CN110217872A - 一种重金属捕集剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种重金属捕集剂，其有效成分的结构式如下所示：另外，本发明还提供了该重金属捕集剂的制备方法。该重金属捕集剂中氮原子构成网状结构，与重金属离子可形成网状结构的配位超分子化合物，与其它重金属捕集剂所形成的直线型结构相比，其絮凝沉淀颗粒大、絮体密实、沉降快，解决了现有重金属捕集剂絮凝作用效果差的问题，可应用于重金属废水中重金属离子的去除，捕集以及净化。

Description

一种重金属捕集剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种重金属捕集剂及其制备方法和应用，用于重金属废水中重金属离子的去除，捕集以及净化。
背景技术
垃圾焚烧厂在生产过程中会产生大量含有汞、铅、铬、镉、锌等众多重金属元素的粉尘，并且这些重金属元素很容易析出，根据中国《危险废物鉴别技术规范》，这些物质被定义为危险废弃物。
重金属捕集剂是一种与重金属离子强力螯合的化工药剂，其一方面能克服传统化学沉淀法和低分子捕集沉淀剂处理所存在的缺点和不足，另一方面也能满足更加严格的排放要求，在低浓度重金属废水处理领域作用日益明显，因此有着良好的市场应用前景。由于DTC类重金属捕集剂对重金属有较强的螯合作用，捕集重金属后形成稳定的沉淀物，无二次污染，而且其合成条件温和，操作简单，因此成为目前市场上应用最广泛的重金属捕捉剂种类。
目前，国内市场上的DTC类重金属捕集剂主要有两种：高分子螯合树脂DTCR和小分子DTC沉淀剂。前者有一定的絮凝作用，但高分子链的空间位阻使其与重金属离子的结合能力和沉淀效率降低，而后者存在的问题是沉淀颗粒太小，使用过程中需加入一定的絮凝剂。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中重金属捕集剂生产工艺复杂，絮凝作用效果差的问题。
为此，本发明提供了一种重金属捕集剂，其有效成分的结构式如下所示：
另外，本发明还提供了上述重金属捕集剂的制备方法，包括如下步骤：
1)将1,3,5-三嗪烷和氢氧化钠混合溶解于溶剂甲醇中，得到混合溶液；
2)将混合溶液冷却至0℃，再通过恒压漏斗向混合溶液中缓慢滴加二硫化碳；
3)待二硫化碳全部滴加完毕后，升温至40～60℃反应2～6h，所得反应液即为重金属捕集剂。
进一步的，所述步骤1)中1,3,5-三嗪烷和氢氧化钠的摩尔比为1:3～1:6。
进一步的，所述步骤1)中溶剂甲醇的添加量为1,3,5-三嗪烷质量的2～3倍。
进一步的，所述步骤2)中二硫化碳的滴加速度为15～30滴/分钟。
进一步的，所述步骤2)中二硫化碳与1,3,5-三嗪烷的摩尔比为8:1～10:1。
进一步的，所述步骤3)中将所得反应液真空旋蒸浓缩，再用乙醚沉淀三次，过滤烘干。
本发明提供的这种重金属捕集剂用于处理含有重金属的废水，所述重金属包括离子态和/或络合态重金属。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明提供的这种重金属捕集剂中氮原子构成网状结构，与重金属离子可形成网状结构的配位超分子化合物，与其它重金属捕集剂所形成的直线型结构相比，其絮凝沉淀颗粒大、絮体密实、沉降快，解决了现有重金属捕集剂絮凝作用效果差的问题。
(2)本发明提供的这种重金属捕集剂能与多种离子态和络合态重金属络合反应、絮凝沉淀，对于Ni2+、Zn2+、Pb2+、C6H8O7·3/2Ni、C4H6O6·Zn等多种重金属的去除率可以达到90％以上，去除效果明显。
(3)本发明提供的这种重金属捕集剂中由于网状结构的氮原子的存在，使得该螯合剂中氨基只以仲胺形式存在，从而保证了产品的纯度。
(4)本发明提供的这种重金属捕集剂的合成工艺简单，以1,3,5-三嗪烷为原料，使用甲醇作为溶剂，成本低，反应条件温和，易于大规模生产。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明重金属捕集剂的红外光谱图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
将10.85g(124.71mmol)的1,3,5-三嗪烷和15.0g(374.13mmol)的氢氧化钠溶解到30ml甲醇中，冷却到0℃，再通过恒压漏斗在搅拌下缓慢滴入60ml二硫化碳，二硫化碳的滴加速度为15滴/分钟，待二硫化碳全部滴加完毕后，升温至50℃继续反应4h，得到的反应液经真空旋蒸浓缩后，用乙醚沉淀三次，过滤烘干，即得重金属捕集剂，其收率为97％。
其合成路线如下所示：
取少量上述制得的产品进行红外表征，如图1所示，其中在1498cm-1处出现的强吸收峰是N-C＝S的特征伸缩振动的吸收峰，在1240cm-1处出现的强吸收峰是C＝S的特征伸缩振动的吸收峰，在1024cm-1处出现的强吸收峰是C-S的特征伸缩振动的吸收峰，充分表明重金属捕集剂中含有二硫代氨基甲酸基团。
实施例2：
