CN108211193A - 一种飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂及其制备方法，有效固化垃圾飞灰中的重金属，从而降低垃圾焚烧对环境的污染。本高分子螯合剂包括以下组分：纯水、低聚丙烯酰胺、多聚磷酸钠、CS2、40％NaOH。制备方法包括以下步骤：A、将0～10份多聚磷酸钠加入至40份低聚丙烯酰胺和100份纯水中，在体系温度为12℃均速搅拌至溶解，得到丙烯酰胺水溶液；B、在体系温度低于20℃以下，取10～30份CS2和15～35份40％NaOH同步且均匀滴加至所述丙烯酰胺水溶液中，保持搅拌90分钟；C、将体系升温至40℃，保持搅拌，1.5小时完成反应，得到飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂。

Description

一种飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子螯合剂领域，尤其涉及一种飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂及其制备方法。
背景技术
人们在生活中，每天都会制造大量的垃圾，尤其是生活垃圾，处理生活垃圾的其中一个方法有焚烧。
焚烧是将有机垃圾在高温及供氧充足的条件下氧化成惰性气态物和无机不可燃物，形成稳定的容易处理的固态残渣，而且在焚烧过程中释放的热能可以回收利用继而发电等，但是焚烧会产生大量的含有重金属的飞灰。飞灰又称粉煤灰或烟灰，是一种环境危害性废物，飞灰的主要组成为各种含重金属元素的氧化、盐化混合物，严重时会造成大气污染，进入水体会淤塞河道，内含的化学物质会对人体造成危害。
为此，选择焚烧的方式处理垃圾，则需要处理飞灰中的重金属物质，如何控制焚烧垃圾排出的烟气符合环境要求，这是本领域技术人员急需研发的方向。
发明内容
本发明提供了一种飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂及其制备方法，有效固化垃圾飞灰中的重金属，从而降低垃圾焚烧对环境的污染。
为解决上述问题，本发明提供的一种飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂，包括以下组分：纯水、低聚丙烯酰胺、多聚磷酸钠、CS2、40％NaOH。
优选地，以重量份计算，所述组分为：100份纯水、40份低聚丙烯酰胺、0～10份多聚磷酸钠、10～30份CS2、15～35份40％NaOH。
优选地，所述低聚丙烯酰胺的重均分子量Mw≤10000。
优选地，所述低聚丙烯酰胺的重均分子量Mw≤8000。
优选地，飞灰与所述飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂的重量份比例为：
飞灰：高分子螯合物＝100：1.8。
本发明还提供一种飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂的制备方法，包括以下步骤：
A、将0～10份多聚磷酸钠加入至40份低聚丙烯酰胺和100份纯水中，在体系温度为12℃均速搅拌至溶解，得到丙烯酰胺水溶液；
B、在体系温度低于20℃以下，取10～30份CS2和15～35份40％NaOH同步且均匀滴加至所述丙烯酰胺水溶液中，保持搅拌90分钟；
C、将体系升温至40℃，保持搅拌，1.5小时完成反应，得到飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂。
优选地，所述步骤A具体为：
在3℃的温度下将多聚磷酸钠加入至40份低聚丙烯酰胺和100份纯水中，体系升温至12℃，均速搅拌至溶解，得到丙烯酰胺水溶液。
优选地，所述步骤B具体为：体系温度控制在5℃，取10～30份CS2和15～35份40％NaOH同步且均匀滴加至所述丙烯酰胺水溶液中，搅拌30分钟，缓慢升温至20℃持续搅拌60分钟。
优选地，所述步骤C具体为：
将体系在5分钟内迅速升温至40℃，并保持搅拌1.5小时，结束反应，得到飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂。
优选地，所述多聚磷酸钠为2.5～7.5份、所述CS2为25～30份，40％NaOH为30～35份。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：本发明的飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂，由组分纯水、低聚丙烯酰胺、多聚磷酸钠、CS2、40％NaOH组成，其制备得到的高分子螯合剂是能使垃圾焚烧飞灰中重金属得到全面固化的固化剂，能克服现有技术中存在的对重金属漏捕的不足。
进一步说，垃圾焚烧飞灰中存在大量的氧化物，本高分子螯合剂利用该氧化物和有机氨硫低聚高分子进行水化反应，尤其针对重金属阳离子(如Pb2+、Cd2+、Cu2+、Zn2+、Ni2+、Hg2+等)发生水化结合作用，生成不溶性固结物，促使飞灰中氧化物形成安定的矿化物，从而全面满足环境安全处理规范的标准要求。
具体实施方式
本发明提供了一种飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂及其制备方法，有效固化垃圾飞灰中的重金属，从而降低垃圾焚烧对环境的污染。
