【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及重金屬?gòu)U水處理和焚燒飛灰中重金屬的穩(wěn)定化領(lǐng)域，具體涉及一種二聚多亞乙基多胺基雙螯合基團(tuán)重金屬螯合絮凝劑及其制備方法和應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、hg、pb、cu、cd、cr、zn、mn、ni、co、ag、fe、as等重金屬或類(lèi)金屬，除zn、cu、mo、cr、co、fe等少數(shù)為人體必需微量元素，而絕大多數(shù)都是人體非必需元素。即使是必需微量元素，超過(guò)一定量也會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生嚴(yán)重毒害作用。由于重金屬具有不可生物降解性、微量即可產(chǎn)生顯著毒性，并具有累積性，易通過(guò)食物鏈最終進(jìn)入人體，不僅破壞生態(tài)環(huán)境，而且對(duì)人類(lèi)生命安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。隨著電鍍、冶金、礦物采選、電池制造等工業(yè)的飛速發(fā)展，含有大量重金屬離子或重金屬化合物的廢水被排放到土壤和水體中，危害水生生物和植物的生長(zhǎng)與繁殖，嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境，并對(duì)人類(lèi)飲水和用水構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，重金屬?gòu)U水的有效處理已成為當(dāng)前環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域亟需解決的全球性難題。
2、重金屬不可生物降解，只能通過(guò)改變其存在方式和形式以消除其污染和危害。已研發(fā)的處理方法有化學(xué)沉淀法、離子交換法、氣浮法、吸附法、電化學(xué)法、螯合絮凝(沉淀)法和生物法等。離子交換法利用離子交換樹(shù)脂置換溶液中的重金屬離子，處理效率較低，適用范圍有限，易產(chǎn)生難以處理的較高濃度的洗脫廢水而造成二次污染。在氣浮法中，表面活性物質(zhì)被用來(lái)綁定重金屬離子，雖然處理能力大，操作速度快，但出水含鹽量高，浮渣難以控制。采用吸附法雖然材料來(lái)源廣，重金屬去除較徹底，但天然吸附材料的吸附容量小，洗脫再生困難，易產(chǎn)生大量難處置的固體危廢；而合成吸附材料則存在制造
3、螯合絮凝(沉淀)法的關(guān)鍵在于螯合劑或螯合絮凝劑的性能。目前已研發(fā)并廣泛使用的重金屬處理劑，主要有有機(jī)硫化物和二硫代氨基甲酸鹽(dtc)等兩大類(lèi)。有機(jī)硫化物最具代表性的產(chǎn)品是重金屬離子捕集劑三硫三秦酸鈉(tmt)；dtc類(lèi)螯合劑主要有hmp-2000、福美鈉、乙硫氮、乙二胺基重金屬螯合劑(cn101857296b)、n,n’-二二硫代哌嗪甲酸鈉和高分子重金屬離子捕集沉淀劑(dtcr)等。這些產(chǎn)品都存在螯合基團(tuán)單一，如tmt的螯合基團(tuán)是—sh(na)，而dtc類(lèi)螯合基團(tuán)都是單一的二硫代氨基甲酸基(—css－)，因此，對(duì)一些重金屬離子的螯合綁定能力不強(qiáng)，如dtc類(lèi)對(duì)含cr、zn和ni等重金屬?gòu)U水處理效果欠佳。在處理含有多種重金屬離子或重金屬與有機(jī)物和無(wú)機(jī)物共存構(gòu)成的復(fù)雜或復(fù)合污染物時(shí)，效果較差，也很難通過(guò)一步達(dá)到有效去除多種重金屬離子的目的。乙二胺四乙酸(na)(edta)是一種廣泛使用的強(qiáng)螯合劑，能與大多數(shù)金屬離子形成穩(wěn)定的螯合物，其主要原因是1個(gè)—n(ch2coo－)2螯合基團(tuán)可與多數(shù)金屬離子形成2個(gè)穩(wěn)定的五員環(huán)。因此，在螯合劑分子中引入—n(ch2coo－)2基團(tuán)勢(shì)必可增強(qiáng)對(duì)重金屬離子的螯合綁定能力。但—n(ch2coo－)2與金屬離子形成的螯合物相當(dāng)一部分是水溶性的，難以從水中分離；而—css－與重金屬離子螯合形成的螯合物是不溶于水的，易于以沉淀形式從水中分離。