将10.85g(124.71mmol)的1,3,5-三嗪烷和17.46g(436.48mmol)的氢氧化钠溶解到40ml甲醇中，冷却到0℃，再通过恒压漏斗在搅拌下缓慢滴入70ml二硫化碳，二硫化碳的滴加速度为15滴/分钟，待二硫化碳全部滴加完毕后，升温至60℃继续反应2h，得到的反应液经真空旋蒸浓缩后，用乙醚沉淀三次，过滤烘干，即得重金属捕集剂，其收率为92％。
实施例3：
将10.85g(124.71mmol)的1,3,5-三嗪烷和29.93g(748.26mmol)的氢氧化钠溶解到45ml甲醇中，冷却到0℃，再通过恒压漏斗在搅拌下缓慢滴入75ml二硫化碳，二硫化碳的滴加速度为20滴/分钟，待二硫化碳全部滴加完毕后，升温至40℃继续反应6h，得到的反应液经真空旋蒸浓缩后，用乙醚沉淀三次，过滤烘干，即得重金属捕集剂，其收率为93％。
实施例4：
分别用硫酸镍、氯化锌、硝酸铅配制模拟的游离态金属离子的重金属废水，试样的初始浓度约为10mg/L。
在不添加任何絮凝剂的情况下，分别在上述模拟的重金属废水中加入不同化学计量比的重金属捕集剂，在磁力搅拌器上搅拌20min后用0.2μm的微孔滤膜过滤，测定滤液中残留的重金属离子的浓度。在同样实验条件下，选用本发明实施例1制得的重金属捕集剂与市售的三种重金属捕集剂(即市售捕集剂1#、市售捕集剂2#,、市售捕集剂3#)以及中国专利CN102432089A制得的重金属捕集剂(即对比例)进行比较，当重金属捕集剂分别在上述三种模拟重金属废水中实际投加量为理论投加量的1.0、1.2、1.5倍时，测定滤液中重金属离子的残留浓度如表1所示：
由表1可知，本发明的重金属捕集剂可大幅度降低重金属废水中游离镍、锌、铅，而且在同样实验条件下，本发明对游离锌、铅的去除效果明显优于市售的三种重金属捕集剂和对比例的重金属捕集剂。
实施例5：
采用柠檬酸镍溶解于水中，模拟配制含络合态镍的C6H8O7·3/2Ni溶液，其中络合态镍浓度为10mg/L。取该自配废水200ml置于锥形瓶中，加入实施例1制得的重金属捕集剂0.5g，搅拌10min，静置15min，产生沉淀，取上清液过滤后用原子吸收光谱法测定镍浓度为0.053mg/L，去除率为99.47％。
实施例6：
采用酒石酸锑钾和氯化锌溶解于水中，模拟配制含络合态锌的C4H6O6·Zn溶液，其中络合态锌浓度为10mg/L。取该自配废水200ml置于锥形瓶中，加入实施例1制得的重金属捕集剂0.5g，搅拌10min，静置15min，产生沉淀，取上清液过滤后用原子吸收光谱法测定锌浓度为0.91mg/L，去除率为90.9％。
实施例7：
采用酒石酸锑钾、氯化锌配制C4H6O6·Zn溶液，与硝酸铅混合模拟配制含游离态铅和络合态锌的混合重金属废水，其中游离态铅浓度为18mg/L，络合态锌浓度为6.5mg/L。量取该重金属废水200ml置于锥形瓶中，加入实施例1制得的重金属捕集剂0.8g，搅拌10min，静置15min，产生沉淀，取上清液过滤后用原子吸收光谱法测定锌、铅的浓度分别为0.617mg/L，0.122mg/L，对应去除率分别为90.5％和99.32％。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种重金属捕集剂，其特征在于，其有效成分的结构式如下所示：
2.如权利要求1所述的一种重金属捕集剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将1,3,5-三嗪烷和氢氧化钠混合溶解于溶剂甲醇中，得到混合溶液；
2)将混合溶液冷却至0℃，再通过恒压漏斗向混合溶液中缓慢滴加二硫化碳；
3)待二硫化碳全部滴加完毕后，升温至40～60℃反应2～6h，所得反应液即为重金属捕集剂。
3.如权利要求2所述的一种重金属捕集剂的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中1,3,5-三嗪烷和氢氧化钠的摩尔比为1:3～1:6。
4.如权利要求2所述的一种重金属捕集剂的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中溶剂甲醇的添加量为1,3,5-三嗪烷质量的2～3倍。
5.如权利要求2所述的一种重金属捕集剂的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中二硫化碳的滴加速度为15～30滴/分钟。
6.如权利要求2所述的一种重金属捕集剂的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中二硫化碳与1,3,5-三嗪烷的摩尔比为8:1～10:1。
7.如权利要求2所述的一种重金属捕集剂的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中将所得反应液真空旋蒸浓缩，再用乙醚沉淀三次，过滤烘干。
8.如权利要求1所述的应用重金属捕集剂的应用，其特征在于：用于处理含有重金属的废水，所述重金属包括离子态和/或络合态重金属。
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