一種二硫代氨基甲酸二乙烯三胺乙基聚合物的合成方法
2023-07-13 05:48:51 2
專利名稱：一種二硫代氨基甲酸二乙烯三胺乙基聚合物的合成方法
技術領域：
本發明屬於重金屬螯合劑的合成技術領域，特別涉及二硫代氨基甲酸聚合物的合成方法。
背景技術：
近年來，隨著我國工業化和城市化程度的進一步提高，電鍍、冶金、石油煉製、紙漿製作等行業的不斷發展，含重金屬離子的廢水產生量也越來越大。水環境中過量的重金屬離子會影響人類及其它生物的健康與生存。在處理重金屬離子時，傳統的化學沉澱法存在操作複雜、隨著pH值的改變重金屬離子會從汙泥中再次析出、造成二次汙染等缺點。因此探索和研究去除重金屬離子的有效方法與技術具有必要性和緊迫性。
高分子螯合劑是一類重要的功能高分子，其特徵為高分子骨架上帶有螯合功能基團，對多種金屬離子具有選擇性螯合作用，因此可以實現對多種金屬離子的濃縮和富集。作為吸附劑使用的高分子螯合劑，可以分成兩類一類是螯合基團作為側基連接於高分子骨架，另一類的螯合基團處在高分子骨架的主鏈上。這兩種類型的樹脂在功能上是不同的，這裡的螯合基團是指一類含有多個配位原子的功能基團，目前最常見的配位原子是具有給電子性質的第五到第六主族元素，主要為O、N、S、P、As、Se等。二硫代氨基甲酸基團含有S、N等配位原子，對貴重金屬離子具有優良的吸附性能，貴重金屬離子一般屬於軟酸或中間酸，而有機硫化物和胺則屬於軟鹼或中間鹼，二者易結合成穩定的絡合物。因此二硫代氨基甲酸類化合物是一類優良的螯合劑，它可以與許多金屬離子生成穩定常數很高的螯合物，但不與鹼金屬、鹼土金屬螯合。故可用於從水體中選擇性的富集、分離某些痕量級的貴重金屬離子。它在環保、冶金和石油開採方面的廣泛應用也頗受人們關注。
二硫代氨基甲酸類聚合物的合成方法一般是以多胺為原料，通過與二硫化碳反應引入二硫代氨基羧酸結構。為了增大該類化合物的相對分子質量，在引入氨基二硫代羧酸結構前或後需要進行交聯反應，生成不溶性的交聯結構。常用的交聯劑有多元滷代烴、甲苯、二異氰酸酯等。現有合成N，N-雙(二硫代羧基)二乙烯三胺乙基聚合物的方法為兩步法，其合成路線是用二乙烯三胺和二硫化碳在一定條件下反應4h，抽濾得到白色中間體N，N-雙(二硫代羧基)二乙烯三胺，再把所得中間體在鹼性條件下與1，2-二氯乙烷反應4-5h，抽濾得到最終產物。該方法的主要不足之處是合成時間和中間體的抽濾時間均較長，操作繁瑣，反應溫度較高，耗水量大，不利於推廣應用等。
發明內容
本發明的目的是針對現有的氨基二硫代羧酸型聚合物的合成方法的不足之處，一種二硫代氨基甲酸二乙烯三胺乙基聚合物的合成方法，具有合成時間短、操作簡便、省工省時、反應條件溫和、生產安全；節約寶貴的水資源、減少環境汙染；便於工業生產及推廣應用等特點。
本發明的目的是這樣實現的一種二硫代氨基甲酸二乙烯三胺乙基聚合物的合成方法，通過改變氫氧化鈉(NaOH)的加入順序和加藥量，將兩步反應改進為一步反應，每次合成時間縮短了2.5小時，省工省時，便於工業生產；在合成過程中不需要抽慮、清洗步驟，減少了操作程序，節約了寶貴的水資源及減少了有機溶劑的用量，從而能降低生產成本；反應溫度從90℃降低至70～80℃，條件溫和，既節約能源又使生產安全，本發明方法的具體操作順序如下在常壓下，在配有攪拌設備和回流冷凝設備及至少有三個加料口的裝置中，依次進行下列操作(1)、依次加藥並攪拌①先加入水和氫氧化鈉並攪拌，其水與氫氧化鈉的質量比為100∶12～15；②後加入二乙烯三胺並攪拌，其二乙烯三胺與水的體積比為10.75～11∶100；③再緩慢滴加二硫化碳並攪拌，其二硫化碳與水的體積比為12.06～12.30∶100，滴加速度為每秒鐘0.5～1滴。