因此，將—css－和—n(ch2coo－)2拼合到同一種螯合劑分子中，則可通過(guò)—n(ch2coo－)2將與—css－螯合不強(qiáng)的重金屬離子牢固綁定，并通過(guò)與—css－形成的不溶性的二硫代氨基甲酸鹽螯合物而從水中沉淀分離，二者取長(zhǎng)補(bǔ)短，協(xié)同提高對(duì)廢水中重金屬的去除效能，一步實(shí)現(xiàn)對(duì)多種重金屬離子的高效去除。研究與實(shí)踐證明，適當(dāng)提高螯合劑的分子(分子鏈)大小，即一個(gè)螯合劑分子中含有更多的螯合基團(tuán)，可以綁定更多的重金屬離子，從而在分子鏈的作用下，利于聚集形成絮體，因而產(chǎn)生絮體較粗大而緊密，利于沉降分離和絮體脫水，便于后處理。但分子鏈達(dá)到一定長(zhǎng)度，又會(huì)由于鏈子鏈的位阻而使相當(dāng)部分螯合基團(tuán)因空間不匹配而“懸空”，導(dǎo)致形成的微絮體帶有過(guò)多的同種電荷(通常為負(fù)電荷)而不利于絮體的生長(zhǎng)，因此，在考慮螯合基團(tuán)的同時(shí)還需兼顧分子的大小。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)提供一種二聚多亞乙基多胺基雙螯合基團(tuán)重金屬螯合絮凝劑及其制備方法和應(yīng)用。
2、本專(zhuān)利技術(shù)提供的二聚多亞乙基多胺基雙螯合基團(tuán)重金屬螯合絮凝劑，其特點(diǎn)是分子兼具—css－和—n(ch2coo－)2兩種強(qiáng)螯合基團(tuán)，能取長(zhǎng)補(bǔ)短，對(duì)水中絕大多數(shù)重金屬離子都具有很強(qiáng)的螯合綁定能力；并有較長(zhǎng)的分子鏈，分子中含有較多的強(qiáng)螯合基團(tuán)，可通過(guò)分子鏈的連接作用將形成的螯合物聚集而形成微絮體，從而促進(jìn)絮體的形成與生長(zhǎng)。因此，對(duì)絕大多數(shù)重金屬既有很強(qiáng)的螯合綁定能力，又有良好的絮凝沉降性能，能一步實(shí)現(xiàn)對(duì)多種重金屬離子的高效去除，從而拓寬其適用范圍；其主要成分的結(jié)構(gòu)如式(ⅰ)所示：
3、
4、式(i)中，2≤x≤4，1≤y≤x，且x和y均為整數(shù)；當(dāng)y＜x時(shí)，有x－y個(gè)n連接的是h原子。分子中同時(shí)含有—css－和—n(ch2coo－)2兩種強(qiáng)螯合基團(tuán)；輔助成分為黃原酸和naoh；外觀為紅褐色或棕紅色粘稠液體。
5、上述二聚多亞乙基多胺基雙螯合基團(tuán)重金屬螯合絮凝劑的制備方法，包括以下步驟：
6、(1)按多亞乙基多胺與環(huán)氧氯丙烷的物質(zhì)的量比為2∶1～1.05，將多亞乙基多胺加入到反應(yīng)器中，在室溫下緩慢滴加環(huán)氧氯丙烷反應(yīng)1～1.5h；然后再滴加與環(huán)氧氯丙烷等物質(zhì)的量的堿或堿性鹽溶液，繼續(xù)反應(yīng)1～2h；
7、(2)加入步驟(1)反應(yīng)混合物體積5～6倍的蒸餾水稀釋?zhuān)缓蟀?n-1)倍多亞乙基多胺的物質(zhì)的量與naoh的物質(zhì)的量之比為1：0.55～1.2加入naoh，其中n表示多亞乙基多胺分子中的n原子數(shù)，在室溫下攪拌0.5～1h；
8、(3)按(n-1)倍多亞乙基多胺的物質(zhì)的量與二硫化碳的物質(zhì)的量之比為1：0.25～1.05加入二硫化碳，其中n表示多亞乙基多胺分子中的n原子數(shù)，在室溫下攪拌反應(yīng)3.5～5h，直到底層油珠消失，然后升溫至50～60℃反應(yīng)1～1.5h，再降溫至室溫，得到溶液a；
9、(4)按鹵代乙酸鈉與多亞乙基多胺的物質(zhì)的量之比為2.05～2.1∶1，稱(chēng)取鹵代乙酸鈉加入到反應(yīng)器中，加蒸餾水配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％～35％的溶液，得到溶液b；
10、(5)將步驟(3)所得溶液a加入到步驟(4)所得溶液b中，充分混勻；然后按堿或堿性鹽與多亞乙基多胺的物質(zhì)的量之比為2～2.1∶1稱(chēng)取堿或堿性鹽，加蒸餾水配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％～30％的溶液，分三批緩慢本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種二聚多亞乙基多胺基雙螯合基團(tuán)重金屬螯合絮凝劑，其特征在于，其主要成分的結(jié)構(gòu)如式(Ⅰ)所示：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二聚多亞乙基多胺基雙螯合基團(tuán)重