一種含有黃原酸基的重金屬鰲合絮凝劑及其製備和應用的製作方法

2023-04-26 18:22:01 1

本發明涉及汙水處理
技術領域：
，更具體地，涉及一種含有黃原酸基的重金屬鰲合絮凝劑及其製備和應用。
背景技術：
：在礦物加工、金屬冶煉過程中產生的重金屬離子，隨著廢水、廢渣和煙氣排放到環境中，存儲在大氣和土壤中的重金屬離子隨著降雨、地表徑流和地下水的流動，逐漸遷移到水體中，水是人類生產生活不可缺少的物質，通過飲用水和食物進入人體的重金屬離子在人體中累積對人體器官造成嚴重破壞，而且很難排出體外。因此水體中重金屬離子汙染的治理成為亟待解決的問題。目前處理重金屬離子汙水的方法分別有生物法、物理法和化學法。生物法採用耐金屬離子細菌為手段，通常處理周期長；物理法採用離子交換樹脂或者膜過濾的方法，存在費用高，處理量小等問題；化學法是採用無機鹼做沉澱劑，存在金屬離子去除率低，同時產生大量廢渣等問題。黃原酸鹽，又名黃藥，是含有黃原酸基的有機物，分子結構為：式中，r-通常是乙基、丁基等烷烴基團。分子中的黃原酸基團與金屬離子反應生成難溶性鹽，通常在分析化學中用做銅、鎳等的沉澱劑和比色劑，是能夠與重金屬離子螯合反應生成沉澱的最有效試劑。但目前市售的黃藥產品，由於分子量小，與金屬離子生成的黃原酸鹽粒度小，有些是膠體溶液，難以進行沉澱分離；又由於每個分子中只有一個黃原酸基團，結合金屬離子的能力低。使用現有的黃藥產品來對水體中重金屬離子汙染進行治理，效果不佳。技術實現要素：本發明要解決的技術問題是克服現有技術的缺陷，提供一種結構穩定、水溶性佳，結合金屬離子的能力高的一種含有黃原酸基的重金屬鰲合絮凝劑。本發明的另一目的在於提供一種含有黃原酸基的重金屬鰲合絮凝劑的製備方法。本發明的另一目的在於提供一種含有黃原酸基的重金屬鰲合絮凝劑的應用。本發明的目的通過以下技術方案予以實現：一種含有黃原酸基的重金屬鰲合絮凝劑，所述含有黃原酸基的重金屬鰲合絮凝劑由用高聚物醇、二硫化碳、苛性鹼和水製備反應得到。進一步地，所述高聚物醇、二硫化碳、苛性鹼和水的重量份數為：高聚物醇：0.25～1份二硫化碳：1～3份苛性鹼：1.5～3.5份水：20～60份。更進一步優選地，所述高聚物醇、二硫化碳、苛性鹼和水的重量份數為：高聚物醇：0.5～1份二硫化碳：2～3份苛性鹼：2～3.5份水：50～60份。進一步地，所述高聚物醇為聚乙二醇、聚乙烯醇、巴豆醇和肉桂醇的至少一種。進一步地，所述苛性鹼為氫氧化鈉或者氫氧化鉀的一種。本發明的目的在於合成一類高分子黃原酸鹽聚電解質，在水中具有很好的水溶性，其每個分子結構中有n個黃原酸結構單元。結構如下：由於每個分子中有數量眾多的黃原酸基團，大大提高了對於重金屬離子的螯合能力；結合金屬離子後，在線狀大分子的吸附架橋、網捕作用下，形成絮團沉澱下來，再用簡單過濾的方法，就能將結合了金屬離子的絮團從汙水中分離出來。本發明提供的含有黃原酸基的重金屬鰲合絮凝劑結合金屬離子的能力高，可以大規模治理含重金屬離子汙水。且治理中，將沉澱過濾後，沉澱的量很少，可以直接焚燒灰化，灰中的金屬可以再次回收或者直接安全填埋。以此達到快速、高效、大規模治理含重金屬離子汙水的目的。一種製備含有黃原酸基的重金屬鰲合絮凝劑的工藝方法，包括以下步驟：s1.選取上述質量份數之比為高聚物醇、二硫化碳、苛性鹼和水準備待用；s2.將步驟s1中所述高聚物醇，二硫化碳和水混合在一起，在25～30℃的溫度下攪拌10～60min，使其攪拌均勻，得到混合溶液；s3.