CN107162145A - 一种含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂及其制备和应用 - Google Patents

一种含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂及其制备和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种重金属螯合絮凝剂及其制备和应用，由用高聚物醇、二硫化碳、苛性碱和水制备反应得到。本发明的重金属鳌合絮凝剂既是水溶性，又对重金属离子具有良好的螯合絮凝沉淀性能；分子量大，具有很强的吸附能力，吸附容量大；效率高、使用方便、原料来源广、合成工艺简单、产品无毒无臭等优点，对各种重金属离子絮凝效果很好，去除率强，絮凝后沉淀容易处理，金属离子可回收利用。可用于处理含有多种重金属的污水，具有明显的经济效益和社会效益。

Description

一种含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂及其制备和应用
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，更具体地，涉及一种含有黄原酸基的重金 属鳌合絮凝剂及其制备和应用。
背景技术
在矿物加工、金属冶炼过程中产生的重金属离子，随着废水、废渣和烟气 排放到环境中，存储在大气和土壤中的重金属离子随着降雨、地表径流和地下 水的流动，逐渐迁移到水体中，水是人类生产生活不可缺少的物质，通过饮用 水和食物进入人体的重金属离子在人体中累积对人体器官造成严重破坏，而且 很难排出体外。因此水体中重金属离子污染的治理成为亟待解决的问题。
目前处理重金属离子污水的方法分别有生物法、物理法和化学法。生物法 采用耐金属离子细菌为手段，通常处理周期长；物理法采用离子交换树脂或者 膜过滤的方法，存在费用高，处理量小等问题；化学法是采用无机碱做沉淀剂， 存在金属离子去除率低，同时产生大量废渣等问题。
黄原酸盐，又名黄药，是含有黄原酸基的有机物，分子结构为：
式中，R-通常是乙基、丁基等烷烃基团。分子中的黄原酸基团与金属离子 反应生成难溶性盐，通常在分析化学中用做铜、镍等的沉淀剂和比色剂，是能 够与重金属离子螯合反应生成沉淀的最有效试剂。
但目前市售的黄药产品，由于分子量小，与金属离子生成的黄原酸盐粒度 小，有些是胶体溶液，难以进行沉淀分离；又由于每个分子中只有一个黄原酸 基团，结合金属离子的能力低。使用现有的黄药产品来对水体中重金属离子污 染进行治理，效果不佳。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种结构稳定、水 溶性佳，结合金属离子的能力高的一种含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂。
本发明的另一目的在于提供一种含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂的制备 方法。
本发明的另一目的在于提供一种含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂的应 用。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
一种含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂，所述含有黄原酸基的重金属鳌合 絮凝剂由用高聚物醇、二硫化碳、苛性碱和水制备反应得到。
进一步地，所述高聚物醇、二硫化碳、苛性碱和水的重量份数为：
高聚物醇：0.25～1份
二硫化碳：1～3份
苛性碱：1.5～3.5份
水：20～60份。
更进一步优选地，所述高聚物醇、二硫化碳、苛性碱和水的重量份数为：
高聚物醇：0.5～1份
二硫化碳：2～3份
苛性碱：2～3.5份
水：50～60份。
进一步地，所述高聚物醇为聚乙二醇、聚乙烯醇、巴豆醇和肉桂醇的至少 一种。
进一步地，所述苛性碱为氢氧化钠或者氢氧化钾的一种。
本发明的目的在于合成一类高分子黄原酸盐聚电解质，在水中具有很好的 水溶性，其每个分子结构中有n个黄原酸结构单元。结构如下：
由于每个分子中有数量众多的黄原酸基团，大大提高了对于重金属离子的 螯合能力；结合金属离子后，在线状大分子的吸附架桥、网捕作用下，形成絮 团沉淀下来，再用简单过滤的方法，就能将结合了金属离子的絮团从污水中分 离出来。本发明提供的含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂结合金属离子的能力 高，可以大规模治理含重金属离子污水。且治理中，将沉淀过滤后，沉淀的量 很少，可以直接焚烧灰化，灰中的金属可以再次回收或者直接安全填埋。以此 达到快速、高效、大规模治理含重金属离子污水的目的。
一种制备含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂的工艺方法，包括以下步骤：
S1.选取上述质量份数之比为高聚物醇、二硫化碳、苛性碱和水准备待用；
S2.将步骤S1中所述高聚物醇，二硫化碳和水混合在一起，在25～30℃的 温度下搅拌10～60min，使其搅拌均匀，得到混合溶液；