金屬螯合絮凝劑，其特征在于，所述螯合絮凝劑的輔助成分為黃原酸和NaOH；所述螯合絮凝劑的外觀為紅褐色或棕紅色粘稠液體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的二聚多亞乙基多胺基雙螯合基團(tuán)重金屬螯合絮凝劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二聚多亞乙基多胺基雙螯合基團(tuán)重金屬螯合絮凝劑的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述多亞乙基多胺為二乙烯三胺、三乙烯四胺或四乙烯五胺中的任一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二聚多亞乙基多胺基雙螯合基團(tuán)重金屬螯合絮凝劑的制備方法，其特征在于，步驟(1)和(5)中，所述的堿或堿性鹽為NaOH或Na2CO3中任一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二聚多亞乙基多胺基雙螯合基團(tuán)重金屬螯合絮凝劑的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，所述的鹵代乙酸鹽為氯乙酸鈉或溴乙酸納中任一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二聚多亞乙基多胺基雙
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二聚多亞乙基多胺基雙螯合基團(tuán)重金屬螯合絮凝劑的制備方法，其特征在于，所述的多亞乙基多胺、環(huán)氧氯丙烷、堿或堿性鹽、二硫化碳和鹵代乙酸鈉均為工業(yè)級(jí)以上純度的產(chǎn)品，使用時(shí)不作進(jìn)一步純化。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二聚多亞乙基多胺基雙螯合基團(tuán)重金屬螯合絮凝劑的制備方法，其特征在于，步驟(1)和(4)中，所述的反應(yīng)器均帶有機(jī)械攪拌、滴液漏斗和回流冷凝管。
10.權(quán)利要求1至2任一項(xiàng)或權(quán)利要求3至9任一項(xiàng)所述的制備方法得到的二聚多亞乙基多胺基雙螯合基團(tuán)重金屬螯合絮凝劑在重金屬?gòu)U水或焚燒飛灰中重金屬處理中的應(yīng)用。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種二聚多亞乙基多胺基雙螯合基團(tuán)重金屬螯合絮凝劑，其特征在于，其主要成分的結(jié)構(gòu)如式(ⅰ)所示：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二聚多亞乙基多胺基雙螯合基團(tuán)重金屬螯合絮凝劑，其特征在于，所述螯合絮凝劑的輔助成分為黃原酸和naoh；所述螯合絮凝劑的外觀為紅褐色或棕紅色粘稠液體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的二聚多亞乙基多胺基雙螯合基團(tuán)重金屬螯合絮凝劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二聚多亞乙基多胺基雙螯合基團(tuán)重金屬螯合絮凝劑的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述多亞乙基多胺為二乙烯三胺、三乙烯四胺或四乙烯五胺中的任一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二聚多亞乙基多胺基雙螯合基團(tuán)重金屬螯合絮凝劑的制備方法，其特征在于，步驟(1)和(5)中，所述的堿或堿性鹽為naoh或na2co3中任一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二聚多亞乙基多胺基雙螯合基團(tuán)重金屬螯合絮凝劑的制備方法，其特...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉立華，劉預(yù)枝，周晉勛，楊瑩，李亞男，唐安平，薛建榮，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：湖南科技大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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