使用本发明的飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂，只需收集飞灰，将飞灰与中水混合，再添加本发明的飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂，搅拌养护，即可。
中水也就是再生水，由废水或雨水经过适当的处理，达到一定的水质指标，质量满足本发明检测的使用要求的水。
本发明提供的一种飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂，包括以下组分：纯水、低聚丙烯酰胺、多聚磷酸钠、CS2、40％NaOH。
优选地，以重量份计算，所述组分为：100份纯水、40份低聚丙烯酰胺、0～10份多聚磷酸钠、10～30份CS2、15～35份40％NaOH。
优选地，所述低聚丙烯酰胺的重均分子量Mw≤10000。
优选地，所述低聚丙烯酰胺的重均分子量Mw≤8000。
优选地，飞灰与所述飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂的重量份比例为：
飞灰：高分子螯合物＝100：1.8。
本发明还提供了一种飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂的制备方法，包括以下步骤：
A、将0～10份多聚磷酸钠加入至40份低聚丙烯酰胺和100份纯水中，在体系温度为12℃均速搅拌至溶解，得到丙烯酰胺水溶液；
B、在体系温度低于20℃以下，取10～30份CS2和15～35份40％NaOH同步且均匀滴加至所述丙烯酰胺水溶液中，保持搅拌90分钟；
C、将体系升温至40℃，保持搅拌，1.5小时完成反应，得到飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂。
优选地，所述步骤A具体为：
在3℃的温度下将多聚磷酸钠加入至40份低聚丙烯酰胺和100份纯水中，体系升温至12℃，均速搅拌至溶解，得到丙烯酰胺水溶液。
优选地，所述步骤B具体为：体系温度控制在5℃，取10～30份CS2和15～35份40％NaOH同步且均匀滴加至所述丙烯酰胺水溶液中，搅拌30分钟，缓慢升温至20℃持续搅拌60分钟。
优选地，所述步骤C具体为：
将体系在5分钟内迅速升温至40℃，并保持搅拌1.5小时，结束反应，得到飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂。
优选地，所述多聚磷酸钠为2.5～7.5份、所述CS2为25～30份，40％NaOH为30～35份。
其中，本发明使用了多聚磷酸钠作为反应体系的稳定剂，同时，多聚磷酸钠能强化对重金属粒子的稳定性；
聚丙烯酰胺选用了低聚分子量的聚丙烯酰胺溶液，重均分子量Mw≤10000或Mw≤8000，作为硫代酸化反应的结构骨架；
本发明的技术可以得到以下有益效果：
(1)固化迅速，高效稳定，效果显著，性价比高，可以在较宽泛的pH范围，有效稳定固化Pb、Cd、Cu、Zn、Ni、Hg等重金属；
(2)螯合剂是水剂，本水剂原液可以直接添加，无需溶解，使用方便灵活，用药成本低；
(3)经过螯合剂螯合固化后的固化块没有体积增量，无需加水泥，填埋量少，降低填埋成本；
(4)按照飞灰的不同时段的重金属变化特性进行用药，可以达到最经济、高效、安全的飞灰螯合固化效果。
(5)本高分子螯合剂还可以用于回收重金属。
优选实施方式有：
本发明的制备方法包括以下步骤：
(A)、在3℃的温度下将多聚磷酸钠加入至40份低聚丙烯酰胺和100份纯水中，体系升温至12℃，均速搅拌至溶解，得到丙烯酰胺水溶液；
(B)、体系温度控制在5℃，取10～30份CS2和15～35份40％NaOH同步且均匀滴加至所述丙烯酰胺水溶液中，搅拌30分钟，缓慢升温至20℃持续搅拌60分钟；
(C)、将体系在5分钟内迅速升温至40℃，并保持搅拌1.5小时，结束反应，得到飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂。
下面通过多个实施例和检测飞灰固化结果对本发明进行详细描述：
实施例1
飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂的制备方法，包括以下步骤：
A1、将0.5Kg多聚磷酸钠加入至2Kg低聚丙烯酰胺(Mw≤10000)和5Kg纯水中，在体系温度为12℃均速搅拌至溶解，得到丙烯酰胺水溶液；
B1、在体系温度低于20℃以下，取0.5Kg CS2和0.75Kg 40％NaOH同步且均匀滴加至所述丙烯酰胺水溶液中，保持搅拌90分钟；
C1、将体系升温至40℃，保持搅拌，1.5小时完成反应，得到飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂1，备用。
实施例2
本实施例2的组分选取和制备步骤与实施例1的基本相同，不同的为：
多聚磷酸钠：0.25Kg；
CS2：0.75Kg；
40％NaOH：1Kg；
得到飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂2，备用。
实施例3
本实施例3的组分选取和制备步骤与实施例1的基本相同，不同的为：
多聚磷酸钠：不添加；
CS2：1Kg；
40％NaOH：1.25Kg；
得到飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂3，备用。
实施例4
本实施例4的组分选取和制备步骤与实施例1的基本相同，不同的为：
多聚磷酸钠：0.375Kg；
CS2：1.25Kg；