(2)、進行反應當第①～③步的二硫化碳滴加完畢後，在室溫下進行反應1～1.5小時，製得橙黃色的反應液體。
(3)、再加料攪拌，並進行聚合反應在第(2)步製得的橙黃色的液體中，緩慢滴加1，2-二氯乙烷並攪拌，其1，2-二氯乙烷與水的體積比為7.72～7.96∶100，滴加速度為每秒鐘1～2滴，滴加完畢後，轉移至70～80℃的熱水浴中進行聚合反應4～5小時，得到乳白色粘稠液體。
(4)、洗滌、抽濾對第(3)步得到的乳白色粘稠液體，先用水進行洗滌並抽濾，除雜質去色，反覆洗滌抽濾2～3次，再用無水乙醇進行洗滌抽濾2～3次，製得產率為44.6％～58.7％的N，N-雙(二硫代羧基)二乙烯三胺乙基聚合物(即為二硫代氨基甲酸二乙烯三胺乙基聚合物)的白色固體粉末。
本發明採用上述技術方案後，具有一步完成的方法簡單，操作簡便，省工省時；能節約寶貴的水資源及減少有機溶劑的用量，降低生產成本，減少環境汙染；反應條件溫和，節約能源又生產安全等顯著效果，便於工業生產，利於推廣應用。採用本發明製備的二乙烯三胺乙基聚合物能與一些重金屬離子(如Cu2+，Zn2+，Ag+等)形成極其穩定的螯合物。一些重金屬離子(如銅)即使在水體中以穩定絡合物形態存在(如含EDTA、檸檬酸等)，該聚合物也能與其充分發揮作用，是有利於環保的良好的捕集吸附劑。該捕集吸附劑具有操作簡單、重金屬離子不會因pH值變化而從汙泥中再次析出、不存在二次汙染等優點。
本發明製備的產品可廣泛應用於電鍍、冶金、石油煉製、紙漿製作等行業中，治理含重金屬離子的廢水，有利於環境保護。
四
圖1為本實施例二的產品吸附容量隨時間的變化曲線；圖2為本實施例三的產品吸附容量隨pH值的變化曲線。
五具體實施例方式
下面結合具體實施方式
進一步說明本發明。
實施例一一種二硫代氨基甲酸二乙烯三胺乙基聚合物的合成方法的操作順序如下在常壓下，在配有電磁攪拌和回流冷凝管的三口圓底燒瓶中，依次進行下列操作(1)、依次加藥並攪拌①先加入水100ml和氫氧化鈉12g並攪拌；②後加入二乙烯三胺10.75ml並攪拌；③再緩慢滴加二硫化碳12.06ml並攪拌，滴加速度為每秒鐘0.5滴。
(2)、進行反應當第①～③步的二硫化碳滴加完畢後，在室溫下進行反應1.5小時，製得橙黃色的反應液體。
(3)、再加料攪拌，並進行聚合反應在第(2)步製得的橙黃色的液體中，緩慢滴加7.88ml1，2-二氯乙烷並攪拌，滴加速度為每秒鐘1滴，滴加完畢後，轉移至75℃的熱水浴中進行聚合反應4小時，得到乳白色粘稠液體。
(4)、洗滌、抽濾對第(3)步得到的乳白色粘稠液體先用水進行洗滌並抽濾，除雜質去色，反覆洗滌抽濾3次，再用無水乙醇進行洗滌抽濾2次，得到白色固體粉末，經紅外光譜和紫外光譜驗證即為N，N-雙(二硫代羧基)二乙烯三胺乙基聚合物。其產率為44.6％。
