重金属去除制剂及其合成方法与应用技术

技术编号:22559132 阅读:73 留言:0更新日期:2019-11-16 01:59
本发明专利技术涉及重金属污染控制技术领域,具体涉及重金属去除制剂及其合成方法与应用;所述重金属去除制剂的合成方法包括如下步骤:以(CH

Heavy metal removal agent and its synthesis and Application

The invention relates to the technical field of heavy metal pollution control, in particular to heavy metal removal preparation and its synthesis method and application; the synthesis method of the heavy metal removal preparation comprises the following steps: 1

【技术实现步骤摘要】
重金属去除制剂及其合成方法与应用
本专利技术涉及重金属污染控制
,具体涉及重金属去除制剂及其合成方法与应用。
技术介绍
重金属污染已几乎遍及全球,在全球许多地区均发现重金属污染。我国重金属污染问题更为突出,河、湖、水库底质污染严重,重金属污染率极高达。各种矿山开采、金属冶炼、电镀工业、化肥工业等产生大量含重金属废水,并排放入环境水体中,导致环境水体中重金属含量急剧升高,造成流域污染。对环境造成污染的重金属主要包括汞、镉、铬、铅、镍、铜、锑、砷、硒等。重金属不仅会导致人与动物的急慢性中毒,而且能够通过在人体内积累以及食物链生物蓄积作用,引起各种疾病,甚至最终导致终身伤残或死亡,严重威胁人类与生物健康。迄今为止,人们已经开发出多种用于去除水体中重金属的技术方法,主要包括化学混凝沉淀法、膜法、离子交换法、吸附法以及零价铁技术等。混凝沉淀法是在近中性pH值条件下添加沉淀剂,使重金属经过沉淀和共沉淀从水体中分离出来。典型的混凝沉淀技术包括中和凝聚沉淀技术、硫化物沉淀技术以及基于铁铝盐的混凝-絮凝-沉淀法。由于具有效果显著、简单、廉价易行的优点,混凝沉淀法迄今为止已经被广泛应用于世界各国的重金属污染废水处理。然而尽管被广泛使用,传统的混凝沉淀法的主要问题在于需要用熟石灰调节pH在近中性条件下进行混凝沉淀,因此产生大量低密度的含重金属污泥,重金属淤泥不便于回收,大量危险固废的后处置问题非常棘手。对于含镉、含镍、含锌电镀废水通过常规的酸碱调节和硫化等絮凝沉淀处理后,虽然部分镉、镍、锌得到了有效去除,但依然难以做到达标排放。即便是成倍增加沉淀药剂的投放量,也无济于事,这令电镀废水处理行业和企业深感头疼。究其原因在于含镉、含镍、含锌电镀废水中有部分镉、镍、锌为螯合紧密的螯合态金属离子,常规的沉淀技术不能去除。近年来,以螯合树脂为材料的重金属吸附剂得到了越来越多的应用,但螯合树脂非常昂贵,吸附再生步骤繁琐并且再生液的后处理困难,容易带来二次污染。有鉴于此,特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的缺陷,提供一种重金属去除制剂(即重金属捕获剂)的合成方法,以(CH2)nCl2(二氯烷烃)和氨为原料,在碱性条件下经氨化和寡聚反应后去除多余的氨,向反应体系中加入二硫化碳,反应后得产物;其中,所述(CH2)nCl2中n为2~4;优选所述(CH2)nCl2为二氯乙烷或二氯丙烷。本专利技术所述的合成方法中,所述氨化和寡聚反应后蒸馏去除多余的氨,向蒸馏余液中加入二硫化碳;馏出液可以重复利用;所述氨以氨水溶液、氨的醇溶液或氨的醇-水混合液的形式加入,所述醇包括但不限于乙醇、丙醇、甲醇;所述氨水溶液的浓度没有特别限制,优选为质量浓度为5~60%的氨水溶液。进一步的,所述氨化和寡聚反应在碱性物质尤其是弱碱的存在下进行,所述的碱性物质选自碳酸钠、氨、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化镁中的至少一种,所述(CH2)nCl2与碱性物质的摩尔比为1:0.1~1:5,优选为1:1~1:3;其中,所述的碱性物质以水溶液、醇溶液或醇-水混合液的形式加入,所述醇包括但不限于乙醇、丙醇、甲醇;进一步的,为了减少副产物、提高产率,更优选地所述碱性物质为弱碱,如碳酸钠和/或氨。作为本专利技术的优选方案,当所述的碱性物质选择氨时(尤为理想),在合成方案中选择加大氨的过量程度即可;优选以氨为反应原料并作为碱性物质时,所述(CH2)nCl2和氨的摩尔比为1:1.1~1:5;更优选所述(CH2)nCl2和氨的摩尔比为1:1.5~1:3或1:1.1~1:1.5或1:1.5~1:2。二氯烷烃和氨的摩尔比对产物的聚合度,以及反应产率都有较大影响。一般而言,氨的加入量较大时,产物聚合度较低,需在更低的pH下沉淀析出;氨的加入量较小时,产物聚合度较高,可在略微酸性甚至近中性pH下沉淀析出,但过高的产物聚合度容易导致产物对电镀废水中螯合态镍失效。本专利技术所述的合成方法,碱性物质可以单独加,也可与其他原料(二氯烷烃等)混合一起加入,也可以在反应的过程中同步缓慢滴加。进一步的,在所述氨化和寡聚反应后、去除多余的氨前,将体系的pH值调节为9.0以上;优选为10.0~13.5。本专利技术采取蒸馏的方式去除多余的氨,蒸馏体系的pH值以溶液中氨分子(NH3)占到总氨的百分之99%以上为准。进一步的,向所述反应体系中加入二硫化碳前调节体系pH值为9~13;优选为9~12;更优选为9~11。进一步的,所述二硫化碳与(CH2)nCl2的摩尔比为1:1~3:1;优选为1:1~2:1。进一步的,所述氨化和寡聚反应温度为40~200℃,时间为0.5~10h;优选反应温度为80~160℃,时间为1~4h;温度较高时反应较快,反应更完全;和/或,所述去除多余的氨的步骤在60~160℃下进行0.5~10h;优选进行1~4h;温度较高时蒸馏较快,氨和氨化产物中所含的少量乙二胺都可以全部蒸出;馏出液回收后作为反应物可重复使用;和/或,向所述反应体系中加入二硫化碳后在10~100℃下反应0.5~10h;优选在30~80℃下反应1~4h;温度较高时反应速率快,反应比较完全,但温度过高且在强碱性条件下则容易产生副产物Na2CS3。进一步的,本专利技术所述的合成方法还包括向所述产物中加碱的步骤;优选所述碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化镁、碳酸钠中的一种或几种。本专利技术所述的合成方法,待反应结束后冷却,产物中不可溶的部分(硫代氨基甲酸类)再加适量碱溶解后得到本专利技术中所提及的重金属去除制剂。进一步的,本专利技术所述的合成方法的反应装置可选择反应釜(尤其是带有搅拌装置的反应釜)或管式反应器。本专利技术所述的合成方法以纯水、乙醇、水-醇混合液为溶剂体系;优选以纯水作为溶剂体系,以进一步控制成本,且避免因使用了含醇的溶剂体系带来的安全隐患和后续分离难度。二氯烷烃与氨水直接氨化反应所得产物异常复杂,产物由2~10个以及更多氨基的寡聚胺类混合体系组成。如二氯乙烷与氨的取代产物中,乙二胺单体的产率很低,氨化产物中绝大部分是线性、环状和分支链状等化学结构的寡聚胺类化合物的混合体。在本专利技术的反应条件下,二氯乙烷与氨水直接反应后得到的胺类寡聚物组成比较复杂,乙二胺的质谱峰不显著。而本申请首次实现了直接以二氯烷烃、氨和二硫化碳为反应原料制备重金属捕捉剂的可能,并进一步确认了所制得的重金属捕捉剂针对重金属的突出去除效果。本专利技术同时提供所述的合成方法制得的重金属去除制剂。本专利技术所述的重金属去除制剂,既可以是反应体系后的液态体系,也可以是进一步经干燥制得的固形物(如粉末),使用时经溶解稀释后可直接投入待处理的含重金属废水中对重金属进行捕获处理。本专利技术同时提供所述的合成方法制得的重金属去除制剂在去除重金属中的应用;优选在去除强络合重金属、捕捉酸性废水中重金属的应用。所述应用的对象可以是固体也可以是液体,所述的固体是指含重金属的固体废物,包括但不局限于来自工业废渣中的重金属;所述的液体是本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种重金属去除制剂的合成方法,其特征在于,以(CH

