CN111790094A - 一种飞灰螯合剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种飞灰螯合剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种飞灰螯合剂及其制备方法和应用，所述飞灰螯合剂包括二甲基二硫代氨基甲酸钠盐、十二烷基苯磺酸钠盐和任选地2‑巯基乙基3‑巯基丙酸钠盐。本发明提供的飞灰螯合剂对飞灰中重金属离子的螯合能力强、稳定化处理效果好，能螯合飞灰中所有种类的重金属离子，并达到填埋标准。

Description

一种飞灰螯合剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种飞灰螯合剂及其制备方法和应用。
背景技术
焚烧垃圾产生大量含有重金属的飞灰，其含量大大超过了卫生填埋标准，成为危险废物，对人体和环境的危害极大。因此需对飞灰中的重金属进行稳定化处置，使其符合填埋标准或可以进行后续资源化利用。
稳定化固化处理技术是指利用不同类型的螯合剂与飞灰中的有害物质发生化学反应如沉淀、吸附、离子交换和氧化还原等一系列反应，使其转化为低溶解性、低迁移性及低毒性的物质的过程。稳定化固化处理技术具有操作简单、处理效果见效快、稳定性好、费用较低、操作简单等优点，已成为国内外焚烧飞灰无害化处置普遍采用的技术方法。然而目前飞灰稳定化固化处理所使用的化学药剂对部分重金属的螯合能力不足，尤其是对Pb和Cd的螯合能力更是不乐观，另外，在强酸性(pH＜4)或者强碱性(pH＞12)环境中，目前重金属螯合物极不稳定，容易再次浸出，造成二次污染。
因此提供一种螯合能力强、处理效果好、具有极高的抗酸碱冲击能力和长期稳定性的飞灰螯合剂，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本申请的发明人经过深入研究，提供了一种新的螯合剂，该螯合剂组成简单，螯合剂对飞灰中重金属离子的螯合能力强、稳定化处理效果好，能螯合飞灰中所有种类的重金属离子，尤其是Pb和Cd，均能达到填埋标准。
根据本发明的一个方面，提供了一种飞灰螯合剂，其包括二甲基二硫代氨基甲酸钠盐、十二烷基苯磺酸钠盐和任选地2-巯基乙基3-巯基丙酸钠盐。其中所述“任选地”表示2-巯基乙基3-巯基丙酸钠盐可以根据需要添加或者不添加。
二甲基二硫代氨基甲酸钠盐的分子结构中含有极性基团，与多种重金属具有极强的络合能力，而且生成的螯合物水溶性小。
Figure BDA0002613358790000021
二甲基二硫代氨基甲酸钠盐稳定重金属的反应方程式如式1所示(以Pb2+为例)。Pb最外层电子排布式为6s26p2，在失去2个电子后成为Pb2+，它的5d轨道便成了空轨道，这样Pb2 +的外层电子排布为5d06s2。二硫代羧基的S原子上有3对孤对电子，其中的两对可以占用Pb2+的空d轨道，从而形成稳定的配位键。根据配位场理论，d轨道全空的情况下，为了使各电子对之间的互相排斥的力量最小，易形成四面体型的结构。从而使得S原子的外层4对电子也形成互斥力最小的正四面体沟型，二甲基二硫代氨基甲酸钠盐螯合重金属离子形成的空间结构如式2所示：
Figure BDA0002613358790000022
最终它们会形成稳定的交联网状的螯合物，不同的重金属离子与重金属螯合剂所形成的螫合结构是不相同的，但最终的结果都是形成不溶于水、稳定的高分子重金属离子螯合物，达到重金属废物稳定化的目的。
十二烷基苯磺酸钠盐能明显改善飞灰、螯合剂和工艺水的混合溶液体系的界面状态，大大增强重金属螯合效果。
根据本发明的优选实施方式，所述二甲基二硫代氨基甲酸钠盐占飞灰螯合剂总质量的40-60％，优选为40-45％，例如，所述二甲基二硫代氨基甲酸钠盐占飞灰螯合剂总质量的40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％、50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％、60％以及它们之间的任意值，优选为40-50％，更优选为40-45％。
根据本发明的优选实施方式，所述十二烷基苯磺酸钠盐占飞灰螯合剂总质量的0.5-3％，例如，所述十二烷基苯磺酸钠盐占飞灰螯合剂总质量的0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％以及它们之间的任意值，优选为1-2.5％。
