[发明专利]聚甲基丙烯酸多亚乙基多胺乙酯基螯合絮凝剂及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于重金属污水处理和絮凝剂领域，特别涉及一种集重金属离子螯合和絮凝功能于一体的聚甲基丙烯酸多亚乙基多胺乙酯基螯合絮凝剂及其制备方法。 

背景技术

重金属不能被微生物降解，易在生物体内富集而引起显著毒性效应，是一种持久性污染物。环境一旦受到重金属污染就很难治理，且其治理代价是相当惨痛的。据国家环境保护部统计，自2009年以来，中国已连续发生30多起重特大重金属污染事件，多起血铅事件，严重威胁到人民群众的生命安全。重金属污染已成为中国社会关注的热点问题之一。重金属污染的防治，事关广大人民群众尤其是儿童的身体健康，事关社会的和谐稳定。重金属废水是重金属迁移并造成污染的一种主要形式，是对环境污染最严重、对人类危害最大的污水之一。迄今已研发了多种重金属废水处理方法，如化学沉淀法（氢氧化物、硫化物、螯合沉淀法）、铁氧体法、吸附法、离子交换法、膜过滤（超滤、强化超滤法、纳滤、反渗透、电渗析法）、浮选法和电化学方法（电絮凝、电浮选、电沉积）等。在这些方法中，有些处理效果不好，难以满足越来越严格的废水排放标准；有些在经济上不可行，很大程度上限制了它们的实际应用价值。相比其他方法，螯合沉淀法操作简便，处理效果好，适于大规模重金属废水的处理，是推进重金属废水处理规模化处理的最具应用前景的方法之一。其处理效果取决于所用螯合絮凝剂的性能。 

中国专利CN101585572A和CN102491473A公布了两种类型的两性高分子螯合絮凝剂，一定程度上解决高分子螯合剂使用过程中形成的絮体负电荷过剩的问题。但这两个发明都是通过二烯丙基季铵盐的形式在高分子链上引入正电荷，由于二烯丙基季铵盐是通过分子内成环-分子间增长的链增长机理聚合的，聚合活性较低，相对分子质量一般都不高（刘立华，李菁，李佳秋.二烯丙基二烷基季铵盐高分子的合成与基础研究进展.高分子通报，2006，(5)：86-93），而絮凝性能的好坏在很大程度上取决于絮凝剂的相对分子质量。处理重金属废水的高分子螯合絮凝剂一方面要求高分子链上要有对重金属离子具有强螯合能力的功能基团，能将重金属离子牢牢“绑定”，另一方面又要求能将“绑定”重金属离子后形成的微小絮体聚集形成粗大而密实的絮团，以利于其沉降分离。因此，专利CN101585572A和CN102491473A公布的两类高分子螯合絮凝剂在相对分子质量方面是有明显缺陷的，形成的絮体仍不够粗大密实，导致沉降速率不够快，沉渣体积偏大，含水率偏高。另外，专利CN101585572A是利用分子链上的酰胺基团—CONH₂与甲醛和多亚乙基多胺通过Mannich反应来接上活性氨基的，不能实现每个酰胺基团都能接上多亚乙基多胺基团，且过剩的甲醛易导致交联，使其稳定性变差；专利CN102491473A是通过环氧基团来与多亚乙基多胺反应将活性氨基引入分子链中，以利于对重金属离子具有强螯合作用的二硫代甲酸基的引入，由于反应体系中活泼氢来源多，部分环氧基易与其它活泼氢结合而开环的，因此，仍有相当一部分未能接上多亚乙基多胺基团。所以，上述两类高分子螯合絮凝剂中都存在相当一部分链节没有功能基团的情况。 

发明内容

本发明的目的之一在于针对现有高分子螯合絮凝剂存在的上述技术问题， 提供一种聚甲基丙烯酸多亚乙基多胺乙酯基螯合絮凝剂，本发明利用甲基丙烯酸酯类单体具有较高的聚合活性以利于合成较高相对分子质量的聚合物，以及通过酯交换反应在每个单体分子中都引入多亚乙基多胺以利于高分子的每个链节上都有功能基团，来促进对重金属离子的螯合“绑定”和絮体的聚集生长，从而提高螯合絮凝效果，降低沉渣体积和含水率。 

本发明的聚甲基丙烯酸多亚乙基多胺乙酯基螯合絮凝剂，组成为：主要成分的结构式为式（Ⅰ）的化合物、辅助成分为黄原酸和氢氧化钠，外观为淡黄色或黄色透明液体； 

式（Ⅰ）中，n为1000～5000的整数，x为1～3的整数。 

本发明的第二个目的在于提供上述聚甲基丙烯酸多亚乙基多胺乙酯基螯合絮凝剂的制备方法，它包括如下步骤： 

（1）将多亚乙基多胺加到高压反应釜中，再加入质量百分浓度为10%的氢氧化钾溶液，加热至沸腾，然后通入环氧乙烷，在160～180℃、0.5～0.8MPa下反应2～3h，减压蒸馏得到N-羟乙基多亚乙基多胺；其中，多亚乙基多胺与环氧乙烷的摩尔比为2～2.1∶1，氢氧化钾的量为投加的多亚乙基多胺和环氧乙烷总质量的0.4～0.6%；