CN106882847A - 一种重金属水处理剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种重金属水处理剂的制备方法。在常温下，将聚丙烯酰胺和碱混合并溶解到一定体积水中，加入二硫化碳，缓慢搅拌反应1~5小时，静置10~30小时，即得重金属水处理剂。使用时，直接将重金属水处理剂加入到50~500倍体积的含铜、锌、铅、镉、汞、钴、铬、镍、砷等重金属废水中，混合10~30分钟，加入少量絮凝剂，混合均匀，静置沉淀。本发明具有原料易得、制备工艺简单、成本低廉、收率高、重金属去除效果好等特点，适合于电池、电解电镀、矿冶、有色金属、电路板加工、精细化工等各种重金属废水的处理。

Description

一种重金属水处理剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于处理重金属废水材料的制备和使用方法，属于环境污染控制领域。

背景技术

随着现代工业的快速发展，一些金属电镀工业，采矿加工，化肥工业，皮革制造，电池、纸制造工业以及农药生产等等，直接或者间接排放到环境中的重金属废水逐年增加。与有机污染物不同的是，重金属废物在生物环境中无法得到降解，这些有毒或者致癌性质的重金属离子将会富集在生物有机体内，造成严重的危害。比如，铜在动物和人类的新陈代谢过程中起到重要的作用。但是大量摄取铜将带来严重的中毒症状，如呕吐、肌肉痉挛、抽搐，甚至死亡。镉金属元素已经被美国环境保护协会列为人类可能性致癌物质之一。镉会对人类健康造成严重的威胁，长期暴露在镉中将导致肾功能障碍，且高频率的暴露在镉环境下最终将导致死亡。

对重金属废水处理，只能将其进行空间转移和改变其形态，降低毒性而不能将其彻底分解和消除。目前，处理重金属废水技术有很多，主要可分为三大类：①使废水中游离态重金属转变为不溶或难容的金属化合物，经过上浮或沉淀从废水中去除。常用的方法有：中和沉淀法、硫化物沉淀法、铁氧体沉淀法、离子浮选法、电解法等。②不改变化学形态的前提下进行吸附、浓缩和分离。包括吸附法、离子交换法、膜分离法、蒸发浓缩法、溶剂萃取法等。③借助微生物或植物吸收、积累、富集等作用除去废水中重金属离子，包括生物吸附、生物絮凝、植物整治等方法。中和沉淀法通常是加入碱性药剂，调节废水pH值，使目标重金属生成氢氧化物沉淀从而达到去除重金属的目的。存在以下缺点：废水通常含有不同种类的重金属离子，导致所生成的氢氧化物沉淀的最佳条件不同，仅依靠中和沉淀法，碱消耗量大，而且处理后出水调为中性造成酸消耗量大，增加处理成本；处理废水中存在Zn、Pb、Al等两性金属时，随着的升高，生成的氧氧化物沉淀会复溶，因此要严格控制，并分段调节；产生的氢氧化物沉淀量大，含水率高，稳定性差，会在自然环境重再度溶出，导致二次污染。电解法是利用电解的基本原理，使废水中重金属在阳极发生氧化反应和阴极上发生还原反应，使重金属富集，从而去除废水中重金属，并可回收重金属。电解法具有重金属去除率高、运行可靠、可回收重金属等优点，但处理量小，耗能大，不适合处理低浓度重金属废水。吸附法是利用吸附材料的吸附作用将溶液中的重金属转移到吸附材料上，从而达到去除重金属离子的效果，常用的吸附材料主要有活性炭、壳聚糖和沸石等。周利民等发现麦麸对重金属离子具有优良的吸附能力，重金属吸附量为：Pb 63mg/g、Cd 21mg/g、Cu 15mg/g、Ni 13mg/g、Hg 70mg/g、Cr 9.3mg/g，速率快，选择性好[周利民，刘峙嵘，许文苑，离子交换与吸附，2005,21：370-375]。但吸附剂价格昂贵，再生较为复杂，不适用于浓度高、排放量大的废水。膜分离法是用一种特殊的半透膜，通过压力的作用将溶质和溶剂分离或浓缩的一种方法，包括微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析等，具有分离过程能耗低、效率高、设备占地面积小，但处理成本较高，浓缩液需进一步处置，且膜易受污染，造成膜通量降低及缩短膜的使用寿命，限制了膜分离技术在废水行业中的广泛应用。生物法是利用有机生物或植物通过吸收、积累及富集等作用去除重金属。生物法具有处理效率高、运行成本低，易解吸，可回收贵金属，来源丰富、价格便宜的优点，但不适合高浓度、组成复杂、毒性高的重金属废水处理。重金属捕集剂能与重金属离子强力络合形成稳定的沉淀物将其分离去除，能克服传统沉淀法的缺点和不足，在低浓度重金属废水处理领域的作用日益显现。DTC（二硫代氨基甲酸盐）是目前市场应用最广泛的重金属捕集剂种类，分为小分子沉淀剂和大分子螯合树脂两种。李清峰等以乙二胺、氢氧化钠、二硫化碳等为原料，在常温下合成一种橘红色的液体产品DTC-E，处理实际电镀废水，材料投加量50mg/L及以上时，可以将铜离子由3.26mg/L降低至0.5mg/L[李清峰，赖水秀，杨岳平，浙江大学学报（理学版），2014,（1）：78-81]。刘新梅用二乙稀三胺和二硫化碳在碱性条件下反应制得重金属捕集剂(BETA)，当废水pH4~10，搅拌时间10min，处理后Cu²⁺废水的浓度低于0.5mg/L[刘新梅，毛文洁，陈夏重，广西工学院学报，2009，（4）:90-92]。胡运俊等用二硫代氨基甲酸盐处理含汞废水，当Hg²⁺初始浓度为0.1mg/L，pH 8，投加量1 倍化学计量比，反应时间10 min，Hg^{2 +}剩余浓度为 0.041mg/L[胡运俊，盛田田，薛晓芹等，环境科学，2013,34：3486-3492]。尚婷等合成了一种含有二硫化氨基甲酸和亚氨基二乙酸两种功能基团的螯合树脂，该树脂在高温下对铅、铜、镍、铬离子有很好的吸附[尚婷，张光华，懂惟昕，化工新型材料，2012，（6）：91-93]。上述重金属捕集剂大多处于实验研究阶段，对多组分、pH<4重金属废水处理效果差，因此，制备工艺简单、处理成本低并针对多组分、多形态重金属废水处理的新材料具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于公开一种重金属水处理剂的制备和使用方法，采用聚丙烯酰胺在碱性条件下与二硫化碳反应制备重金属水处理剂，制备方法如下：

