本发明专利技术提供了一种高效的络合态重金属离子去除剂，为具有芳香内核结构部分的枝化型多胺化合物，其同时含有强表面活性功能基团—Si(CH3)2—O—Si(CH3)2—和强螯合性的功能基团—CSS‑。本发明专利技术进一步涉及根据本发明专利技术的高效的络合态重金属离子去除剂的合成方法。本发明专利技术的高效去除剂可广泛应用于重金属离子呈络合态的各类复杂废水治理。
An efficient complex heavy metal ion remover and its synthesis method
The present invention provides an efficient removal of heavy metal ions complexed with aromatic agent, as part of the core structure of multi branched amine compounds, which also contain strong surface active functional groups - Si (CH3) 2 - O - 2 - Si (CH3) and strong chelating functional groups - CSS. The invention further relates to a synthesis method of a highly efficient complex state heavy metal ion remover according to the present invention. The high efficiency remover of the invention can be widely used in the treatment of complex wastewater with complex heavy metal ions.
【技术实现步骤摘要】
一种高效的络合态重金属离子去除剂及其合成方法
本专利技术属于环保
，涉及含重金属离子的工业废水处理，具体而言，涉及一种高效的络合态重金属离子去除剂，并进一步涉及其合成方法及用途。
技术介绍
水污染是人类长久以来面临的最重要污染问题之一，其中尤以重金属离子废水污染问题最为突出。含有重金属离子的废水无法通过生物降解而减少，并且会通过食物链富集到人体，因而对环境生态和人类健康均会造成严重危害。目前，随着含有不同重金属离子废水排放量的日益增长，重金属废水治理问题已迫在眉睫，以有色金属冶炼、电子、电镀等为代表的行业面临巨大的环保压力。重金属废水通常含有的重金属种类较多、重金属离子浓度高、废水成分复杂，常用的处理方法包括化学中和沉淀法、(电)化学还原法、物理吸附法、溶剂萃取法、离子交换法等。虽然重金属离子来源不同、种类及存在形态不同，需采用的处理方法也不同，但化学中和沉淀法依然是目前处理重金属废水最常用的主要方法之一。化学沉淀法是通过投加化学沉淀剂生产难溶性化学物质，使污染物沉淀析出，该方法处理工艺简单、处理成本较低，但也存在明显的缺点，例如沉淀剂的处理效率较低、污泥渣量大且含水率高等，特别是对于废水中含有EDTA、柠檬酸氨等有机强配位剂时，重金属离子与配位剂结合生成稳定性很强的络合态物质，传统的中和沉淀剂无法有效去除，处理后的废水无法达标排放。因此，目前研究人员正积极寻找具有高效螯合竞争能力，可有效处理络合态重金属离子废水的处理剂。针对上述问题，本专利公开了一种高效的络合态重金属离子去除剂，其为功能性多胺基化合物通过黄原酸化反应制备的强螯合性的去除剂，可与复杂废水如含有难降解有机杂质、含有油脂等中多种重金属离子迅速反应，生成立体交联型的难溶螯合物质，可以有效去除自由态及络合态重金属离子。
技术实现思路
本专利技术涉及一种高效的络合态重金属离子去除剂，该去除剂为具有芳香内核结构部分的枝化型多胺化合物，其结构中同时含有强表面活性功能基团(—Si(CH3)2—O—Si(CH3)2—)和强螯合性的功能基团(—CSS-)。其中所述芳香内核结构部分为双酚A—C6H4—C(CH3)2—C6H4—；所述多胺化合物结构部分可包含烷基多按化合物和含硅二胺；所述烷基多胺化合物选自二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一种或多种；所述含硅二胺为1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷。本专利技术进一步提供了根据本专利技术的络合态重金属离子去除剂的合成方法，包括如下步骤：(1)烷基多胺化合物、含硅二胺的混合物，在碱性溶液中与环氧氯丙烷发生反应，得到改性多胺化合物；(2)改性多胺化合物首先与双酚A、甲醛溶液反应，接着加入溶剂二甲苯，用于进一步高温反应，得到双酚A型多胺化合物；(3)双酚A型多胺化合物、聚乙烯亚胺在碱性溶液中与二硫化碳发生反应，得到目标产物。上述制备方法中，步骤(1)中，所述烷基多胺化合物可为二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺；含硅二胺为1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷；所述碱性溶液可为氢氧化钠、氢氧化钾水溶液，质量百分浓度可为0.5％～3％；烷基多胺化合物、含硅二胺、环氧氯丙烷的摩尔比例可为(6～10)：1：(3～6)，碱性溶液与胺基化合物混合物(包括烷基多胺化合物和含硅二胺)的质量比例可为(2～5)：1；反应温度30～70℃，反应时间5～12小时。步骤(2)中，所述甲醛溶液为甲醛的水溶液，质量分数为36％左右；多胺化合物与双酚A、甲醛的质量比例可为(8～15)：1：(1～3)；前期滴加甲醛阶段，反应温度为40～70℃，反应1～3小时；后期加入二甲苯进一步高温反应，二甲苯加入量可为体系总质量的40％～60％，反应温度100～110℃，反应时间3～8小时。