重金属捕捉剂的制备

发布日期:2020/3/24 8:40:08

背景及概述^[1][2]

重金属捕捉剂又叫重金属螯合剂，它能与绝大部分重金属离子发生强力的螯合反应，对重金属离子有良好的去除效果。通过重金属捕捉剂处理后，出水的大多数重金属离子的浓度都能达到国家排放标准，因此重金属捕捉剂广泛的用于电镀、电子等行业含有水溶性络合重金属离子的废水处理。常用的重金属捕捉剂主要是二硫代氨基甲酸类化合物的衍生物，根据键合在其上的官能团差别，合成的捕集剂可以分为低分子化合物及高分子聚合物两种，即螯合剂和螯合树脂两种。螯合剂为线性结构，易溶于水；螯合树脂为空间立体架桥结构，难溶于水。在实际应用中，螯合剂对于成分复杂的重金属废水具有极好的去除效率；而螯合树脂主要用于分离和回收废水中的贵重金属。

传统的重金属捕捉剂包括PH调节剂、硫化物、硫氢化物等。用PH调节剂的中和沉淀法存在如下不足：沉淀后，需要回调PH才可排放；废水中有多种重金属共存，含有两性金属时，PH偏高，沉淀会再溶解；废水中存在络合物，中和沉淀难以去除；沉淀颗粒小，不易沉淀。用硫化物沉淀存在如下缺点：硫化物沉淀颗粒小，不利于沉淀处理；残留在水中，PH值降低时生成有毒的硫化氢气体。

近年来，越来越多的改性有机物被用于重金属离子废水处理，从发展趋势来看，主要朝两方面进展：一方面利用高分子材料为原料，增大螯合分子的分子量；另一方面增大分子螯合容量，即增加分子上螯合基团的数量。而大分子上有效的螯合基团不多，且螯合能力较弱。

重金属捕捉剂与重金属的作用形式是:重金属捕集剂与溶解态的重金属离子作用并转化为不溶的重金属化合物,经沉淀和浮上法从废水中除去。目前具体应用的有:碱性物质、硫化剂、高分子重金属鳌合剂、表面活性剂、吸附剂和生物絮凝剂等。

重金属捕捉剂

制备^[2]

蒙脱石重金属捕捉剂及其制备方法，将蒙脱石进行二硫代氨基甲酸改性，得到二硫代氨基甲酸插层蒙脱石，方法简单、可操作性强，价廉易得，制得的重金属捕捉剂性质稳定，有很强的重金属离子捕集能力，所产生的矾花大且重，沉淀速度快。

1.称取10g酸活化的蒙脱石，用去500mL的去离子水洗涤、离心脱水4次后，洗水(即清洗后的去离子水)的pH为6.7。再加入90mL的去离子水搅拌，制成浓度为10％的蒙脱石悬浮液矿浆，

2.称取1g的十二烷基三甲基溴化铵，溶于100mL的去离子水中配置成质量百分比浓度为1％的表面活性剂溶液，在搅拌的同时缓缓倒入上述蒙脱石悬浮液矿浆，进行活化反应12小时，其间持续搅拌，然后离心脱水。用去离子水洗涤4次后，再加190mL去离子水搅拌，制成浓度为5％的活化蒙脱石悬浮液矿浆。

3.量取5mL的二乙烯三胺，在搅拌的同时缓缓倒入上述活化蒙脱石悬浮液矿浆，进行插层反应4小时，其间持续搅拌，得到插层活化蒙脱石悬浮液矿浆。

4.称取6g的NaOH，加入50mL的去离子水中，在搅拌的同时缓缓倒入插层活化蒙脱石悬浮液矿浆，得到碱性插层活化蒙脱石悬浮液矿浆，冷却至室温。

5.量取6mL的二硫化碳CS2，在搅拌的同时缓缓倒入上述碱性插层活化蒙脱石悬浮液矿浆，进行二硫代氨基甲酸化反应4小时，其间持续搅拌，温度保持在10～45℃。最终产物即为二硫代氨基甲酸插层蒙脱石的暗红色悬浮浆液。

酸敏型重金属捕捉剂：

步骤一P(GMA-N3)聚合物主链A的合成

取1份的2-溴异丁酸乙酯引发剂、600份的甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）、1000的份二苯醚、5份的CuBr及5份的N,N,N',N',N"-五甲基二乙烯三胺（PMDETA），在氮气保护下30℃进行ATRP反应7小时，得到聚合度（DP）为500的聚甲基丙烯酸缩水甘油酯（PGMA）；

取100份的PGMA（DP=500）、200份的NaN3及300份的二甲基甲酰胺（DMF），在60℃反应50小时，得到P(GMA-N3)，作为聚合物主链A；

步骤二二种侧链的合成

酸敏型高分子侧链C的合成：取1份的溴代异丁酸丙炔酯引发剂、150份的甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯（DMAEMA）、100份的甲醇、2份CuCl及2份的2,2-联吡啶，在氮气保护下50℃进行ATRP反应6小时，得到聚合度（DP）为110的PDMAEMA-C≡CH即酸敏型高分子侧链C；

多硫高分子侧链B的合成：取100份的甲基丙烯酸缩水甘油酯、250份的3,7-二硫杂-1,9-壬二硫醇、3份的氢氧化锂及400份的二氯甲烷，常温反应36小时，得甲基丙烯酸3,7-二硫杂-1-壬硫醇（DNTEMA）；

取1份的溴代异丁酸丙炔酯引发剂、200份的甲基丙烯酸3,7-二硫杂-1-壬硫醇（DNTEMA）、200份的甲苯、2份CuBr及2份的N,N,N',N',N"-五甲基二乙烯三胺（PMDETA），在氮气保护下60℃进行ATRP反应8小时，得到聚合度（DP）为140的PDNTEMA-C≡CH即多硫高分子侧链B；

步骤三酸敏型聚合物分子刷PGMA-g-(PDNTEMA-r-PDMAEMA)的合成

取10份的P(GMA-N3)、40份的PDMAEMA-C≡CH及20份的PDNTEMA-C≡CH溶于500份的二甲基甲酰胺（DMF），再加入2份的CuSO4及10份抗坏血酸钠，30℃下反应50小时，得到酸敏型聚合物分子刷PGMA-g-(PDNTEMA-r-PDMAEMA)，PDMAEMA和PDNTEMA侧链的接枝率分别为40%和20%。

纳米酸敏型重金属捕捉剂采用溶液自组装法制得，其制备方法为：将10份的酸敏型聚合物分子刷溶于50份的水中，采用0.1mol/L盐酸调节pH值到4.0，在25oC下搅拌5小时，得到纳米酸敏型重金属捕捉剂胶束溶液，粒径为50nm。

取本实施例产品做铅离子脱除效率测试，取500mL含Pb2+离子4mg/L及EDTA0.10g/L的废水，采用0.1mol/L盐酸调节废水pH值到4.0，添加本实施例产品0.2mL，搅拌5分钟，采用0.1mol/L氢氧化钠调节废水pH值到8.0，立刻产生沉淀，过滤，采用原子吸收法测定滤液Pb2+离子浓度为0.01mg/L，脱除效率为99.75%。