一种重金属水处理剂的制备方法，其特征在于：按质量比计量聚丙烯酰胺1份、碱0.5~5份，混合均匀，加入水50~200份，搅拌直到完全溶解，加入二硫化碳0.5~10份，缓慢搅拌1~5小时，静置10~30小时，得重金属水处理剂，

上述聚丙烯酰胺指非离子聚丙烯酰胺，或阴离子聚丙烯酰胺，或阳离子聚丙烯酰胺，均为市售工业级；

上述碱指硅酸钠，或硅酸钾，或氢氧化钠，或氢氧化钾，均为市售工业级；

上述二硫化碳为市售工业级；

上述重金属指铜、锌、铅、镉、汞、钴、铬、镍、砷等一种或多种混合。

本发明的重金属水处理剂具有如下优点：

(1)使用方法简单，直接将重金属水处理剂加入待处理的废水中，加入量仅为废水量的0.2%~2%，混合10分钟，再加入少量阳离子聚丙烯酰胺或聚合氯化铝，混合均匀，静置沉淀即可。

(2) 原料来源广泛，制备工艺简单，转化率高，无污染，适用于pH（3~12）、重金属浓度（10~2000mg/L）的废水处理，游离态和络合态重金属可同时去除。

具体实施方式

实施例 1 重金属水处理剂的制备

称取1g聚丙烯酰胺、10g速溶硅酸钠，混合，溶解到100ml水中，加入10ml二硫化碳，搅拌3小时，静置10小时，得重金属水处理剂。

实施例 2 重金属水处理剂用于冶炼废水处理

取100ml某冶炼厂废水于烧杯中，调节pH>3，加入实施例1制备得到重金属水处理剂2ml，搅拌混合20min，加入2ml聚合氯化铝溶液，摇匀，静置1h，测定清液重金属离子浓度。结果表明，该冶炼厂废水中Cu由36.6mg/L降低到接近0、Cd由0.72mg/L降低到接近0、Zn由1.58mg/L降低到0.28mg/L、As由20.84mg/L降低到0.26mg/L，Cu、Cd去除率接近100%，As去除率99%，Zn去除率超过82%，表明该重金属水处理剂对冶炼厂废水中Cu、Cd、As、Zn都有很好的去除效果。

实施例 3 重金属水处理剂用于电镀废水处理

取100ml某电镀废水于烧杯中，调节pH>3即可，加入实施例1制备得到重金属水处理剂2ml，搅拌混合20min，加入2ml聚合氯化铝溶液，摇匀，静置1h，测定清液重金属离子浓度。结果表明，该电镀废水中Cu由原来的14.28mg/L降低到接近0、Pb由4.58mg/L降低到0.23mg/L、Ni由203.58mg/L降低到78.83mg/L，Cu去除率接近100%，Pb去除率95%，Ni去除率61%，表明该重金属水处理剂对电镀废水中Cu、Pb、Ni去除效果显著。

Claims (1)

1.一种重金属水处理剂的制备方法，其特征在于：按质量比计量聚丙烯酰胺1份、碱0.5~5份，混合均匀，加入水50~200份，搅拌直到完全溶解，加入二硫化碳0.5~10份，缓慢搅拌1~5小时，静置10~30小时，得重金属水处理剂，

上述聚丙烯酰胺指非离子聚丙烯酰胺，或阴离子聚丙烯酰胺，或阳离子聚丙烯酰胺，均为市售工业级；

上述碱指硅酸钠，或硅酸钾，或氢氧化钠，或氢氧化钾，均为市售工业级；

上述二硫化碳为市售工业级；

上述重金属指铜、锌、铅、镉、汞、钴、铬、镍、砷等一种或多种混合物。