生物质螯合改性重金属复合型捕捉剂及其制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种生物质螯合改性重金属复合型捕捉剂及其制备方法及其应用，特点是由魔芋葡甘聚糖、水、引发剂偶氮二异丁基脒盐酸盐V‑50、N‑乙烯基甲酰胺（NVF）、1,2‑环己二胺四乙酸二酐、氢氧化钾、二硫化碳及二正丁基二硫代氨基甲酸钠制备生物质螯合改性重金属复合型捕捉剂，并将生物质螯合改性重金属复合型捕捉剂用于处理电镀、冶炼、采矿、选矿、化工及机械等排放重金属废水。能通过魔芋分子骨架接枝的新型螯合官能团VACDTANa与二正丁基二硫代氨基甲酸钠共同作用吸附络合型重金属离子，进一步通过魔芋分子骨架接枝的二硫代氨基甲酸钠和二正丁基二硫代氨基甲酸钠协同作用与助沉降剂共同发生化学沉淀反应，在数秒内生成大的聚集体，从而实现快速沉降。

【技术实现步骤摘要】
生物质螯合改性重金属复合型捕捉剂及其制备方法及其应用
本专利技术属于生物质材料及废水处理领域，具体涉及一种生物质螯合改性重金属复合型捕捉剂及其制备方法及其应用，其主要电镀、冶炼、采矿、选矿、化工及机械等排放重金属废水行业应用。
技术介绍
重金属废水主要来源于电镀、冶炼、采矿、选矿、化工及机械等行业。这些行业产生的含重金属的废水排入天然水体后，不仅对水生生物构成威胁，而且可能通过食物链而不断富集于生物体内，最终危害到人类的健康。重金属废水处理传统方法主要包括化学沉淀法、重金属捕捉剂沉淀法、离子交换法、活性炭吸附法等。相比于离子交换法和活性炭吸附法，重金属捕捉剂沉淀法具有设备投入少，处理高效率及成本低等优势，广泛用于重金属废水处理行业。目前在实际研究应用较多的重金属捕捉剂主要有二硫代胺基甲酸盐类衍生物（DTC类）。在电镀行业中，重金属不再以单一的重金属离子形式存在，而是与EDTA、酒石酸、柠檬酸、NH3等物质形成稳定的络合物，因此去除难度更大，普通的重金属捕捉剂沉淀法难以获得满意的处理效果。目前，电镀行业含镍的络合型电镀废水最难处理，难通过调节重金属捕捉剂配方及处理工艺达到电镀污染物排放标准表3要求，镍含量小于0.1mg/L。镍废水已成为电镀行业处理难题，急需研制新型重金属捕捉剂，满足行业需求。近年来，新型重金属捕捉剂成为研究热点，中国专利公开了一种“聚乙烯二胺四乙酸单元的聚合物”的专利技术专利申请，其公开号是CN106986432A，具有较好的重金属螯合能力，可广泛应用于各种重金属废水行业及土壤修复；但其还存着一些技术缺陷：（1）大多数络合型电镀废水是酸性废水，不能直接添加使用，需调节pH值至中性到碱性才能发生有效沉降；（2）在碱性条件下，该新型重金属捕捉剂投料比难控制问题，投料过量易产生沉淀慢或不沉淀反溶解现象；（3）该新型重金属捕捉剂螯合能力一般，其每个单元化学结构只能提供3个配位原子参与螯合反应，对高度络合型重金属废水处理效果不佳；（4）该新型重金属捕捉剂制备成本较高，难推广使用。二正丁基二硫代氨基甲酸钠（TP）常用作天然橡胶、丁苯胶、氯丁胶及其胶乳硫化促进剂，极少作为重金属捕捉剂直接使用，其主原因为TP对低浓度重金属废水的沉降性能较差。与福美钠相比，TP具有化学结构上的优势，结构上的二个正丁基官能团的疏水性比福美钠二个甲基更强，对重金属离子的捕捉性能强，更适合于捕捉络合型重金属离子，生成微纳米级的不易沉淀聚集体。