根据本发明的优选实施方式，所述2-巯基乙基3-巯基丙酸钠盐占飞灰螯合剂总质量的0-10％，例如，所述2-巯基乙基3-巯基丙酸钠盐占飞灰螯合剂总质量的0、0.01％、0.1％、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％、10％以及它们之间的任意值，优选为5-10％。
根据本发明的优选实施方式，所述飞灰螯合剂由二甲基二硫代氨基甲酸钠盐、十二烷基苯磺酸钠盐和水组成。
根据本发明的优选实施方式，所述飞灰螯合剂由二甲基二硫代氨基甲酸钠盐、十二烷基苯磺酸钠盐、2-巯基乙基3-巯基丙酸钠盐和水组成。加入2-巯基乙基3-巯基丙酸钠盐稳定化处理的飞灰螯合物能形成三维网络结构，将重金属螯合物完全包裹，在酸、碱环境下均具有优良的稳定性。
本发明还提供了上述飞灰螯合剂的制备方法，包括将二甲基二硫代氨基甲酸钠盐、十二烷基苯磺酸钠盐和任选地2-巯基乙基3-巯基丙酸钠盐与水接触，即得所述飞灰螯合剂。
根据本发明的优选实施方式，所述方法包括将二甲基二硫代氨基甲酸钠盐、十二烷基苯磺酸钠盐和任选地2-巯基乙基3-巯基丙酸钠盐依次加入到水中混合，陈化后得到所述飞灰螯合剂。
根据本发明的优选实施方式，所述陈化时间为30-60min。
本发明还提供了上述飞灰螯合剂在处理重金属污染中的应用。
本发明的有益效果是：
(1)飞灰螯合剂对飞灰中重金属离子的螯合能力强、稳定化处理效果好，能螯合飞灰中所有种类的重金属离子，并达到填埋标准。
(2)使用本发明飞灰螯合剂稳定化处理的飞灰螯合物具有极高的抗酸碱冲击能力和长期稳定性。
(3)本发明飞灰螯合剂的制备方法简单，易操作。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行详细说明，但本发明并不受下述实施例限定。
在本发明实施例中，飞灰螯合物检测项目和方法如表1所示：
表1
Figure BDA0002613358790000041
实施例1
一种飞灰螯合剂，其由45wt％的二甲基二硫代氨基甲酸钠盐，2wt％的十二烷基苯磺酸钠盐和水组成。
所述飞灰螯合剂的制备方法包括将所述二甲基二硫代氨基甲酸钠盐、十二烷基苯磺酸钠盐和水搅拌均匀后陈化30min，得到所述的飞灰螯合剂。
在飞灰中添加飞灰质量1.5％和2.0％的飞灰螯合剂，并加入飞灰量30.0％的工艺水，搅拌均匀并放置72h后检测，测试结果见表2和表3。
实施例2
一种飞灰螯合剂，其由60wt％的二甲基二硫代氨基甲酸钠盐，2wt％的十二烷基苯磺酸钠盐和水组成。
飞灰螯合剂的制备方法以及测试方法与实施例1中相同。
实施例3
一种飞灰螯合剂，其由40wt％的二甲基二硫代氨基甲酸钠盐，2wt％的十二烷基苯磺酸钠盐和水组成。
飞灰螯合剂的制备方法以及测试方法与实施例1中相同。
实施例4
一种飞灰螯合剂，其由50wt％的二甲基二硫代氨基甲酸钠盐，2wt％的十二烷基苯磺酸钠盐和水组成。
飞灰螯合剂的制备方法以及测试方法与实施例1中相同。
实施例5
一种飞灰螯合剂，其由55wt％的二甲基二硫代氨基甲酸钠盐，2wt％的十二烷基苯磺酸钠盐和水组成。
飞灰螯合剂的制备方法以及测试方法与实施例1中相同。
实施例6
一种飞灰螯合剂，其由45wt％的二甲基二硫代氨基甲酸钠盐，0.5wt％的十二烷基苯磺酸钠盐和水组成。
飞灰螯合剂的制备方法以及测试方法与实施例1中相同。
实施例7
一种飞灰螯合剂，其由45wt％的二甲基二硫代氨基甲酸钠盐，1.0wt％的十二烷基苯磺酸钠盐和水组成。
飞灰螯合剂的制备方法以及测试方法与实施例1中相同。
实施例8
一种飞灰螯合剂，其由45wt％的二甲基二硫代氨基甲酸钠盐，1.5wt％的十二烷基苯磺酸钠盐和水组成。
飞灰螯合剂的制备方法以及测试方法与实施例1中相同。
实施例9
一种飞灰螯合剂，其由45wt％的二甲基二硫代氨基甲酸钠盐，2.5wt％的十二烷基苯磺酸钠盐和水组成。
飞灰螯合剂的制备方法以及测试方法与实施例1中相同。
实施例10
一种飞灰螯合剂，其由45wt％的二甲基二硫代氨基甲酸钠盐，3.0wt％的十二烷基苯磺酸钠盐和水组成。
飞灰螯合剂的制备方法以及测试方法与实施例1中相同。
实施例11
一种飞灰螯合剂，其由45wt％的二甲基二硫代氨基甲酸钠，2.0wt％的十二烷基苯磺酸钠，10wt％的2-巯基乙基3-巯基丙酸钠和水组成。
所述飞灰螯合剂的制备方法包括将所述二甲基二硫代氨基甲酸钠盐、十二烷基苯磺酸钠盐、2-巯基乙基3-巯基丙酸钠和水搅拌均匀后陈化30min，得到所述的飞灰螯合剂。
在飞灰中添加飞灰质量1.5％和2.0％的飞灰螯合剂，并加入飞灰量30.0％的工艺水，搅拌均匀并放置72h后检测。
实施例12