40％NaOH：1.5Kg；
得到飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂4，备用。
实施例5
本实施例5的组分选取和制备步骤与实施例1的基本相同，不同的为：
多聚磷酸钠：0.125Kg；
CS2：1.5Kg；
40％NaOH：1.75Kg；
得到飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂5，备用。
浙江某垃圾焚烧发电厂正常运行期间的飞灰，呈浅灰色，取灰量为300公斤，用水(中水)量为99公斤。
分别选取本发明的飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂(溶液)，各实施例得到的高分子螯合剂溶液各5.4公斤，分别与飞灰搅拌，搅拌时间为5min，标记好，并对形成的混合固化泥块养护3天。将养护好的飞灰固化块根据《HJ/T300-2007固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法》进行浸出，比照《GB16889-2008生活垃圾填埋场污染控制标准的重金属浓度》对12种重金属含量的限定值，检测飞灰固化块浸出液中的重金属浓度，判定高分子螯合飞灰固化块的浸出效果。
下面将各实施例使用量通过表1(高分子螯合剂的制备用量一览表)显示，将飞灰固化块的检测通过表2(高分子螯合剂螯合固化的飞灰固化块的重金属浸出检测结果与国标、与原灰含量效果对比)显示：
表1高分子螯合剂的制备用量一览表
表2高分子螯合剂螯合固化的飞灰固化块的重金属浸出检测结果与国标、与原灰含量效果对比
表2中所列出的测试结果表明，本发明的飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂及其制备方法固化稳定后的飞灰固化块重金属浸出浓度满足国标限定的技术要求，达到了国家危险废物鉴别标准以及生活垃圾填埋场入场标准要求。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂，其特征在于，包括以下组分：纯水、低聚丙烯酰胺、多聚磷酸钠、CS2、40％NaOH。
2.根据权利要求1所述的飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂，其特征在于，以重量份计算，所述组分为：100份纯水、40份低聚丙烯酰胺、0～10份多聚磷酸钠、10～30份CS2、15～35份40％NaOH。
3.根据权利要求1所述的飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂，其特征在于，所述低聚丙烯酰胺的重均分子量Mw≤10000。
4.根据权利要求1所述的飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂，其特征在于，所述低聚丙烯酰胺的重均分子量Mw≤8000。
5.根据权利要求1所述的飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂，其特征在于，飞灰与所述飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂的重量份比例为：
飞灰：高分子螯合物＝100：1.8。
6.一种飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、将0～10份多聚磷酸钠加入至40份低聚丙烯酰胺和100份纯水中，在体系温度为12℃均速搅拌至溶解，得到丙烯酰胺水溶液；
B、在体系温度低于20℃以下，取10～30份CS2和15～35份40％NaOH同步且均匀滴加至所述丙烯酰胺水溶液中，保持搅拌90分钟；
C、将体系升温至40℃，保持搅拌，1.5小时完成反应，得到飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂。
7.根据权利要求6所述的飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂的制备方法，其特征在于，所述步骤A具体为：
在3℃的温度下将多聚磷酸钠加入至40份低聚丙烯酰胺和100份纯水中，体系升温至12℃，均速搅拌至溶解，得到丙烯酰胺水溶液。
8.根据权利要求6所述的飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂的制备方法，其特征在于，所述步骤B具体为：体系温度控制在5℃，取10～30份CS2和15～35份40％NaOH同步且均匀滴加至所述丙烯酰胺水溶液中，搅拌30分钟，缓慢升温至20℃持续搅拌60分钟。
9.根据权利要求6所述的飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂的制备方法，其特征在于，所述步骤C具体为：
将体系在5分钟内迅速升温至40℃，并保持搅拌1.5小时，结束反应，得到飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂。
10.根据权利要求6～9中任意一项所述的飞灰重金属捕捉用高分子螯合剂的制备方法，其特征在于，所述多聚磷酸钠为2.5～7.5份、所述CS2为25～30份，40％NaOH为30～35份。
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