紅外光譜譜圖及分析在500cm-1～4000cm-1範圍內對合成產物進行了紅外光譜(KBr壓片)測定。由於分子的碳鏈長，3560cm-1附近的弱吸收峰為S-H伸縮振動吸收，3300cm-1附近的弱吸收峰為仲氨基N-H的伸縮振動吸收，在1496.07cm-1出現N-C＝S的特徵吸收峰，在1230.86cm-1出現C＝S伸縮振動吸收峰，在1229.77cm-1出現C＝S的伸縮振動吸收峰，但在1425.80cm-1出現了S-CH2的吸收峰。通過紅外光譜的分析可以證實聚合物的存在。
聚合物的紅外特徵吸收頻率
紫外光譜及譜圖分析由於產物在大部分溶劑中均不溶，而中間體在水中的溶解度也很小，所以我們用NaOH溶液做溶劑，蒸餾水做參比，在200nm～400nm範圍內，對半成品進行紫外-可見光譜測定。從對吸收峰分析中，證明了產物主要官能團的存在。
紫外光譜的描述如下中間產物紫外光譜圖分析表
吸附性能的分析將0.200g吸附劑加入50ml金屬離子溶液(Ag+，Cu2+，Zn2+，Hg2+濃度均為0.05mol/L)，室溫下電磁攪拌1h後，靜止沉澱，取上層清液，測定溶液中金屬離子剩餘濃度，根據吸附前後金屬離子濃度的改變，依下式計算吸附容量
Q=V(C0-C)M.]]>式中Q為吸附容量(mmol·g-1)；C0吸附前金屬離子濃度(mmol·mL-1)；C為吸附後金屬離子濃度(mmol·mL-1)；M為吸附劑的乾重(g)；V為金屬離子溶液體積(mL)。得QAg+＝4.54mmol·g-1，Qcu2+＝1.43mmol·g-1，QZn2+＝1.75mmol·g-1，QHg2+＝0.85mmol·g-1。
實施例二一種二硫代氨基甲酸二乙烯三胺乙基聚合物的合成方法的操作順序如下在常壓下，在配有電磁攪拌和回流冷凝管的三口圓底燒瓶中，依次進行下列操作(1)、依次加藥並攪拌①先加入水100ml和氫氧化鈉14g並攪拌；②後加入二乙烯三胺10.75ml並攪拌；③再緩慢滴加二硫化碳11.09ml並攪拌，滴加速度為每秒鐘1滴。
(2)、進行反應當第①～③步的二硫化碳滴加完畢後，在室溫下進行反應1小時，製得橙黃色的反應液體。
(3)、再加料攪拌，並進行聚合反應在第(2)步製得的橙黃色的液體中，緩慢滴加7.96ml1，2-二氯乙烷並攪拌，滴加速度為每秒鐘1滴，滴加完畢後，轉移至75℃的熱水浴中進行聚合反應4.5小時，得到乳白色粘稠液體。
(4)、洗滌、抽濾對第(3)步得到的乳白色粘稠液體先用水進行洗滌並抽濾，除雜質去色，反覆洗滌抽濾2次，再用無水乙醇進行洗滌抽濾3次，得到白色固體粉末，經紅外光譜和紫外光譜驗證即為N，N-雙(二硫代羧基)二乙烯三胺乙基聚合物。其產率為55.7％。
紅外光譜圖描述如下
紫外光譜譜圖描述如實施例一。
吸附性能的分析
同實施例一，得到QAg+＝4.50mmol·g-1，Qcu2+＝1.33mmol·g-1。
再稱取0.200g吸附劑，加入到50mL金屬離子溶液(Cu2+，0.05mol/L)中，振蕩時間分別為10min，15min，20min，25min，30min，35min，45min，55min，60min，根據吸附前後金屬離子濃度的變化，求出Q。做t-Q曲線見附圖1。從圖中可以看出，吸附劑對金屬離子的吸附速度在30min內較快，50min達到吸附平衡，以後在吸附平衡點附近振動。
實施例三一種二硫代氨基甲酸二乙烯三胺乙基聚合物的合成方法的操作順序如下在常壓下，在配有電磁攪拌和回流冷凝管的三口圓底燒瓶中，依次進行下列操作(1)、依次加藥並攪拌①先加入水100ml和氫氧化鈉15g並攪拌；②後加入二乙烯三胺11ml並攪拌；③再緩慢滴加二硫化碳12.30ml並攪拌，滴加速度為每秒鐘0.5滴。