S3.将步骤S2中所述混合溶液不断搅拌的同时，加入研磨的氢氧化钠粉末， 在25～30℃的温度下，时间为1～5h，继续搅拌反应，制得含有黄原酸基的重金 属螯合絮凝剂。
本发明创造性地将高聚物醇作为原料制备重金属鳌合絮凝剂，其中选用的 高聚物醇为反应的重要原料，为产品提供大分子结构框架，提供可以发生黄原 酸化的羟基基团，二硫化碳可以生成黄原酸基团中的碳基；氢氧化钠或氢氧化 钾给体系提供碱性环境，同时促进反应向正向进行生成可溶性的黄原酸钠盐或 者钾盐。
本发明公开的含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂应用范围广泛，具体如下：
一种含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂应用于含重金属锌离子的废水处 理。
一种含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂应用于含重金属铅离子的废水处 理。
一种含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂应用于含重金属铜离子的废水处 理。
一种含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂应用于含重金属镉离子的废水处 理。
本发明制备得到的含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂既是水溶性，又对重 金属离子具有良好的螯合絮凝沉淀性能；其分子量大，每个分子中活性基团多， 能与重金属离子发生络合、螯合、吸附、交换等物理化学反应，从而可以把水 溶液中的重金属离子去除。而且具有很强的吸附能力，吸附容量大；效率高； 使用方便；原料来源广；合成工艺简单；产品无毒无臭。对各种重金属离子絮 凝效果很好，对各种重金属离子均能达到完全去除，絮凝后沉淀容易处理，金 属离子可回收利用。可用于处理含有铅离子和镉离子等重金属污水，具有明显 的经济效益和社会效益。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明针对现有处理重金属离子污水的方法存在费用高，处理量金属离子 去除率低，同时产生大量废渣等问题，提供一种含有黄原酸基的重金属鳌合絮 凝剂，其具有很强的吸附能力，吸附容量大；效率高；使用方便；且原料价格 低廉，来源广；合成工艺简单；生产成本较低，具有良好的经济效益。
本发明创造性地将高聚物醇作为原料制备重金属鳌合絮凝剂，合成一类高 分子黄原酸盐聚电解质，形成的重金属鳌合絮凝剂既是水溶性，又对重金属离 子具有良好的螯合絮凝沉淀性能；可以有效的将水溶液中的重金属离子去除。 且可同时去除含锌离子、铅离子、铜离子和镉离子的废水，且对各种重金属离 子均能达到完全去除，应用范围广。
本发明的含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂与现有的重金属去除剂相比，去 除重金属的能力更强；本发明的重金属鳌合絮凝剂既是水溶性，又对重金属离子 具有良好的螯合絮凝沉淀性能；分子量大，具有很强的吸附能力，吸附容量大； 效率高、使用方便、原料来源广、合成工艺简单、产品无毒无臭等优点，对各种 重金属离子絮凝效果很好，去除率强，絮凝后沉淀容易处理，金属离子可回收利 用。可用于处理含有多种重金属的污水，具有明显的经济效益和社会效益。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步详细说明本发明。除非特别说明，本发明实施例 使用的各种原料均可以通过常规市购得到，或根据本领域的常规方法制备得到， 所用设备为实验常用设备。除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科 学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。
本发明提供一种含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂由用高聚物醇、二硫化 碳、苛性碱和水制备反应得到，具体的制备的工艺方法包括以下步骤：
S1.选取上述质量份数之比为高聚物醇、二硫化碳、苛性碱和水准备待用；
S2.将步骤S1中所述高聚物醇，二硫化碳和水混合在一起，在25～30℃的 温度下搅拌10～60min，使其搅拌均匀，得到混合溶液；
S3.将步骤S2中所述混合溶液不断搅拌的同时，加入研磨的氢氧化钠粉末， 在25～30℃的温度下，时间为1～5h，继续搅拌反应，制得含有黄原酸基的重金 属螯合絮凝剂。
以下通过实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
S1.按表1中重量百分比称取选用聚乙二醇、二硫化碳、氢氧化钠和水作为 原料准备待用；
S2.将步骤S1中的聚乙二醇，二硫化碳和水混合在一起，在25℃的温度下 搅拌60min，使其搅拌均匀，得到混合溶液；
S3.将步骤S2中的混合溶液不断搅拌的同时，加入研磨的氢氧化钠粉末，在 25℃的温度下，时间为1h，继续搅拌反应，制得含有黄原酸基的重金属螯合絮 凝剂。
