一种氰尿酸基重金属螯合絮凝剂及其制备方法技术

本发明专利技术属于重金属废水处理技术领域，具体涉及一种氰尿酸基重金属螯合絮凝剂及其制备方法。它采用以氰尿酸为基本骨架，通过环氧氯丙烷将多胺连接到分子上，再与二硫化碳在碱性条件下反应制得分子中含有多支链多二硫代甲酸基功能团的重金属螯合絮凝剂。它克服了现有单功能基螯合剂形成絮体较小，沉降性能差，高分子螯合剂螯合重金属离子时存在空间位阻大，残余重金属离子浓度难以达标等缺陷。本发明专利技术制备工艺简单，条件温和，操作、控制容易；收率高、原料利用率高；三废排放少，工艺过程环保，便于普及推广和实现工业化。适于冶炼废水、电镀废水、有色金属加工废水、采矿选矿废水、印刷电路板废水和电池厂等各类重金属废水的处理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于重金属废水处理
，具体涉及一种多支链多螯合功能基的重金 属离子处理剂，尤其是。
技术介绍
Hg、Cd、Pb、Cr、As、Cu和Ni等重金属离子，由于微量即可产生显著毒性效应，不 能被微生物降解，且被生物体摄取后能在较高级的生物体内成千百倍地富集起来，并与生 物高分子(如蛋白质、酶等)发生强烈相互作用而使它们失去活性，也可积累在某些器官 中造成累积性中毒，因此，重金属废水是对环境污染最严重、对人类危害最大的工业废水之 一。据不完全统计，我国重金属废水的年排放量达40 亿吨左右，江河湖库底质的污染率高 达80. 1 %，水体重金属污染问题十分突出，直接威胁着人们生命安全，造成了严重的经济损 失。重金属污染已成为制约我国经济、社会发展和民生改善的重大问题。现有的重金属废水处理方法主要还是传统的处理方法，如化学沉淀法(氢氧化 物、硫化物等)、氧化还原法、铁氧体法、离子交换法、电化学方法、吸附法、蒸发浓缩法和电 渗析法等，还有螯合沉淀法以及胶束强化超滤和聚合物络合强化超滤等方法。其中传统处 理方法存在技术或处理费用等方面的问题，难以在实际应用中推广，特别是对含配合剂的 重金属废水，传统方法无法满足日益严格的环保要求。胶束强化超滤和聚合物络合强化超 滤两种方法对废水的处理效率较低，还存在对超滤浓缩液的处理、聚合物或表面活性剂的 回收与循环使用，以及膜组件价格偏高、膜污染、有机膜对温度和PH值很敏感、抗溶剂和抗 氧化能力差等问题，离工业化应用尚有很大距离。与上述方法比较，螯合沉淀法工艺简单、 高效而又经济，适于大规模废水的处理，是推进重金属废水治理的有效途径。目前使用的螯合剂主要是对多种重金属离子均有较强螯合功能的氨基二硫代甲 酸盐，包括单功能基和多功能基的小分子，如铜试剂二乙基二硫代氨基甲酸钠、三乙烯四胺 双(二硫代甲酸钠)、多胺二硫代甲酸盐、N，N’ - 二二硫代哌嗪甲酸钠和1，3，5-六氢三嗪 二硫代甲酸钠等，也有含多个二硫代甲酸基的高分子，如聚乙烯亚胺基黄原酸(PEX)、淀粉 黄原酸脂、多胺_环氧氯丙烷共聚物黄原酸盐、聚丙烯酰胺黄原酸盐等。单氨基二硫代甲酸 基小分子螯合剂虽螯合能力较强，但形成的絮体小，沉降性能差，且需维持适当过量才能达 到较好的效果；而高分子螯合剂虽然具有较好的絮凝性能，但存在的空间位阻较大，使残余 重金属离子浓度难以达标排放；含多功能基的小分子可通过同一重金属离子与来自不同螯 合剂分子的螯合基结合生成大分子螯合物，从而形成大絮团，提高絮凝沉降效果。因此，重 金属离子处理剂分子提供的螯合基团越多，螯合重金属离子形成的超分子配位体越大，则 絮凝沉降效果越好。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的是提供一种具有多支链多螯合功能基的小分子重金属离子 处理剂，即一种氰尿酸基重金属螯合絮凝剂。该氰尿酸基重金属螯合絮凝剂，组成为一种结构式为(I)的化合物，其质量百分 含量是93. 11% 100% ；杂质，其质量百分含量小于6. 9% ； 式中，x、y和ζ为1 4，M为Na或K。更具体地说，所述杂质组成为含硫化合物，其质量百分含量小于6. 4% ；碱，其质 量百分含量小于0.5%。本专利技术的第二个目的是提供一种制备该氰尿酸基重金属螯合絮凝剂的方法。制备该氰尿酸基重金属螯合絮凝剂的方法包括如下顺序的步骤(1)将氰尿酸用二甲亚砜溶解，配制成质量百分浓度为2 10%的溶液，加入到带 有机械搅拌和回流冷凝管的反应器中，按氰尿酸与环氧氯丙烷的摩尔比为1 3 3. 