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足而提供一种生物质螯合改性重金属复合型捕捉剂及其制备方法及其应用，能通过魔芋分子骨架接枝的新型螯合官能团VACDTANa与二正丁基二硫代氨基甲酸钠共同作用吸附络合型重金属离子，进一步通过魔芋分子骨架接枝的二硫代氨基甲酸钠和二正丁基二硫代氨基甲酸钠协同作用与助沉降剂共同发生化学沉淀反应，在数秒内生成大的聚集体，从而实现快速沉降。为了实现本专利技术的目的，本专利技术的生物质螯合改性重金属复合型捕捉剂的技术方案是这样实现的，其特征在于包括1～5份的魔芋葡甘聚糖（KGM）、1～400份的水、0.1～1份的引发剂偶氮二异丁基脒盐酸盐V-50、10～50份的N-乙烯基甲酰胺（NVF）、1～30份的1,2-环己二胺四乙酸二酐(CDTAD)、1～15份的氢氧化钾、1～5份的二硫化碳及1～30份的二正丁基二硫代氨基甲酸钠（TP）；它们为质量份数。为了实现本专利技术的目的，本专利技术的生物质螯合改性重金属复合型捕捉剂的制备方法的技术方案是这样实现的，其特征在于制备步骤如下：步骤一KGM-g-PNVF的合成取1～5份的魔芋葡甘聚糖（KGM），加入到50～400份的水，控温于40～70℃，进行溶解0.5～1小时；在氮气保护下，加入0.1～1份的引发剂偶氮二异丁基脒盐酸盐V-50和10～50份的N-乙烯基甲酰胺（NVF），接枝共聚1～20小时，降温停止反应；加入50～400份的乙醇进行沉淀分离、过滤及干燥后，获得高纯的魔芋葡甘聚糖-接枝-聚N-乙烯基甲酰胺共聚物(KGM-g-PNVF)，其中g代表接枝，r代表无规共聚；它们为质量份数；步骤二1,2-环己二胺四乙酸二酐(CDTAD)的合成将10～30份的1,2-环己二胺四乙酸和10～30份的乙酸酐溶解于10～30份的2-甲基吡啶中，控温于50～70℃，反应10～30小时，获得1,2-环己二胺四乙酸二酐；它们为质量份数；步骤三KGM-g-P(VACDTANa-r-VACS2Na)的合成取1～5份的KGM-g-PNVF，加入50～400份的水，控温于50～80℃，在机械搅拌下溶解1～2小时；再加入1～10份的氢氧化钾，水解反应12～48小时，获得魔芋葡甘聚糖-接枝-聚乙烯胺共聚物（KGM-g-PVA）；再加入1～30份的1,2-环己二胺四乙酸二酐(CDTAD)，酰基化反应1～5小时，酰化度范围控制在90～99%，获得魔芋葡甘聚糖-接枝-聚(乙烯胺基环己二胺四乙酸钠-无规-乙烯胺）（KGM-g-P(VACDTANa-r-VA)）；再加入1～5份的二硫化碳，控温于20～40℃，进行加成反应1～3小时，获得水溶性魔芋葡甘聚糖-接枝-聚(乙烯胺基环己二胺四乙酸钠-无规-乙烯胺基二硫代氨基甲酸钠）共聚物（KGM-g-P(VACDTANa-r-VACS2Na)）；它们为质量份数；步骤四生物质螯合改性重金属复合型捕捉剂的合成将1～5份的水溶性魔芋葡甘聚糖-接枝-聚(乙烯胺基环己二胺四乙酸钠-无规-乙烯胺基二硫代氨基甲酸钠）共聚物（KGM-g-P(VACDTANa-r-VACS2Na)）、1～30份的二正丁基二硫代氨基甲酸钠（TP）、1～60份的水和1～5份的氢氧化钾混合后，常温搅拌1小时，获得生物质螯合改性重金属复合型捕捉剂。在本技术方案中，在于所述乙烯胺基环己二胺四乙酸钠(VACDTANa)的接枝率为1～90%，乙烯胺基二硫代氨基甲酸钠(VACS2Na)的接枝率为1～5%。为了实现本专利技术的目的，本专利技术的生物质螯合改性重金属复合型捕捉剂的应用的技术方案是这样实现的，其特征在于取0.1～1份的生物质螯合改性重金属复合型捕捉剂加入到100～1000份的废水中，常温下搅拌1～5分钟，调节pH到1～14，再加入0.01～0.1份的助沉降剂，常温搅拌1分钟，5秒内生成粒径大于500μm的絮体沉淀，可快速实现去除废水中的络合型重金属离子，它们为质量份数。