一种飞灰螯合剂，其由45wt％的二甲基二硫代氨基甲酸钠，2.0wt％的十二烷基苯磺酸钠，8wt％的2-巯基乙基3-巯基丙酸钠和水组成。
所述飞灰螯合剂的制备方法与测试方法与实施例11中相同。
实施例13
一种飞灰螯合剂，其由45wt％的二甲基二硫代氨基甲酸钠，2.0wt％的十二烷基苯磺酸钠，7wt％的2-巯基乙基3-巯基丙酸钠和水组成。
所述飞灰螯合剂的制备方法与测试方法与实施例11中相同。
实施例14
一种飞灰螯合剂，其由45wt％的二甲基二硫代氨基甲酸钠，2.0wt％的十二烷基苯磺酸钠，6wt％的2-巯基乙基3-巯基丙酸钠和水组成。
所述飞灰螯合剂的制备方法与测试方法与实施例11中相同。
实施例15
一种飞灰螯合剂，其由45wt％的二甲基二硫代氨基甲酸钠，2.0wt％的十二烷基苯磺酸钠，5wt％的2-巯基乙基3-巯基丙酸钠和水组成。
所述飞灰螯合剂的制备方法与测试方法与实施例11中相同。
实施例16
一种飞灰螯合剂，其由45wt％的二甲基二硫代氨基甲酸钠，2.0wt％的十二烷基苯磺酸钠，3wt％的2-巯基乙基3-巯基丙酸钠和水组成。
所述飞灰螯合剂的制备方法与测试方法与实施例11中相同。
实施例17
一种飞灰螯合剂，其由45wt％的二甲基二硫代氨基甲酸钠，2.0wt％的十二烷基苯磺酸钠，1wt％的2-巯基乙基3-巯基丙酸钠和水组成。
所述飞灰螯合剂的制备方法与测试方法与实施例11中相同。
飞灰稳定性测试：
将实施例1、9和实施例12-14的飞灰螯合剂分别在pH为2和13的条件下进行稳定性测试，其测试结果如表4所示。
施例11中相同。
表2
Figure BDA0002613358790000081
Figure BDA0002613358790000091
表2中测试条件pH为10.8，飞灰螯合剂为飞灰含量的1.5％，各数值的单位均为mg/L；ND表示未测出。
表3
Figure BDA0002613358790000092
Figure BDA0002613358790000101
表3中测试条件pH为10.8，飞灰螯合剂为飞灰含量的2.0％，各数值的单位均为mg/L；ND表示未测出。
表4
Figure BDA0002613358790000102
Figure BDA0002613358790000111
表4中飞灰螯合剂为飞灰含量的1.5％，各数值的单位均为mg/L；ND表示未测出。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (10)

1.一种飞灰螯合剂，其包括二甲基二硫代氨基甲酸钠盐、十二烷基苯磺酸钠盐和任选地2-巯基乙基3-巯基丙酸钠盐。
2.根据权利要求1所述的飞灰螯合剂，其特征在于，所述二甲基二硫代氨基甲酸钠盐占飞灰螯合剂总质量的40-60％，优选为40-45％。
3.根据权利要求1所述的飞灰螯合剂，其特征在于，所述十二烷基苯磺酸钠盐占飞灰螯合剂总质量的0.5-3％。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的飞灰螯合剂，其特征在于，所述2-巯基乙基3-巯基丙酸钠盐占飞灰螯合剂总质量的0-10％，优选为5-10％。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的飞灰螯合剂，其特征在于，所述飞灰螯合剂由二甲基二硫代氨基甲酸钠盐、十二烷基苯磺酸钠盐和水组成。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的飞灰螯合剂，其特征在于，所述飞灰螯合剂由二甲基二硫代氨基甲酸钠盐、十二烷基苯磺酸钠盐、2-巯基乙基3-巯基丙酸钠盐和水组成。
7.权利要求1-6中任一项所述的飞灰螯合剂的制备方法，包括将二甲基二硫代氨基甲酸钠盐、十二烷基苯磺酸钠盐和任选地2-巯基乙基3-巯基丙酸钠盐与水接触，即得所述飞灰螯合剂。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述方法包括将二甲基二硫代氨基甲酸钠盐、十二烷基苯磺酸钠盐和任选地2-巯基乙基3-巯基丙酸钠盐依次加入到水中混合，陈化后得到所述飞灰螯合剂。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述陈化时间为30-60min。
10.权利要求1-6中任一项所述的飞灰螯合剂和权利要求7-9中任一项所述的制备方法制得的飞灰螯合剂在处理重金属污染中的应用。
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