(2)、進行反應當第①～③步的二硫化碳滴加完畢後，在室溫下進行反應80分鐘，製得橙黃色的反應液體。
(3)、再加料攪拌，並進行聚合反應在第(2)步製得的橙黃色的液體中，緩慢滴加7.72ml1，2-二氯乙烷並攪拌，滴加速度為每秒鐘1滴，滴加完畢後，轉移至75℃的熱水浴中進行聚合反應5小時，得到乳白色粘稠液體。
(4)、洗滌、抽濾對第(3)步得到的乳白色粘稠液體先用水進行洗滌並抽濾，除雜質去色，反覆洗滌抽濾2次，再用無水乙醇進行洗滌抽濾2次，得到白色固體粉末，經紅外光譜和紫外光譜驗證即為N，N-雙(二硫代羧基)二乙烯三胺乙基聚合物。其產率為58.7％。
紅外光譜譜圖描述如下
紫外光譜譜圖描述如實施例一。
吸附性能的研究
同實施例一的方法，得到QAg+＝4.53mmol·g-1，QCu2+＝1.32mmol·g-1。
稱取0.200g吸附劑，加入到50mL Cu2+(0.05mol/L)離子溶液中，然後加入10ml不同pH值的緩衝溶液，室溫下電磁攪拌1h，靜止沉澱，取上層清液，測定金屬離子剩餘濃度，根據吸附前後金屬離子濃度的變化，求Q，作pH-Q值曲線如附圖2。
曲線表明，吸附劑對Cu2+金屬離子的吸附能力隨溶液的pH值有明顯的變化，在pH值為5左右時最大。
權利要求
1.一種二硫代氨基甲酸二乙烯三胺乙基聚合物的合成方法，其特徵在於方法的具體操作順序如下在常壓下，在配有攪拌設備和回流冷凝設備及至少有三個加料口的裝置中，依次進行下列操作(1)、依次加藥並攪拌①先加入水和氫氧化鈉並攪拌，其水與氫氧化鈉的質量比為100∶12～15；②後加入二乙烯三胺並攪拌，其二乙烯三胺與水的體積比為10.75～11∶100；③再緩慢滴加二硫化碳並攪拌，其二硫化碳與水的體積比為12.06～12.30∶100，滴加速度為每秒鐘0.5～1滴；(2)、進行反應當第①～③步的二硫化碳滴加完畢後，在室溫下進行反應1～1.5小時，製得橙黃色的反應液體；(3)、再加料攪拌，並進行聚合反應在第(2)步製得的橙黃色的液體中，緩慢滴加1，2-二氯乙烷並攪拌，其1，2-二氯乙烷與水的體積比為7.72～7.96∶100，滴加速度為每秒鐘1～2滴，滴加完畢後，轉移至70～80℃的熱水浴中進行聚合反應4～5小時，得到乳白色粘稠液體；(4)、洗滌、抽濾對第(3)步得到的乳白色粘稠液體，先用水進行洗滌並抽濾，除雜質去色，反覆洗滌抽濾2～3次，再用無水乙醇進行洗滌抽濾2～3次，製得產率為44.6％～58.7％的二硫代氨基甲酸二乙烯三胺乙基聚合物的白色固體粉末。
2.按照權利要求1所述的一種二硫代氨基甲酸二乙烯三胺乙基聚合物的合成方法，其特徵在於一種二硫代氨基甲酸二乙烯三胺乙基聚合物的合成方法的操作順序如下在常壓下，在配有電磁攪拌和回流冷凝管的三口圓底燒瓶中，依次進行下列操作(1)、依次加藥並攪拌①先加入水100ml和氫氧化鈉12g並攪拌；②後加入二乙烯三胺10.75ml並攪拌；③再緩慢滴加二硫化碳12.06ml並攪拌，滴加速度為每秒鐘0.5滴；(2)、進行反應當第①～③步的二硫化碳滴加完畢後，在室溫下進行反應1.5小時，製得橙黃色的反應液體；(3)、再加料攪拌，並進行聚合反應在第(2)步製得的橙黃色的液體中，緩慢滴加7.88ml 1，2-二氯乙烷並攪拌，滴加速度為每秒鐘1滴，滴加完畢後，轉移至75℃的熱水浴中進行聚合反應4小時，得到乳白色粘稠液體；(4)、洗滌、抽濾對第(3)步得到的乳白色粘稠液體先用水進行洗滌並抽濾，除雜質去色，反覆洗滌抽濾3次，再用無水乙醇進行洗滌抽濾2次，製得產率為44.6％的二硫代氨基甲酸二乙烯三胺乙基聚合物的白色固體粉末。
