CN108976315B - 一种用于处理含重金属废水的海藻衍生物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于处理含重金属废水的海藻酸衍生物及其制备方法；旨在提供一种用于处理含重金属废水的海藻酸衍生物，该海藻酸衍生物具有表面活性剂好，同时含有阴离子和阳离子两种电荷基团的疏水缔合聚合物，其净水效果好，处理速度快，尤其重金属有良好的吸附作用的海藻酸衍生物；其技术方案为是海藻酸钠经羰基活化剂活化后，在酸性调节下与聚乙烯亚胺反应经纯化后得海藻酸聚乙烯亚胺接枝产物；属于业废水处理技术领域。

Description

一种用于处理含重金属废水的海藻衍生物及其制备方法
技术领域
本发明公开了一种用于处理含重金属废水的海藻酸衍生物，本发明还公开该海藻酸衍生物的制备方法，属于业废水处理技术领域。
背景技术
海藻酸是19世纪80年代英国化学家从褐色海藻中分离出来的一种无支链天然高分子多糖，并在20世纪初开始商业化生产。商业用的海藻酸主要以海藻酸盐的形式存在，包括海藻酸钙、海藻酸钾、海藻酸钠，在食品、纺织、印刷、医药等行业都具有广泛的运用。海藻酸本身不溶于非极性溶剂，微溶于水；而海藻酸钠(Alg-Na)拥有大量的－COO－，在水溶液中表现出聚阴离子形态。海藻酸作为多糖类物质家族中一个非常重要的组成成员，具有许多优异的特性，如无毒、生物相容性好、可生物降解、价格低廉等。且海藻酸盐上游大量羧基及羟基活性基团，在水溶液中表现出聚阴离子形态，对多种重金属离子表现出良好的吸附特性。
人类生产活动对水资源造成严重的污染，工业引起的水体污染最严重，尤其是含重金属废水，潜在危害性极大，处理难度也非常大。根据重金属废水中所含重金属元素进行分类，一般可以分为含铬废水、含镍废水、含镉废水和含铜废水等。虽然，海藻酸对虽然对重金属有一定的吸附作用，目前对污水的重金属处理效果并不理想。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于处理含重金属废水的海藻酸衍生物，该海藻酸衍生物具有表面活性剂好，同时含有阴离子和阳离子两种电荷基团的疏水缔合聚合物，其净水效果好，处理速度快，尤其重金属有良好的吸附作用，本发明还公开该海藻酸衍生物的制备方法。
为此，本发明的提供的第一个技术方案是这样的：
一种用于处理含重金属废水的海藻酸衍生物，结构式如下所示：
Figure BDA0001754591320000021
n为150-170，聚合物分子量为300000-400000。
本发明提供的第二个技术方案是这样的：
一种用于处理含重金属废水的海藻酸衍生物的制备方法，是海藻酸钠经羰基活化剂活化后，在酸性调节下与聚乙烯亚胺反应经纯化后得海藻酸聚乙烯亚胺接枝产物。
进一步的，上述的一种用于处理含重金属废水的海藻酸衍生物的制备方法，依次包括下述步骤：
3)将海藻酸钠溶于水中配置成为海藻酸钠溶液，室温下搅拌完全溶解；
4)向步骤1)的溶液中加入羰基活化剂对羰基进行活化，采用无机酸调节pH至3.5～4.0，反应30～45min，按重量比1:5(海藻酸钠固体：聚乙烯亚胺)加入聚乙烯亚胺，持续恒温搅拌5～10h，将所得产物用无水乙醇进行沉析，离心，洗涤3次，将产物放入冰箱-5℃～-10℃冻干，进一步纯化得海藻酸聚乙烯亚胺接枝产物。
进一步的，上述的一种用于处理含重金属废水的海藻酸衍生物的制备方法，所述海藻酸钠溶液质量百分浓度为2％。
进一步的，上述的一种用于处理含重金属废水的海藻酸衍生物的制备方法，所述无机酸为0.5M盐酸。
进一步的，上述的一种用于处理含重金属废水的海藻酸衍生物的制备方法，所述羰基活化剂为己二酰二肼、聚乙二醇二胺、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸的其中之一。
进一步的，上述的一种用于处理含重金属废水的海藻酸衍生物的制备方法，步骤2)所述的纯化是将所得固体产物溶解于纯水中，透析一天除去小分子杂质，再次加入乙醇进行沉析，离心、干燥即可得到海藻酸聚乙烯亚胺接枝产物。