將步驟s2中所述混合溶液不斷攪拌的同時，加入研磨的氫氧化鈉粉末，在25～30℃的溫度下，時間為1～5h，繼續攪拌反應，製得含有黃原酸基的重金屬螯合絮凝劑。本發明創造性地將高聚物醇作為原料製備重金屬鰲合絮凝劑，其中選用的高聚物醇為反應的重要原料，為產品提供大分子結構框架，提供可以發生黃原酸化的羥基基團，二硫化碳可以生成黃原酸基團中的碳基；氫氧化鈉或氫氧化鉀給體系提供鹼性環境，同時促進反應向正向進行生成可溶性的黃原酸鈉鹽或者鉀鹽。本發明公開的含有黃原酸基的重金屬鰲合絮凝劑應用範圍廣泛，具體如下：一種含有黃原酸基的重金屬鰲合絮凝劑應用於含重金屬鋅離子的廢水處理。一種含有黃原酸基的重金屬鰲合絮凝劑應用於含重金屬鉛離子的廢水處理。一種含有黃原酸基的重金屬鰲合絮凝劑應用於含重金屬銅離子的廢水處理。一種含有黃原酸基的重金屬鰲合絮凝劑應用於含重金屬鎘離子的廢水處理。本發明製備得到的含有黃原酸基的重金屬鰲合絮凝劑既是水溶性，又對重金屬離子具有良好的螯合絮凝沉澱性能；其分子量大，每個分子中活性基團多，能與重金屬離子發生絡合、螯合、吸附、交換等物理化學反應，從而可以把水溶液中的重金屬離子去除。而且具有很強的吸附能力，吸附容量大；效率高；使用方便；原料來源廣；合成工藝簡單；產品無毒無臭。對各種重金屬離子絮凝效果很好，對各種重金屬離子均能達到完全去除，絮凝後沉澱容易處理，金屬離子可回收利用。可用於處理含有鉛離子和鎘離子等重金屬汙水，具有明顯的經濟效益和社會效益。與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：本發明針對現有處理重金屬離子汙水的方法存在費用高，處理量金屬離子去除率低，同時產生大量廢渣等問題，提供一種含有黃原酸基的重金屬鰲合絮凝劑，其具有很強的吸附能力，吸附容量大；效率高；使用方便；且原料價格低廉，來源廣；合成工藝簡單；生產成本較低，具有良好的經濟效益。本發明創造性地將高聚物醇作為原料製備重金屬鰲合絮凝劑，合成一類高分子黃原酸鹽聚電解質，形成的重金屬鰲合絮凝劑既是水溶性，又對重金屬離子具有良好的螯合絮凝沉澱性能；可以有效的將水溶液中的重金屬離子去除。且可同時去除含鋅離子、鉛離子、銅離子和鎘離子的廢水，且對各種重金屬離子均能達到完全去除，應用範圍廣。本發明的含有黃原酸基的重金屬鰲合絮凝劑與現有的重金屬去除劑相比，去除重金屬的能力更強；本發明的重金屬鰲合絮凝劑既是水溶性，又對重金屬離子具有良好的螯合絮凝沉澱性能；分子量大，具有很強的吸附能力，吸附容量大；效率高、使用方便、原料來源廣、合成工藝簡單、產品無毒無臭等優點，對各種重金屬離子絮凝效果很好，去除率強，絮凝後沉澱容易處理，金屬離子可回收利用。可用於處理含有多種重金屬的汙水，具有明顯的經濟效益和社會效益。具體實施方式下面結合具體實施例進一步詳細說明本發明。除非特別說明，本發明實施例使用的各種原料均可以通過常規市購得到，或根據本領域的常規方法製備得到，所用設備為實驗常用設備。除非另有定義或說明，本文中所使用的所有專業與科學用語與本領域技術熟練人員所熟悉的意義相同。本發明提供一種含有黃原酸基的重金屬鰲合絮凝劑由用高聚物醇、二硫化碳、苛性鹼和水製備反應得到，具體的製備的工藝方法包括以下步驟：s1.選取上述質量份數之比為高聚物醇、二硫化碳、苛性鹼和水準備待用；s2.