在本技术方案中，所述助沉降剂为氯化钙、硫酸镁、氯化亚铁、三氯化铁、三氯化铝的一种或两种以上的任意组合。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：1.本专利技术是一种新型可降解型生物质改性螯合型捕捉剂，分子链中接枝新型的螯合型官能团VACDTANa与二正丁基二硫代氨基甲酸钠共同作用吸附络合型重金属离子，且每个基本单位能提供六配位原子进行强力螯合吸附；使用过程中，不易产生二污染；2．本专利技术解决了工业使用的DTC类捕捉剂捕捉性能不佳问题，通过复配方式，提高了工业使用的DTC类捕捉剂的捕捉性能，进一步降低了生物质螯合改性重金属捕捉剂的使用成本，实现性价比最大化；3.本专利技术可有效解决含镍络合型电镀废水的处理难题，处理的含镍络合型电镀废水达到电镀污染物排放标准表3要求；4.本专利技术解决了现有技术重金属捕捉剂沉降速率难控制技术难题，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物质螯合改性重金属复合型捕捉剂，其特征在于包括1～5份的魔芋葡甘聚糖（KGM）、1～400份的水、0.1～1份的引发剂偶氮二异丁基脒盐酸盐V‑50、10～50份的N‑乙烯基甲酰胺（NVF）、1～30份的1,2‑环己二胺四乙酸二酐(CDTAD)、1～15份的氢氧化钾、1～5份的二硫化碳及1～30份的二正丁基二硫代氨基甲酸钠（TP）；它们为质量份数。

【技术特征摘要】
1.一种生物质螯合改性重金属复合型捕捉剂，其特征在于包括1～5份的魔芋葡甘聚糖（KGM）、1～400份的水、0.1～1份的引发剂偶氮二异丁基脒盐酸盐V-50、10～50份的N-乙烯基甲酰胺（NVF）、1～30份的1,2-环己二胺四乙酸二酐(CDTAD)、1～15份的氢氧化钾、1～5份的二硫化碳及1～30份的二正丁基二硫代氨基甲酸钠（TP）；它们为质量份数。2.一种生物质螯合改性重金属复合型捕捉剂的制备方法，其特征在于制备步骤如下：步骤一KGM-g-PNVF的合成取1～5份的魔芋葡甘聚糖（KGM），加入到50～400份的水，控温于40～70℃，进行溶解0.5～1小时；在氮气保护下，加入0.1～1份的引发剂偶氮二异丁基脒盐酸盐V-50和10～50份的N-乙烯基甲酰胺（NVF），接枝共聚1～20小时，降温停止反应；加入50～400份的乙醇进行沉淀分离、过滤及干燥后，获得高纯的魔芋葡甘聚糖-接枝-聚N-乙烯基甲酰胺共聚物(KGM-g-PNVF)，其中g代表接枝，r代表无规共聚；它们为质量份数；步骤二1,2-环己二胺四乙酸二酐(CDTAD)的合成将10～30份的1,2-环己二胺四乙酸和10～30份的乙酸酐溶解于10～30份的2-甲基吡啶中，控温于50～70℃，反应10～30小时，获得1,2-环己二胺四乙酸二酐；它们为质量份数；步骤三KGM-g-P(VACDTANa-r-VACS2Na)的合成取1～5份的KGM-g-PNVF，加入50～400份的水，控温于50～80℃，在机械搅拌下溶解1～2小时；再加入1～10份的氢氧化钾，水解反应12～48小时，获得魔芋葡甘聚糖-接枝-聚乙烯胺共聚物（KGM-g-PVA）；再加入1～30份的1,2-环己二胺四乙酸二酐(CDT...

【专利技术属性】
技术研发人员：路风辉，刘锋，陈燕舞，霍应鹏，张浥琨，郭志杰，洪丹，彭琦，唐秋实，
申请(专利权)人：顺德职业技术学院，
类型：发明
国别省市：广东,44