进一步的，上述的一种用于处理含重金属废水的海藻酸衍生物的制备方法，所述海藻酸钠、羰基活化剂和聚乙烯亚胺的质量比为：1：1.8～2：4.6～5
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明提供的海藻酸衍生物在水中的临界缔合浓度均小于海藻酸钠的临界胶束浓度，具有表面活性剂的性质，在接枝后引入大量胺，生成大量极性集团酰胺键，成为分子链上同时含有阴离子和阳离子两种电荷基团的疏水缔合聚合物，产生良好的絮凝效果。
2、发明提供的海藻酸衍生物具有原料易得，无毒、生物相容性好、可生物降解，可以脱除水溶性污染物，制备方法简单，操作便捷。
具体实施方式
为了便于本技术人员的理解，下面结合实施例对本发明做出进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
本发明提供的海藻酸衍生物其结构式为：
Figure BDA0001754591320000031
其中，n为150-170，分子量为300000-400000，优选n为161，分子量为350000。
合成工艺如下：
Figure BDA0001754591320000041
实施例2
上述海藻酸衍生物的一种制备方法为：称取4g海藻酸钠与200mL蒸馏水置于烧瓶中，室温下搅拌完全溶解。加入8g羰基活化剂1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸(EDC.HCL)对羰基进行活化，采用0.5M的HCl调节溶液pH至3.5～4.0，反应30min，加入20g聚乙烯亚胺，持续恒温搅拌5h，将所得产物用无水乙醇进行沉析，离心，洗涤3次，将产物放入冰箱-5℃～-10℃冻干。将所得固体产物溶解于纯水中，透析一天除去小分子杂质，再次加入乙醇进行沉析，离心、干燥即可得到海藻酸聚乙烯亚胺接枝产物。
实施例3
上述海藻酸衍生物的另一种制备方法为：上述海藻酸衍生物的制备方法：称取4g海藻酸钠与200mL蒸馏水置于烧瓶中，室温下搅拌完全溶解。加入8g羰基活化剂1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸(EDC.HCL)对羰基进行活化，采用0.5M的HCl调节溶液pH至3.5～4.0，反应30min，加入20g聚乙烯亚胺，持续恒温搅拌8h，将所得产物用无水乙醇进行沉析，离心，洗涤3次，将产物放入冰箱-5℃～-10℃冻干。将所得固体产物溶解于纯水中，透析一天除去小分子杂质，再次加入乙醇进行沉析，离心、干燥即可得到海藻酸聚乙烯亚胺接枝产物。
实施例4
上述海藻酸衍生物的另一种制备方法为：上述海藻酸衍生物的制备方法：称取4g海藻酸钠与200mL蒸馏水置于烧瓶中，加热至35～40℃搅拌完全溶解。加入8g羰基活化剂1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸(EDC.HCL)对羰基进行活化，采用0.5M的HCl调节溶液pH至3.5～4.0。反应45min，加入20g聚乙烯亚胺，持续恒温搅拌10h，将所得产物用无水乙醇进行沉析，离心，洗涤3次，将产物放入冰箱-5℃～-10℃冻干。将所得固体产物溶解于纯水中，透析一天除去小分子杂质，再次加入乙醇进行沉析，离心、干燥即可得到海藻酸聚乙烯亚胺接枝产物。
实施例2至4中所述的海藻酸衍生物使用量为每处理100mL废水需要海藻酸衍生物0.02-0.05g。
为了证明本发明提供的技术方案的效果，下面给出本发明提供的海藻酸衍生物的应用性试验：
案例1
取100mL某化工厂电镀废水(各离子含量分别为：Cu2+：38.7ppm、Cd2+：30ppm)加入烧杯中，加稀硫酸溶液调pH至5.5，转速300r/min，加入实施例1中海藻酸衍生物0.05g，常温下搅拌反应，10min后停止搅拌，离心分离，取上清液，用分光光度计测量吸附后的重金属离子浓度分别为Cu2+：0.4ppm、Cd2+：0.3ppm。
