组成的辅助成分：2‑4%、其余为水。本发明制备的化学覆膜剂在应用时泡沫产生少，覆膜具有较高的致密性、抗渗性，以及适宜的硬度、柔韧性和附着力，成膜的包覆强度高，膜与灰样的结合性良好，且稳定性较高，在保证对飞灰具有良好隔离效果的同时，可对表面飞灰的重金属起到螯合固化的作用，防止重金属浸出造成二次污染。

Description

一种具有表面重金属螯合固化功能的化学覆膜剂

技术领域

本发明涉及环境污染治理技术领域，特别涉及一种具有表面重金属螯合固化功能的化学覆膜剂及其制备方法。

背景技术

垃圾焚烧飞灰因含有较高浓度的重金属、二噁英类持久性有机污染物而被列为危险废弃物，在其转运及露天堆填等过程中，易形成飘尘进入大气，不仅增加空气中的粉尘含量，更会加重雾霾的生态毒性，对大气造成严重污染，危害居民健康和生态环境。

飞灰大面积堆填时，若采用直接覆膜的方式对垃圾焚烧飞灰进行隔离、减少粉尘逸散等，存在膜重量轻、易兜风，易老化、使用寿命短等缺点，同时，膜的成本较高，不仅造成了资源的浪费，而且覆盖和拆掀工序麻烦，不利于工程的提速增效。

采用直接喷洒化学覆膜剂的方式对飞灰进行固定、隔离，操作简单、覆膜效果好、成本可控。但飞灰中含有大量Ca、Mg、Fe、硅酸盐以及重金属盐类，对普通的聚氯乙烯乳液、聚丙烯乳液、聚乙烯乳液等化学覆膜剂的渗透性和结合性较差，喷洒后生成的膜易剥离，导致覆膜失败；而对普通的丙烯酸类聚合物的结合性又过强，易造成覆膜断裂，导致无法形成连续膜，覆盖隔离性差。同时，在雨水冲刷或特殊环境下，飞灰中含有的重金属易浸出，造成二次污染。

因此，研制一种成膜性能较高的具有表面重金属螯合固化功能的化学覆膜剂，对于减少飞灰转运及堆填过程中粉尘逸散、降低雾霾浓度及生态毒性、提高化学覆膜剂长期稳定性、防治重金属浸出造成二次污染等方面均具有一定的积极促进作用。

发明内容

本发明针对普通覆膜剂应用于垃圾焚烧飞灰转运和堆填时，存在的膜结合性过低或过强等现象，导致覆膜失败的弊端，提出了一种具有表面重金属螯合固化功能的成膜性能较高的化学覆膜剂及其制备方法，在保证对飞灰具有良好隔离效果的同时，可对表面飞灰的重金属起到螯合固化的作用，防止重金属浸出造成二次污染。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种具有表面重金属螯合固化功能的化学覆膜剂，

功能成分A：20-40％；

功能成分B：15-35％；

辅助成分：2-4％；

其余为水；

所述功能成分A为：污泥蛋白液、渗滤液浓液或聚乙二醇乳液中的一种或几种的组合、重金属螯合功能单体与甲醛或聚甲醛在PH值为9-12、温度60-80℃反应条件下的反应液；

所述重金属螯合功能单体为：硫脲、酰基硫脲、氨基硫脲、缩氨基硫脲中的一种或几种的组合。

污泥蛋白液、渗滤液浓液中含有大量复杂长链蛋白类物质以及腐殖质类物质，分子构型复杂，无统一的结构组成，但其共同特点为长链分子结构中含有大量活性-OH，-SH，-NH，-COO等基团，这些活性基团可以与醛类物质发生缩合聚合反应形成高分子聚合物。污泥蛋白液及渗滤液浓液中有效成分的部分结构式如附图1。

本发明引入的重金属螯合功能单体具备两个特点，一是具有重金属螯合能力，通常是一类含有S、N、O、P等元素的有机物；二是具有与蛋白质类材料或腐殖类材料或醛类物质具有反应活性，可以通过交联聚合反应引入覆膜剂高分子链上，使覆膜剂有对飞灰表面的游离重金属具有螯合固化的功能。硫脲类化合物是其中一种具有该特性的物质，其结构式如附图2所示。

所述功能成分B为：聚丙烯酸乳液、醋酸乙烯酸乳液或改性PVC乳液中的一种或多种组合；

所述辅助成分为：渗透剂和消泡剂。

所述污泥蛋白液、渗滤液浓液或聚乙二醇乳液中的一种或几种的组合、重金属螯合功能单体与甲醛或聚甲醛的质量比为1.2-2.5：0.05-0.1：1。

所述渗透剂为OEP-70、AEP、HA-LF中的一种或几种的组合，上述物质均为具有耐碱特点的表面活性剂，以适应飞灰中含有的石灰等碱性成分。

所述消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚中的一种或几种的组合。

所述渗透剂和消泡剂的质量比为1-1.5：1。

一种具有表面重金属螯合固化功能的化学覆膜剂的制备方法为：

(1)将污泥蛋白液、渗滤液浓液或聚乙二醇乳液中的一种或几种的组合、重金属螯合功能单体与甲醛或聚甲醛按照1.2-2.5：0.05-0.1：1质量比加入反应釜中，用碱液调节溶液PH值至9-12，在60-80℃下反应10-30分钟；