將步驟s1中所述高聚物醇，二硫化碳和水混合在一起，在25～30℃的溫度下攪拌10～60min，使其攪拌均勻，得到混合溶液；s3.將步驟s2中所述混合溶液不斷攪拌的同時，加入研磨的氫氧化鈉粉末，在25～30℃的溫度下，時間為1～5h，繼續攪拌反應，製得含有黃原酸基的重金屬螯合絮凝劑。以下通過實施例對本發明作進一步描述。實施例1s1.按表1中重量百分比稱取選用聚乙二醇、二硫化碳、氫氧化鈉和水作為原料準備待用；s2.將步驟s1中的聚乙二醇，二硫化碳和水混合在一起，在25℃的溫度下攪拌60min，使其攪拌均勻，得到混合溶液；s3.將步驟s2中的混合溶液不斷攪拌的同時，加入研磨的氫氧化鈉粉末，在25℃的溫度下，時間為1h，繼續攪拌反應，製得含有黃原酸基的重金屬螯合絮凝劑。實施例2一種含有黃原酸基的重金屬鰲合絮凝劑的製備方法，本實施例按表1中重量百分比稱取選用聚乙二醇、二硫化碳、氫氧化鉀和水作為原料，具體製備步驟與實施1相同，其不同之處在於：步驟s2中聚乙二醇，二硫化碳和水混合在一起，在30℃的溫度下攪拌10min；步驟s3中的攪拌時間為1h。實施例3一種含有黃原酸基的重金屬鰲合絮凝劑的製備方法，本實施例按表1中重量百分比稱取選用聚乙二醇、二硫化碳、氫氧化鉀和水作為原料，具體製備步驟與實施1相同，其不同之處在於：步驟s2中聚乙二醇，二硫化碳和水混合在一起，在25℃的溫度下攪拌15min；步驟s3中的攪拌時間為3h。實施例4一種含有黃原酸基的重金屬鰲合絮凝劑的製備方法，本實施例按表1中重量百分比稱取，具體原料選擇和製備步驟與實施1相同，其不同之處在於：步驟s2中聚乙二醇，二硫化碳和水混合在一起，在30℃的溫度下攪拌60min；步驟s3中的攪拌時間為5h。實施例5一種含有黃原酸基的重金屬鰲合絮凝劑的製備方法，本實施例按表1中重量百分比稱取，具體原料選擇和製備步驟與實施1相同，其不同之處在於：步驟s2中聚乙二醇，二硫化碳和水混合在一起，在25℃的溫度下攪拌30min；步驟s3中的攪拌時間為3h。實施例6一種含有黃原酸基的重金屬鰲合絮凝劑的製備方法，本實施例按表1中重量百分比稱取，具體原料選擇和製備步驟與實施1相同，其不同之處在於：步驟s2中聚乙二醇，二硫化碳和水混合在一起，在20℃的溫度下攪拌10min；步驟s3中的攪拌時間為5h。實施例7一種含有黃原酸基的重金屬鰲合絮凝劑的製備方法，本實施例按表1中重量百分比稱取，具體原料選擇和製備步驟與實施1相同，其不同之處在於：步驟s2中聚乙二醇，二硫化碳和水混合在一起，在20℃的溫度下攪拌10min；步驟s3中的攪拌時間為5h。實施例8一種含有黃原酸基的重金屬鰲合絮凝劑的製備方法，本實施例按表1中重量百分比稱取，具體原料選擇和製備步驟與實施6相同，其不同之處在於：聚乙二醇替換為聚乙烯醇。實施例9一種含有黃原酸基的重金屬鰲合絮凝劑的製備方法，本實施例按表1中重量百分比稱取，具體原料選擇和製備步驟與實施6相同，其不同之處在於：聚乙二醇替換為巴豆醇。實施例10一種含有黃原酸基的重金屬鰲合絮凝劑的製備方法，本實施例按表1中重量百分比稱取，具體原料選擇和製備步驟與實施6相同，其不同之處在於：聚乙二醇替換為肉桂醇。對比例1申請號為：cn201410213140.7的名稱為《一種鳳眼蓮纖維素黃原酸鈣鹽的製備方法及應用》，該發明採用鳳眼蓮纖維素、氫氧化鈉和二硫化碳為原料，在20～40℃下，反應80～100min，得到重金屬螯合吸附劑固體纖維素黃原酸鈣。