实施例2
一种含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂的制备方法，本实施例按表1中重 量百分比称取选用聚乙二醇、二硫化碳、氢氧化钾和水作为原料，具体制备步 骤与实施1相同，其不同之处在于：步骤S2中聚乙二醇，二硫化碳和水混合在 一起，在30℃的温度下搅拌10min；步骤S3中的搅拌时间为1h。
实施例3
一种含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂的制备方法，本实施例按表1中重 量百分比称取选用聚乙二醇、二硫化碳、氢氧化钾和水作为原料，具体制备步 骤与实施1相同，其不同之处在于：步骤S2中聚乙二醇，二硫化碳和水混合在 一起，在25℃的温度下搅拌15min；步骤S3中的搅拌时间为3h。
实施例4
一种含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂的制备方法，本实施例按表1中重 量百分比称取，具体原料选择和制备步骤与实施1相同，其不同之处在于：步 骤S2中聚乙二醇，二硫化碳和水混合在一起，在30℃的温度下搅拌60min；步 骤S3中的搅拌时间为5h。
实施例5
一种含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂的制备方法，本实施例按表1中重 量百分比称取，具体原料选择和制备步骤与实施1相同，其不同之处在于：步 骤S2中聚乙二醇，二硫化碳和水混合在一起，在25℃的温度下搅拌30min；步 骤S3中的搅拌时间为3h。
实施例6
一种含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂的制备方法，本实施例按表1中重 量百分比称取，具体原料选择和制备步骤与实施1相同，其不同之处在于：步 骤S2中聚乙二醇，二硫化碳和水混合在一起，在20℃的温度下搅拌10min；步 骤S3中的搅拌时间为5h。
实施例7
一种含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂的制备方法，本实施例按表1中重 量百分比称取，具体原料选择和制备步骤与实施1相同，其不同之处在于：步 骤S2中聚乙二醇，二硫化碳和水混合在一起，在20℃的温度下搅拌10min；步 骤S3中的搅拌时间为5h。
实施例8
一种含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂的制备方法，本实施例按表1中重 量百分比称取，具体原料选择和制备步骤与实施6相同，其不同之处在于：聚 乙二醇替换为聚乙烯醇。
实施例9
一种含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂的制备方法，本实施例按表1中重 量百分比称取，具体原料选择和制备步骤与实施6相同，其不同之处在于：聚 乙二醇替换为巴豆醇。
实施例10
一种含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂的制备方法，本实施例按表1中重 量百分比称取，具体原料选择和制备步骤与实施6相同，其不同之处在于：聚 乙二醇替换为肉桂醇。
对比例1
申请号为：CN201410213140.7的名称为《一种凤眼莲纤维素黄原酸钙盐的 制备方法及应用》，该发明采用凤眼莲纤维素、氢氧化钠和二硫化碳为原料，在 20～40℃下，反应80～100min，得到重金属螯合吸附剂固体纤维素黄原酸钙。
其制备步骤如下：
1)每5g的凤眼莲茎叶秸秆粉末样中加入100～150mL 20％w/v氢氧化钠溶 液，在恒温电磁搅拌器中搅拌50～70min，离心，倒出上层黑液，下层固体即为 碱化纤维素；
2)将步骤1)中碱化纤维素转入三角瓶中，用蒸馏水洗至其pH值稳定， 离心分离，弃液相；
3)往步骤2)的湿固体中加入100mL 10％氢氧化钠溶液，并用8-15ml蒸 馏水将瓶壁上的纤维素冲入瓶中，搅拌反应20-40min，然后慢慢加入 0.1～0.3mL CS2，20～40℃，搅拌反应80-100min；
4)将步骤3)所得物料进行固液分离，弃去液相；
5)将步骤4)所得湿固体用稀盐酸调节体系pH值至10.5～11.5，再加入 10mL 5～10％的氯化钙溶液，继续搅拌5～15min，将混合物离心，倒出上层液体；
6)将步骤5)所得湿固体用碱水和酒精的混合液洗涤至上层液pH值恒定， 离心弃液相；
7)将步骤6)所得湿固体于50±2℃烘干并研磨过40目筛，所得粉末样即 为凤眼莲纤维素黄原酸钙盐吸附剂。
表1
高聚物醇(份) 二硫化碳(份) 苛性碱(份) 水(份)
实施例1 0.25 1.0 1.6 30
实施例2 0.25 2.5 1.5 20
实施例3 0.5 1.0 1.6 28
实施例4 0.5 2.0 3.0 38
实施例5 1.0 2.5 3.0 50
实施例6 1.0 2.0 3.2 56
实施例7 1.0 3.0 3.5 60
实施例8 1.0 2.0 3.2 56
实施例9 1.0 2.0 3.2 56
实施例10 1.0 2.0 3.2 56
