[发明专利]一种重金属捕集剂、制备方法及其在工业污水处理中的应用

说明书

一种重金属捕集剂、制备方法及其在工业污水处理中的应用，属于水处理技术领域。所述重金属捕集剂为三聚氰胺酰基硫脲化纤维素，由羧甲基纤维素和三聚氰胺合成得到三聚氰胺纤维素低聚物，再与硫氰酸钠、对苯二胺反应得到。用三聚氰胺经羟胺化反应得到了三聚氰胺改性的羧甲基纤维素，然后进行酰胺硫脲化封端反应，得到了末端为双硫脲结构的重金属捕集剂；投药量50mg/L，矿区废水中Cd²⁺、Hg²⁺、Pb²⁺、Cr³⁺等离子的浓度从8.9mg/L、6.7mg/L、7.1mg/L、10.8mg/L下降到0.02~0.04 mg/L、0.01~0.04 mg/L、0.01~0.04 mg/L、0.02~0.05 mg/L。

技术领域

本发明涉及一种重金属捕集剂、制备方法及其在工业污水处理中的应用，属于水处理技术领域。

背景技术

“重金属”指原子密度大于6g/cm³的金属元素，常见的由铬（Cr）、镉（Cd）、铜（Cu）、汞（Hg）、镍（Ni）、铅（Pb）、锌（Zn）。重金属不能生物降解，不易代谢，容易造成生物体内的累积造成毒害作用，对人及其他动物都有重大危害。电镀、采矿、冶炼、皮革等行业是产生重金属污水的大户，不仅污水量随着经济的发展快速增长，污水中含有的重金属种类也在增多，这些行业污水的处理成本和处理难度日趋加大。重金属污水的处理方法很多，诸如电化学法、还原法、膜分离法、生物法等等，这些方法操作比较复杂，一般需要较复杂的处理设备，目前，高分子重金属捕集剂是处理重金属污染的高效便捷方法，高分子重金属捕集剂能在常温和很宽pH范围内络合沉淀重金属离子，重金属离子残留浓度低，处理效率高，操作简单且能应对多种重金属离子并存的污水。

现有的高分子重金属捕集剂多为人工合成的有机高分子，存在单体毒性大、难降解、难以避免二次污染等缺点，而由天然高分子改性得到的重金属捕集剂具有原料易得、成本低、产品易降解等优势。目前改性天然高分子类的重金属捕集剂多集中在天热多糖类化合物的改性，如淀粉、纤维素和壳聚糖等。纤维素分子结构中因富含活性较高的羟基而易于改性，所以改性方法众多，也能得到结构多样、性能多样的改性化合物。

中国专利CN102716728A公开了一种改性蔗渣纤维素基重金属吸附剂的制备方法，工艺步骤是：先将天然纤维素疏解、用蒸馏水、乙醇洗涤、NaOH溶液中搅拌、活化，再将纤维素放入二甲基亚砜中水浴加热糊化，加入去离子水和引发剂，通入氮气引发后，加入丙烯酸类单体反应得到接枝共聚产物；再加入多乙烯多胺类单体反应、洗涤、干燥，得到纤维基重金属吸附剂粗产物；再用去离子水洗涤、乙醇浸泡并润洗、去离子水再洗涤，丙酮抽提、干燥即得重金属吸附剂精产品。本发明的制备方法简单、成本低廉、环境友好且吸附效果优异，符合循环经济和可持续发展的理念，同时解决了蔗渣焚烧产生二次污染的问题，使受重金属污染的水体得到净化，经济上有明显优势。该专利主要是将二乙烯三胺的仲胺基接枝到纤维素分子结构上，但仲胺基对重金属离子的络合吸附能力有限，该专利中也只是做了对铜离子的吸附效果评价。

中国专利CN102407097A 公开了一种半纤维素基重金属离子吸附剂的制备方法，该方法主要是在超声波的强化作用下，采用自由基引发接枝共聚的方式进行接枝共聚反应。本发明方法所制备的吸附剂不仅保留了半纤维素的优良性质，而且具有吸附重金属离子的能力，是一种适应可持续发展的重要的吸附材料。该专利运用超声波技术手段，在引发剂引发下纤维素上的羟基与二乙烯三胺、三乙烯四胺、多乙烯多胺或乙二胺等反应使纤维素接枝上胺基官能团，但该种官能团对重金属离子的络合吸附能力有限，不适合含高浓度多种类重金属离子的工业污水。

综上可以看到，目前纤维素改性类的重金属捕集剂接枝的官能团吸附效果有限，难以应对高浓度多种类重金属离子污水的处理，需要接枝吸附功能更为优异的特种官能团，以得到处理能力优异重金属捕集剂。

发明内容