其製備步驟如下：1)每5g的鳳眼蓮莖葉秸稈粉末樣中加入100～150ml20％w/v氫氧化鈉溶液，在恆溫電磁攪拌器中攪拌50～70min，離心，倒出上層黑液，下層固體即為鹼化纖維素；2)將步驟1)中鹼化纖維素轉入三角瓶中，用蒸餾水洗至其ph值穩定，離心分離，棄液相；3)往步驟2)的溼固體中加入100ml10％氫氧化鈉溶液，並用8-15ml蒸餾水將瓶壁上的纖維素衝入瓶中，攪拌反應20-40min，然後慢慢加入0.1～0.3mlcs2，20～40℃，攪拌反應80-100min；4)將步驟3)所得物料進行固液分離，棄去液相；5)將步驟4)所得溼固體用稀鹽酸調節體系ph值至10.5～11.5，再加入10ml5～10％的氯化鈣溶液，繼續攪拌5～15min，將混合物離心，倒出上層液體；6)將步驟5)所得溼固體用鹼水和酒精的混合液洗滌至上層液ph值恆定，離心棄液相；7)將步驟6)所得溼固體於50±2℃烘乾並研磨過40目篩，所得粉末樣即為鳳眼蓮纖維素黃原酸鈣鹽吸附劑。表1高聚物醇(份)二硫化碳(份)苛性鹼(份)水(份)實施例10.251.01.630實施例20.252.51.520實施例30.51.01.628實施例40.52.03.038實施例51.02.53.050實施例61.02.03.256實施例71.03.03.560實施例81.02.03.256實施例91.02.03.256實施例101.02.03.256為了進一步說明含有黃原酸基的重金屬鰲合絮凝劑在重金屬廢水處理中的應用，其應用過程是：取實施例1～10中製得的重金屬鰲合絮凝劑和對比例1所製得的鳳眼蓮纖維素黃原酸鈣鹽分別加入金屬離子溶液中，使濃度達到1.5g/l，用於吸附不同起始濃度(50、100、200、500、1000mg/l)的鋅離子、銅離子、鉛離子、鎘離子溶液，在25℃室溫下攪拌5min，靜置10min，螯合絮凝、沉澱結束後，過濾，用原子吸收法測定吸附後溶液中各重金屬離子濃度，根據吸附前後各重金屬離子濃度計算該吸附材料對各重金屬離子的去除率。每個實驗均設置3個重複，用平均值來表示離子去除率的結果得到的離子去除率見下表2～5。表2表3表4表5本發明經過大量實驗得到製備含有黃原酸基的重金屬鰲合絮凝劑的最優組分，由上述實施例1～10與對比例1所得產品的實驗對比可知，原料選用的重量份為高聚物醇1.0份、二硫化碳2.0份、苛性鹼3.2份和水60份時，製得的含有黃原酸基的重金屬鰲合絮凝劑的去除重金屬離子的效果最好；在同樣的組分選擇的條件下，高聚物醇選用聚乙烯醇時，製得的含有黃原酸基的重金屬鰲合絮凝劑的去除重金屬離子的效果最佳。在本發明製得的重金屬鰲合絮凝劑對不同種類和不同濃度的重金屬離子均有很好的去除效果，與對比例1相比，本發明的重金屬鰲合絮凝劑具有很強的吸附能力，且使用濃度較低，吸附容量大，效率高；使用方便；本發明的重金屬鰲合絮凝劑合成工藝簡單等優點，對各種重金屬離子絮凝效果極佳，絮凝後沉澱容易處理，金屬離子可回收利用。發明人聲明，本發明通過上述實施例來說明本發明的詳細工藝設備和工藝流程，但本發明並不局限於上述詳細工藝設備和工藝流程，即不意味著本發明必須依賴上述詳細工藝設備和工藝流程才能實施。所屬
技術領域：
的技術人員應該明了，對本發明的任何改進，對本發明產品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發明的保護範圍和公開範圍之內。當前第1頁12