3.按照權利要求1所述的一種二硫代氨基甲酸二乙烯三胺乙基聚合物的合成方法，其特徵在於一種二硫代氨基甲酸二乙烯三胺乙基聚合物的合成方法的操作順序如下在常壓下，在配有電磁攪拌和回流冷凝管的三口圓底燒瓶中，依次進行下列操作(1)、依次加藥並攪拌①先加入水100ml和氫氧化鈉14g並攪拌；②後加入二乙烯三胺10.75ml並攪拌；③再緩慢滴加二硫化碳11.09ml並攪拌，滴加速度為每秒鐘1滴。(2)、進行反應當第①～③步的二硫化碳滴加完畢後，在室溫下進行反應1小時，製得橙黃色的反應液體。(3)、再加料攪拌，並進行聚合反應在第(2)步製得的橙黃色的液體中，緩慢滴加7.96ml 1，2-二氯乙烷並攪拌，滴加速度為每秒鐘1滴，滴加完畢後，轉移至75℃的熱水浴中進行聚合反應4.5小時，得到乳白色粘稠液體。(4)、洗滌、抽濾對第(3)步得到的乳白色粘稠液體先用水進行洗滌並抽濾，除雜質去色，反覆洗滌抽濾2次，再用無水乙醇進行洗滌抽濾3次，製得產率為55.7％的二硫代氨基甲酸二乙烯三胺乙基聚合物的白色固體粉末。
4.按照權利要求1所述的一種二硫代氨基甲酸二乙烯三胺乙基聚合物的合成方法，其特徵在於一種二硫代氨基甲酸二乙烯三胺乙基聚合物的合成方法的操作順序如下在常壓下，在配有電磁攪拌和回流冷凝管的三口圓底燒瓶中，依次進行下列操作(1)、依次加藥並攪拌①先加入水100ml和氫氧化鈉15g並攪拌；②後加入二乙烯三胺11ml並攪拌；③再緩慢滴加二硫化碳12.30ml並攪拌，滴加速度為每秒鐘0.5滴。(2)、進行反應當第①～③步的二硫化碳滴加完畢後，在室溫下進行反應80分鐘，製得橙黃色的反應液體；(3)、再加料攪拌，並進行聚合反應在第(2)步製得的橙黃色的液體中，緩慢滴加7.72ml 1，2-二氯乙烷並攪拌，滴加速度為每秒鐘1滴，滴加完畢後，轉移至75℃的熱水浴中進行聚合反應5小時，得到乳白色粘稠液體；(4)、洗滌、抽濾對第(3)步得到的乳白色粘稠液體先用水進行洗滌並抽濾，除雜質去色，反覆洗滌抽濾2次，再用無水乙醇進行洗滌抽濾2次，製得產率為58.7％的二硫代氨基甲酸二乙烯三胺乙基聚合物的白色固體粉末。
全文摘要
一種二硫代氨基甲酸二乙烯三胺乙基聚合物的合成方法，涉及二硫代氨基甲酸聚合物的合成方法。本發明方法為一步法，即依次加入水、氫氧化鈉、二乙烯三胺、二硫化碳及1，2一二氯乙烷進行聚合反應，就製得對金屬離子有良好吸附性能的吸附劑。本發明具有方法簡單，操作簡便、省工省時；節約水資源及有機溶劑的用量，生產成本低；反應條件溫和，生產安全，節約能源；便於工業生產，利於推廣應用等顯著特點。本發明製備的產品可用於治理含重金屬離子的汙水，可應用在電鍍、電子、冶金、石油煉製、紙漿製作等行業中，有利於環境保護。
文檔編號C08F130/00GK1831020SQ20061005408
公開日2006年9月13日 申請日期2006年2月17日 優先權日2006年2月17日
發明者鄭懷禮, 孫秀萍 申請人:重慶大學