(2)之后向反应液中加入质量百分比为15-35％的功能成分B、2％-4％的辅助成分，其余为水，在70-95℃下反应5-10分钟；

(3)用碱液调节溶液PH值恒定在9-12，恢复至常温后即生成一种具有表面重金属螯合固化功能的化学覆膜剂。

本发明所述的具有表面重金属螯合固化功能的化学覆膜剂在使用时，可直接喷洒，或根据需要加水稀释到一定浓度后喷洒，均可达到覆膜隔离的作用。

本发明的有益效果：

(1)本发明制备的化学覆膜剂原料之一为污泥蛋白液或渗滤液浓液，可促进污泥和渗滤液的废物再利用，降低生产成本。

(2)污泥蛋白液或渗滤液浓液中的大分子活性成分，通过甲醛类小分子的交联聚合，形成网状聚合物作为化学覆膜剂的主要功能成分，该聚合物含有大量氨基，巯基，羧基，羟基等成分，这类基团对飞灰中高含量的Ca，Fe，Mg，Al，Na，K等化合物具有较强的络合能力，因此成膜的包覆强度大大提高，对飞灰的适用性较强。

(3)本发明引入的重金属螯合功能单体具有与蛋白质类材料或腐殖类材料或醛类物质具有反应活性，可以通过交联聚合反应引入覆膜剂高分子链上，使覆膜剂有对飞灰表面的游离重金属具有螯合固化的功能，提高了化学覆膜剂使用后的环境友好性。

(4)本发明添加的功能成分B，在应用条件下，与功能成分A相互作用交联形成网状结构的薄膜，并可使覆膜具有适宜的硬度、柔韧性和附着力。

(5)本发明添加的渗透剂和消泡剂可降低覆膜的表面张力，加快膜干燥，减少泡沫产生，提高覆膜的致密性和抗渗性；同时渗透剂选取具有耐碱特点的表面活性剂，以适应飞灰中含有的石灰等碱性成分，克服了普通成膜剂应用于飞灰覆膜时可能存在的与飞灰反应或被腐蚀等的缺点。

附图说明

图1污泥蛋白液及渗滤液浓液中有效成分的部分结构式；

图2硫脲分子及硫脲类化合物分子结构式

具体实施例

实施例1

(1)将污泥蛋白液、硫脲与甲醛按照1.2：0.08：1质量比加入反应釜中，用碱液调节溶液PH值至11，在60℃下反应30分钟得到反应液；

(2)取质量百分比25％的反应液、加入质量百分比15％的聚丙烯酸乳液、1％的OEP-70、1％的聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚，其余为水，在95℃下反应5分钟；

(3)最后用碱液调节溶液PH值恒定在11，再将溶液恢复至常温后即生成一种具有表面重金属螯合固化功能的化学覆膜剂。

实施例2

(1)将污泥蛋白液和渗滤液浓液的混合物、硫脲与聚甲醛按照1.8：0.1：1质量比加入反应釜中，用碱液调节溶液PH值至10，在70℃下反应20分钟得到反应液；

(2)取质量百分比40％的反应液、加入质量百分比25％的醋酸乙烯乳液、1.5％的耐碱特性的表面活性剂、1％的聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚，其余为水，在85℃下反应7分钟；

(3)最后用碱液调节溶液PH值恒定在10，再将溶液恢复至常温后即生成一种具有表面重金属螯合固化功能的化学覆膜剂。

实施例3

(1)将聚乙二醇乳液、硫脲与聚甲醛按照1.5：0.05：1质量比加入反应釜中，用碱液调节溶液PH值至12，在75℃下反应15分钟得到反应液；

(2)取质量百分比35％的反应液、加入质量百分比17％的聚丙烯酸乳液和改性PVC乳液混合物、1.8％的HA-LF、1.2％的聚氧丙烯甘油醚和聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚的混合物，其余为水，在75℃下反应8分钟；

(3)最后用碱液调节溶液PH值恒定在12，再将溶液恢复至常温后即生成一种具有表面重金属螯合固化功能的化学覆膜剂。

实验：

将实施例1-3中的化学覆膜剂分别溶于自来水中制成12％的溶液，分别标记为a、b、c，用质量浓度为12％聚丙烯酸乳液作为普通成膜剂标记为A。

用100目标准筛筛分垃圾焚烧飞灰，制得实验灰样，备用。

将灰样装入4个直径为10cm的玻璃培养皿中，分别标记为1#、2#、3#、4#，灰样表面与培养皿高齐平。用2.0L喷雾器分别将a、b、c化学覆膜剂溶液和普通成膜剂A喷洒到培养皿1#、2#、3#、4#中，喷洒量均为20ml。