案例2
取100mL废水(各离子含量分别为：Cu2+：40.3ppm、Cd2+：39.7ppm)加入烧杯中，加稀硫酸或稀氢氧化钠溶液调pH至7.0，转速300r/min，加入实施例2中海藻酸衍生物0.05g，常温下搅拌反应，10min后停止搅拌，离心分离，取上清液，用分光光度计测量吸附后的重金属离子浓度Cu2+：0.3ppm、Cd2+：0.4ppm。
案例3
取100mL废水(各离子含量分别为：Cu2+：39.3ppm、Cd2+：33.8ppm)加入烧杯中，加稀氢氧化钠溶液调pH至9.0，转速300r/min，加入实施例1中海藻酸衍生物0.05g，常温下搅拌反应，10min后停止搅拌，离心分离，取上清液测量吸附后的重金属离子浓度Cu2+：0.5ppm、Cd2+：0.2ppm。
案例4
取100mL废水(各离子含量分别为：：Cu2+：41.4ppm、Cd2+：36.2ppm)加入烧杯中，加稀硫酸或稀氢氧化钠溶液调pH至9.0，转速300r/min，加入实施例3中海藻酸衍生物0.02g，常温下搅拌反应，10min后停止搅拌，离心分离，取上清液，用分光光度计测量吸附后的重金属离子浓度Cu2+：0.2ppm、Cd2+：0.3ppm。
对比案例1
取100mL废水(各离子含量分别为：Cu2+：41.4ppm、Cd2+：36.2ppm)加入烧杯中，加稀硫酸或稀氢氧化钠溶液调pH至9.0，转速300r/min，加入海藻酸0.02g，常温下搅拌反应，10min后停止搅拌，离心分离，取上清液用分光光度计测量吸附后的重金属离子浓度Cu2+：19.2ppm、Cd2+：21.3ppm。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于处理含重金属废水的海藻酸衍生物，其特征在于，是海藻酸钠经羰基活化剂活化后，在酸性条件下与聚乙烯亚胺反应经纯化后得海藻酸聚乙烯亚胺接枝产物；
结构式如下所示：
Figure FDA0002813153710000011
n为150-170，聚合物分子量为300000-400000；
所述羰基活化剂为己二酰二肼、聚乙二醇二胺、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸的其中之一。
2.制备权利要求1所述的一种用于处理含重金属废水的海藻酸衍生物的方法，其特征在于，是海藻酸钠经羰基活化剂活化后，在酸性条件下与聚乙烯亚胺反应经纯化后得海藻酸聚乙烯亚胺接枝产物。
3.根据权利要求2所述的一种用于处理含重金属废水的海藻酸衍生物的制备方法，其特征在于，依次包括下述步骤：
1)将海藻酸钠溶于水中配置成为海藻酸钠溶液，室温下搅拌完全溶解；
2)向步骤1)的溶液中加入羰基活化剂对羰基进行活化，采用无机酸调节pH至3.5～4.0，反应30～45min，按海藻酸钠固体：聚乙烯亚胺重量比1:5加入聚乙烯亚胺，持续搅拌5～10h，将所得产物用无水乙醇进行沉析，离心，洗涤3次，将产物放入冰箱-5℃～-15℃冻干，进一步纯化得海藻酸聚乙烯亚胺接枝产物。
4.根据权利要求3所述的一种用于处理含重金属废水的海藻酸衍生物的制备方法，其特征在于，所述海藻酸钠溶液质量百分浓度为2％。
5.根据权利要求3所述的一种用于处理含重金属废水的海藻酸衍生物的制备方法，其特征在于，所述无机酸为0.5M盐酸。
6.根据权利要求3所述的一种用于处理含重金属废水的海藻酸衍生物的制备方法，其特征在于，步骤2)所述的纯化是将所得固体产物溶解于纯水或1mM的HCl溶液
中，透析一天除去小分子杂质，再次加入乙醇进行沉析，离心、干燥即可得到海藻酸聚乙烯亚胺接枝产物。
7.根据权利要求3所述的一种用于处理含重金属废水的海藻酸衍生物的制备方法，其特征在于，所述海藻酸钠、羰基活化剂和分子量1800的聚乙烯亚胺的质量比为：1：1.8～2：5。
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