步骤(3)中，所述聚乙烯亚胺的相对分子量可为1200～6000；碱性溶液可为氢氧化钠、氢氧化钾水溶液，质量百分浓度可为15％～40％；双酚A型多胺化合物、聚乙烯亚胺：碱、二硫化碳的质量比例可为20：(3～10)：(6～15)：(10～20)；反应温度10～30℃下反应时间3～6小时，之后升温至50～70℃反应时间6～18小时。本专利技术提供的重金属离子去除剂的结构特征为：以环氧氯丙烷做扩链剂，表面活性功能基团硅氧烷(—Si(CH3)2—O—Si(CH3)2—)被引入烷基多胺化合物中，进一步以双酚A作为内核，通过Mannich反应(胺甲基化)制备了含有芳香结构内核的枝化型多胺化合物，将其与具有一定阳离子度的聚乙烯亚胺混合，通过对胺基的黄原酸化改性引入强螯合性的功能基团(—CSS-)，进而使结构中同时具有表面活性和强螯合吸附的复合功能基团。本专利技术提供的重金属离子去除剂的性能特征为：由于结构中强螯合功能基团数量多，分子结构呈枝化型，借助分子链间螯合基团可形成立体交联网络，去除剂的螯合吸附能力强，大幅提升对重金属离子的螯合竞争能力，可有效从EDTA、柠檬酸盐等络合剂中竞争沉淀出重金属；同时由于结构中含有强表面活性的硅氧烷功能基团，对废水中的高浓度有机杂质等有良好的破坏作用，有助于络合态金属离子的解构脱稳，从而提高螯合效果和去除速率。由本专利技术提供的合成方法制备的高效去除剂，可广泛应用于重金属离子呈络合态等各类复杂的重金属离子废水治理。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的说明，但本专利技术并不限于以下实施例。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。下述实施例中所用二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷均由百灵威科技有限公司提供；所用环氧氯丙烷、双酚A、甲醛水溶液(质量百分比36％)、二硫化碳、二甲苯由上海阿拉丁生化科技股份有限公司提供；所用聚乙烯亚胺水溶液(质量百分比30％，相对分子量3000～5000)由武汉市强龙化工新材料有限责任公司提供。所用的模拟重金属离子废水溶液由以下方法配制：根据各重金属相对原子质量及其金属盐化合物的分子量，分别计量称取配置含有Cd2+、Pb2+、Cu2+、Zn2+、Ni2+的混合重金属离子溶液。模拟废水中重金属离子浓度如下：Cd2+＝143mg/L；Pb2+＝97mg/L；Cu2+＝88mg/L；Zn2+＝124mg/L；Ni2+＝103mg/L。为考察处理剂对含有络合剂复杂重金属离子废水的处理情况，在重金属离子废水溶液中加入络合剂乙二胺四乙酸(EDTA)，浓度分别为0.4mmol/L。上述模拟重金属离子废水溶液用稀盐酸和氢氧化钠调节溶液pH值在4～5。所述处理剂的重金属离子去除率采用如下方法计算：采用电感耦合等离子光谱仪，测试加药处理后废水中剩余重金属离子浓度，根据加药前后重金属离子浓度的变化计算得到各金属离子去除率。实施例1步骤(1)：向带有磁力搅拌的三口烧瓶中加入200g氢氧化钠水溶液(质量浓度为0.8％)，分别加入31g二乙烯三胺、12.4g的1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷，搅拌均匀后，缓慢滴加14g环氧氯丙烷，滴加完毕后体系维持45℃搅拌反应8小时。反应结束后冷却至室温，采用旋转蒸发法去除水分、真空干燥，得到第一阶段目标产物，标记为本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高效的络合态重金属离子去除剂，为具有芳香内核结构部分的枝化型多胺化合物，其同时含有强表面活性功能基团—Si(CH3)2—O—Si(CH3)2—和强螯合性的功能基团—CSS‑。
【技术特征摘要】
1.一种高效的络合态重金属离子去除剂，为具有芳香内核结构部分的枝化型多胺化合物，其同时含有强表面活性功能基团—Si(CH3)2—O—Si(CH3)2—和强螯合性的功能基团—CSS-。2.根据权利要求1所述的高效的络合态重金属离子去除剂，其中所述芳香内核结构部分为双酚A—C6H4—C(CH3)2—C6H4—；所述多胺化合物结构部分包含烷基多按化合物和含硅二胺。3.根据权利要求2所述的高效的络合态重金属离子去除剂，其中所述烷基多胺化合物选自二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一种或多种；所述含硅二胺为1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷。4.根据权利要求1-3中任一项所述的络合态重金属离子去除剂的合成方法，包括如下步骤：(1)烷基多胺化合物、含硅二胺的混合物，在碱性溶液中与环氧氯丙烷发生反应，得到改性多胺化合物；(2)改性多胺化合物首先与双酚A、甲醛溶液反应，接着加入溶剂二甲苯，用于进一步高温反应，得到双酚A型多胺化合物；(3)双酚A型多胺化合物、聚乙烯亚胺在碱性溶液中与二硫化碳发生反应，得到目标产物。5.根据权利要求4所述的方法，其中在步骤(1)中，所述烷基多胺化合物为二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺；含硅二胺为1,3-双(3-氨基丙基)-1,1...
【专利技术属性】
技术研发人员：张梅，刘伟丽，高峡，胡光辉，赵婷，魏晓晓，
申请(专利权)人：北京市理化分析测试中心，
类型：发明
国别省市：北京,11
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