【技术特征摘要】
1.一种重金属去除制剂的合成方法,其特征在于,以(CH2)nCl2和氨为原料,在碱性条件下经氨化和寡聚反应后去除多余的氨,向反应体系中加入二硫化碳,反应后得产物;
其中,所述(CH2)nCl2中n为2~4;优选所述(CH2)nCl2为二氯乙烷或二氯丙烷。


2.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于,所述氨化和寡聚反应在碱性物质尤其是弱碱的存在下进行,所述的碱性物质选自碳酸钠、氨、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化镁中的至少一种,所述(CH2)nCl2与碱性物质的摩尔比为1:0.1~1:5,优选为1:1~1:3;
优选以氨为反应原料并作为碱性物质时,所述(CH2)nCl2和氨的摩尔比为1:1.1~1:5;
更优选所述(CH2)nCl2和氨的摩尔比为1:1.5~1:3或1:1.1~1:1.5或1:1.5~1:2。


3.根据权利要求1或2所述的合成方法,其特征在于,在所述氨化和寡聚反应后、去除多余的氨前,将体系的pH值调节为9.0以上;优选为10.0~13.5。


4.根据权利要求1~3任一项所述的合成方法,其特征在于,向所述反应体系中加入二硫化碳前调节体系pH值为9~13;优选为9~12;更优选为9~11。
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【专利技术属性】
技术研发人员:郭学军
申请(专利权)人:北京师范大学
类型:发明
国别省市:北京;11

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