为了进一步说明含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂在重金属废水处理中的 应用，其应用过程是：取实施例1～10中制得的重金属鳌合絮凝剂和对比例1所 制得的凤眼莲纤维素黄原酸钙盐分别加入金属离子溶液中，使浓度达到1.5g/L， 用于吸附不同起始浓度(50、100、200、500、1000mg/l)的锌离子、铜离子、 铅离子、镉离子溶液，在25℃室温下搅拌5min，静置10min，螯合絮凝、沉淀 结束后，过滤，用原子吸收法测定吸附后溶液中各重金属离子浓度，根据吸附 前后各重金属离子浓度计算该吸附材料对各重金属离子的去除率。每个实验均 设置3个重复，用平均值来表示离子去除率的结果得到的离子去除率见下表 2～5。
表2
表3
表4
表5
本发明经过大量实验得到制备含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂的最优组 分，由上述实施例1～10与对比例1所得产品的实验对比可知，原料选用的重量 份为高聚物醇1.0份、二硫化碳2.0份、苛性碱3.2份和水60份时，制得的含有 黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂的去除重金属离子的效果最好；在同样的组分选 择的条件下，高聚物醇选用聚乙烯醇时，制得的含有黄原酸基的重金属鳌合絮 凝剂的去除重金属离子的效果最佳。
在本发明制得的重金属鳌合絮凝剂对不同种类和不同浓度的重金属离子均 有很好的去除效果，与对比例1相比，本发明的重金属鳌合絮凝剂具有很强的 吸附能力，且使用浓度较低，吸附容量大，效率高；使用方便；本发明的重金 属鳌合絮凝剂合成工艺简单等优点，对各种重金属离子絮凝效果极佳，絮凝后 沉淀容易处理，金属离子可回收利用。
发明人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺 流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明 必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应 该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的 添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂，其特征在于，所述含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂由用高聚物醇、二硫化碳、苛性碱和水制备反应得到。
2.根据权利要求1所述含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂，其特征在于，所述高聚物醇、二硫化碳、苛性碱和水的重量份数为：
高聚物醇：0.25～1份
二硫化碳：1～3份
苛性碱：1.5～3.5份
水：20～60份。
3.根据权利要求2所述含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂，其特征在于，所述高聚物醇、二硫化碳、苛性碱和水的重量份数为：
高聚物醇：0.5～1份
二硫化碳：2～3份
苛性碱：2～3.5份
水：50～60份。
4.根据权利要求1所述含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂，其特征在于，所述高聚物醇为聚乙二醇、聚乙烯醇、巴豆醇和肉桂醇的至少一种。
5.根据权利要求1所述含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂，其特征在于，所述苛性碱为氢氧化钠或者氢氧化钾的一种。
6.一种权利要求1~5任意一项含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂的制备工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.选取上述质量份数之比为高聚物醇、二硫化碳、苛性碱和水准备待用；
S2.将步骤S1中所述高聚物醇，二硫化碳和水混合在一起，在25～30℃的温度下搅拌10~60min，使其搅拌均匀，得到混合溶液；
S3.将步骤S2中所述混合溶液不断搅拌的同时，加入研磨的氢氧化钠粉末，在25～30℃的温度下，时间为1~5h，继续搅拌反应，制得含有黄原酸基的重金属螯合絮凝剂。
7.一种根据权利要求6所述的含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂应用于含重金属锌离子的废水处理。
8.一种根据权利要求6所述的含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂应用于含重金属铅离子的废水处理。
9.一种根据权利要求6所述的含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂应用于含重金属铜离子的废水处理。
10.一种根据权利要求6所述的含有黄原酸基的重金属鳌合絮凝剂应用于含重金属镉离子的废水处理。
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