[发明专利]一种高分子铬稳定剂及其制备方法及其应用

说明书

技术领域：

本发明属于环境修复中的重金属修复领域，具体涉及一种高分子铬稳定剂及其制备方法及应用。

技术背景：

铬及其相关化合物是无机盐行业中的一种重要原料，广泛应用于冶金、印染、皮革、医药和电镀等多种行业。铬工业发展的同时也造成了环境的污染，尤其是土壤污染。土壤中的铬主要来源于含铬原辅材料及铬产品在运输过程中，因为管理不善而引起的跑、冒、滴、漏，以及铬生产过程中排放的废气、废水和废渣。这些污染物还会通过大气沉降、地下水迁移和堆放浸出等途径进入周边土壤。六价铬(Cr⁶⁺)是世界公认的有毒致癌物，人体直接接触后会导致皮肤过敏，并对食道、呼吸道造成损害，Cr⁶⁺还会被植物吸收，通过食物链在人体内富集，引发一系列病变，严重威胁人类健康。因此，土壤铬污染修复问题备受关注。

《铬渣污染治理环境保护技术规范》(暂行)明确规定，铬渣的解毒就是用还原剂将铬渣中的六价铬还原为三价铬，再利用稳定剂使其稳定固化。在目前的稳定固化法中，常用亚硫酸盐、磷酸盐、有机膦酸盐等稳定剂，这些药剂的大量使用会造成土壤的二次污染，其中含磷含氮物质会随着地下水迁移，从而造成土壤微生物超标和地表水富营养化等现象。

因此，要实现修复铬污染土壤而不造成二次污染，其途径之一就是研发一种无磷无氮又具有稳定金属铬能力的稳定剂，而目前，对这方面的研究还很少。

发明内容：

为了解决上述问题，本发明的第一个目的在于提供一种高分子铬稳定剂及其制备方法。该稳定剂无磷无氮，绿色环保，对螯合金属铬离子有十分优异的效果，其螯合物能吸附于土壤中，降低铬的迁移性。

本发明的第二个目的在于提供上述高分子铬稳定剂的使用方法，通过与廉价易得的钢渣、底泥和硅藻土协同使用，达到稳定固化铬的修复效果。

为了实现第一个目的，本发明采取的技术方案是：

一种高分子铬稳定剂，其特征在于该化合物的结构式如下：

其中：R为除正丁基之外的C₁₂～C₁₆直链或支链烷基中的任意一种，n为6～16之间的数。

上述的高分子铬稳定剂的制备方法，该方法包含以下步骤：

1)将摩尔比为1：1.1～5的烷基聚氧乙烯醚和丁二酸酐加入反应器中，再加入一定量的催化剂，在常压、50～90℃下，反应2～6小时，得到产物A；

2)将步骤1)中得到的产物A冷却至室温，用产物A体积10～30倍的乙醚进行萃取，过滤，除去过量的丁二酸酐，将滤液蒸发回收，最后得提纯产物B，即所述的高分子铬稳定剂。

作为进一步的改进，所述的步骤1)中所述的烷基聚氧乙烯醚的结构式为：

其中：R为除正丁基之外的C₁₂～C₁₆直链或支链烷基中的任意一种，n为6～16之间的数。

作为进一步的改进，所述的步骤1)中所述的催化剂为4-二甲氨基吡啶、氯 化铝、硫酸中的至少一种，催化剂用量为烷基聚氧乙烯醚和丁二酸酐总质量的0.1～8％。

作为进一步的改进，所述的步骤1)中，在加入催化剂之后，往反应器通入氮气作为保护气。

本发明的高分子铬稳定剂以烷基聚氧乙烯醚和丁二酸酐为原料，进行开环酯化反应，其反应式为：

这两种原料不仅能提供性能优异的螯合基团，而且都只含碳氢氧三种元素，反应过程无副产物产生，符合绿色化学的环保理念。其中，4-二甲氨基吡啶、氯化铝和硫酸是酯化反应中常用的经济效益较优的催化剂。产物分子中，烷基链是亲油基团，碳链长度R的大小决定稳定剂在土壤中与固体颗粒的结合能力，这种结合能力使得稳定剂与铬离子的螯合产物能吸附于土壤中，起到稳定化作用。环氧乙烯基是亲水基团，重复单元数n决定稳定剂在土壤中的离子迁移性，稳定剂以离子形式游离于土壤中，这种离子迁移性使得稳定剂能更广泛的螯合游离于土壤中的铬离子。酯基和羧基是活性官能团，能与金属离子发生螯合作用，从而达到稳定重金属的作用。产物A中除了主要产物，还有少量未反应丁二酸酐，其中稳定剂的含量在60～90％之间。为了提高稳定剂的纯度，在步骤2)中用乙醚对其进行了提纯，提纯后稳定剂的含量为98％。

为了实现第二个目的，本发明采取的技术方案是：

上述的高分子铬稳定剂的使用方法，其特征在于，使用方法如下：

1)将高分子铬稳定剂与钢渣、底泥和硅藻土混合，搅拌均匀，得混合药剂C；