3的 比例，缓慢滴加环氧氯丙烷，控制温度在60 90°C的范围内，反应时间为6 9h ；(2)按环氧氯丙烷与多胺的摩尔比为1 1 1. 1的比例，缓慢滴加多胺，温度控 制在50 80°C的范围内，反应时间为4 6h ；(3)将步骤(2)所得反应混合物在ImmHg下减压蒸馏蒸出溶剂二甲亚砜，得无色和 淡黄色胶状物，收集二甲亚砜作下一轮反应的溶剂；(4)将步骤(3)所得胶状物用无水乙醇溶解，配成质量百分浓度为5 10%的溶 液，加入到带有机械搅拌和回流冷凝管的反应器中，按加入的多胺中的N原子数、碱和二硫 化碳摩尔比为1. 0 0. 5 1. 2 0. 5 1. 1的比例，先加入片状或粒状碱，再滴加二硫化 碳，在室温下反应4 6h，升温到40 50°C，反应1 2h，分离溶剂，得黄色或棕色胶状物， 即产物氰尿酸基重金属螯合絮凝剂。所述的氰尿酸、环氧氯丙烷、多胺、二硫化碳和二甲亚砜为工业级产品，使用时不 作进一步纯化处理。所述的多胺为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一种或两种以上 的混合物。所述的碱为NaOH或Κ0Η，工业级产品。本专利技术的氰尿酸基重金属螯合絮凝剂，是以氰尿酸为基本骨架，通过环氧氯丙烷 将多胺连接到分子上，再与二硫化碳在碱性条件下反应制得分子中含有多支链多二硫代甲 酸基的重金属处理剂。因此，它克服了高分子螯合剂位阻较大，使残余的重金属离子浓度难 以达标的缺陷，又能通过同一重金属离子与来自不同螯合剂分子的螯合基结合生成大分子螯合物，从而形成大絮团，提高沉降效果，克服了单功能基小分子螯合剂形成的絮体松散， 沉降效果差的缺陷。本专利技术的制备氰尿酸基重金属螯合絮凝剂的方法，原料易得，制备工艺简单，收率 高，易于控制和操作，制造成本较低，三废排放很少，且投资省，且易于推广、普及和实现工 业化。现将本专利技术相比于现有技术所具有的有益效果总结如下(1)现有技术中的单氨基二硫代甲酸基小分子螯合剂形成的絮体小，沉降性能差， 且需维持适当过量才能达到较好的效果；而高分子螯合剂存在的空间位阻较大，残余重金 属离子浓度难以达标排放等缺陷，而本专利技术的氰尿酸基重金属螯合絮凝剂含有多个二硫代 甲酸基的小分子螯合剂，既有较强的螯合重金属离子的能力，又能通过同一重金属离子与 来自不同分子的螯合基团螯合而形成大絮团，从而提高 絮凝沉降性能。(2)本专利技术产物分子体积较大，其中多个二硫代甲酸基分布在分子的三条支链上， 往三个方向伸展，利于微絮体向空间发展和在不同絮体间架桥。因此，使用本专利技术产物，残 余重金属离子浓度很低，都能达到国家污水综合排放一级标准，絮凝沉降性能又能达到高 分子螯合剂的水平，是兼具优良螯合能力和絮凝沉降性能的重金属螯合絮凝剂，在一般情 况下不需另加助(絮)凝剂。(3)本专利技术的氰尿酸基重金属螯合絮凝剂的制备方法，工艺简单，条件温和，操作、 控制容易；溶剂二甲亚砜经减压蒸馏回收后循环使用，节约了原料，大大降低了成本；收率 高、原料利用率高；三废排放少，工艺过程环保，便于普及推广和实现工业化。(4)本专利技术产物安全无毒，适应范围广，能在常温下与废水中的各种重金属离子 (Hg2+、Pb2+、Cu2+、Cd2+、Ni2+、Mn2+、Zn2+、Cr3+等)迅速反应，生成不溶于水且具有良好化学稳 定性的螯合物。不仅适应游离态的重金属离子，还适应络合状态的重金属离子。(5)处理废水的工艺简单，只需在重金属废水中加入一定量的本专利技术产品，充分搅 拌就能迅速产生不溶性的絮体，经沉降分离和过滤即可，不需要复杂的设备和工序。适于冶 炼废水、电镀废水、有色金属加工废水、采矿选矿废水、印刷电路板废水和电池厂等各类重 金属废水的处理。附图说明图1为本专利技术的制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氰尿酸基重金属螯合絮凝剂，其特征在于组成为：一种结构式为（Ⅰ）的化合物，其质量百分含量是９３．１１％～１００％；杂质，其质量百分含量小于６．９％；＊＊＊（Ⅰ）式中，ｘ、ｙ和ｚ为１～４，Ｍ为Ｎａ或Ｋ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘立华，曾荣今，吴俊，令玉林，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]