观察各培养皿中灰样的吸湿、团聚、成膜时间，见表1。

待成膜全部完成后，用风速仪测试好空气压缩机的风速为20m/s(约8-9级风)，风吹角度45度，单次风吹时间为1分钟，对1-4#灰样进行风吹实验，实验结果见表2。

风吹实验后，取原灰和各培养皿表面覆膜的飞灰，进行重金属浸出检测，检测方法按照《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889-2008)方法，检测结果见表3。

表1各培养皿中灰样的吸湿、团聚、成膜时间表

单位：S

实验指标	1#	2#	3#	4#
					润湿时间	0.48	0.65	0.62	0.52
开始团聚时间	1.38	1.25	1.57	1.17
					整体成膜时间	2.64	2.32	2.95	/

表2各培养皿中灰样风吹实验结果表

单位：g

	1#	2#	3#	4#
					风吹前	220.62	220.77	220.74	220.53
第一次风吹	220.62	220.77	220.74	219.87
					第二次风吹	220.62	220.77	220.74	2182.1
第三次风吹	220.62	220.77	220.74	216.86
					损失量	0	0	0	3.67
损耗率％	0	0	0	1.66

表3原飞灰及各培养皿覆膜飞灰重金属浸出量

单位：mg/L

重金属	原灰	1#	2#	3#	4#
						Pb	0.75	0.21	0.18	0.23	0.70

由表1可见，本发明合成的具有表面重金属螯合固化功能的化学覆膜剂的润湿时间与开始团聚时间比普通的成膜剂相对较慢，但整体成膜时间在约3s时完成，而普通的成膜剂因形成的覆膜极易断裂，而无法形成连续完整的膜。

同时，表2的风吹实验结果表明，本发明合成的具有表面重金属螯合固化功能的化学覆膜剂喷洒到飞灰表面并成膜后，在8-9级风速下，风吹3分钟膜稳定性较高，灰样几乎无损失，而普通的成膜剂因不能形成连续完整的膜，在上述风吹实验条件下，灰样损耗率约为1.66％。

表3结果表明，本发明合成的具有表面重金属螯合固化功能的化学覆膜剂对Pb的螯合作用远高于普通的化学覆膜剂，且随螯合单体成分含量的增加，螯合效果增强。

因此，由实验对比得知，本发明合成的具有表面重金属螯合固化功能的化学覆膜剂吸湿团聚时间较快，形成的膜与灰样的结合性良好，膜的稳定性较高，对重金属具有良好的螯合作用，固定隔离飞灰效果强。

尽管上面对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有表面重金属螯合固化功能的化学覆膜剂，由下述质量百分比的物质组成：

功能成分A：20-40%；

功能成分B：15-35%；

辅助成分：2-4%；

其余为水；

所述功能成分A为：由污泥蛋白液、渗滤液浓液或聚乙二醇乳液中的一种或几种的组合物、重金属螯合功能单体、甲醛或聚甲醛，上述三类物质混合后在pH值为9-12、温度60-80℃反应条件下得到的反应液；

所述功能成分B为：聚丙烯酸乳液、醋酸乙烯乳液或改性PVC乳液中的一种或多种组合；

所述辅助成分为：耐碱性渗透剂和消泡剂。

2.根据权利要求1所述的一种具有表面重金属螯合固化功能的化学覆膜剂，其特征在于：所述污泥蛋白液、渗滤液浓液或聚乙二醇乳液中的一种或几种的组合物、重金属螯合功能单体、甲醛或聚甲醛，三类物质的质量比为1.2-2.5：0.05-0.1：1。

3.根据权利要求1所述的一种具有表面重金属螯合固化功能的化学覆膜剂，其特征在于：所述重金属螯合功能单体为：硫脲、酰基硫脲、氨基硫脲、缩氨基硫脲中的一种或几种的组合。

4.根据权利要求1所述的一种具有表面重金属螯合固化功能的化学覆膜剂，其特征在于：所述耐碱性渗透剂为OEP-70、AEP、HA-LF中的一种或几种的组合。

5.根据权利要求1所述的一种具有表面重金属螯合固化功能的化学覆膜剂，其特征在于：所述消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚中的一种或几种的组合。

6.根据权利要求1所述的一种具有表面重金属螯合固化功能的化学覆膜剂，其特征在于：所述耐碱性渗透剂和消泡剂的质量比为1-1.5：1。

7.根据权利要求1所述的一种具有表面重金属螯合固化功能的化学覆膜剂的制备方法，其特征在于：

（1）将污泥蛋白液、渗滤液浓液或聚乙二醇乳液中的一种或几种的组合、重金属螯合功能单体与甲醛或聚甲醛按照1.2-2.5：0.05-0.1：1质量比加入反应釜中，用碱液调节溶液pH值至 9-12，在60-80℃下反应10-30分钟；

（2）之后向反应液中加入质量百分比为15-35%的功能成分B、2%-4%的辅助成分，其余为水，在70-95℃下反应5-10分钟；

（3）用碱液调节溶液pH值恒定在9-12，恢复至常温后即生成一种具有表面重金属螯合固化功能的化学覆膜剂。