一種改性木質(zhì)素磺酸鈉重金屬捕捉劑及其制備方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種改性木質(zhì)素磺酸鈉重金屬捕捉劑及其制備方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及污水中的重金屬處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種一種重金屬捕捉劑及其 制備方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 隨著工業(yè)的發(fā)展，環(huán)境的污染也越來(lái)越嚴(yán)重，含重金屬離子的污水量也越來(lái)越大。 人類(lèi)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活中使用含重金屬的化學(xué)原料、農(nóng)藥、生活用品，處理不當(dāng)而使重金屬 進(jìn)入水體;印染、化工、電鍍、冶煉等工業(yè)排出的重金屬?gòu)U水。工業(yè)生產(chǎn)中大量的工業(yè)廢水含 有金屬離子，如電鍍廢水及各種工業(yè)廢水等。人為造成的大規(guī)模災(zāi)害和天災(zāi)不斷地發(fā)生，有 的已夠成了危及人類(lèi)生存與發(fā)展的潛在威脅，儼然成為了一個(gè)全球性問(wèn)題。
[0003] 目前重金屬離子廢水的處理方法主要有氧化還原法、離子交換法、電解法、反滲透 法、氣浮法、化學(xué)沉淀法、吸附法等。這些處理方法在凈化效率及經(jīng)濟(jì)效益方面都存在一些 問(wèn)題，存在去除不徹底、費(fèi)用昂貴、產(chǎn)生有毒污泥或其他廢料等缺點(diǎn)。隨著重金屬離子污水 處理技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)外相繼開(kāi)發(fā)出了各種重金屬離子捕捉劑。重金屬離子捕捉劑由 于具有和重金屬離子很強(qiáng)結(jié)合力的基團(tuán)，能有效去除污水中的重金屬離子，且不受重金屬 離子種類(lèi)和絡(luò)合劑的影響，已成為重金屬離子廢水污染治理領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外 的重金屬離子捕捉劑主要有兩類(lèi):黃原酸酯類(lèi)和二硫代氨基甲酸鹽類(lèi)。
[0004] 二硫代氨基甲酸鹽及其衍生物類(lèi)（DTC)重金屬離子捕捉劑基本合成方法是將-CS2-基團(tuán)接枝到高分子鏈的氨基上，二硫代氨基甲酸鹽類(lèi)聚合物的合成方法一般是以多胺 為原料，通過(guò)與二硫化碳反應(yīng)形成二硫代氨基甲酸結(jié)構(gòu)。該方法的主要缺點(diǎn)是如果原料中 多胺的碳鏈較短，則合成的產(chǎn)物和重金屬離子螯合后所產(chǎn)生的礬花較小，不利于沉淀。如果 原料中多胺的碳鏈較長(zhǎng)，則原料價(jià)格較昂貴，產(chǎn)品往往無(wú)法推廣。但是由于其主要合成物質(zhì) 多胺類(lèi)化合物存在價(jià)格昂貴、有一定毒性等制約因素，從而限制了 DTC類(lèi)重金屬捕捉劑的大 規(guī)模推廣應(yīng)用，同時(shí)DTC類(lèi)重金屬捕捉劑保存時(shí)間不能過(guò)久。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種重金屬捕捉劑及其制備 方法，將木質(zhì)素磺酸鈉進(jìn)行二硫代氨基甲酸改性，制得的重金屬捕捉劑性質(zhì)穩(wěn)定，有很強(qiáng)的 重金屬離子捕集能力，所產(chǎn)生的礬花大且重，沉淀速度快，且保存時(shí)間長(zhǎng)。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0007] 一種重金屬捕捉劑，其特征在于：由以下重量份的原料制備而成:木質(zhì)素磺酸鈉30 ~50份、尿素5~10份，濃度為3~6mol/L的甲醛4~8份、濃度為6~9mol/L的二硫化碳20~ 30份。
[0008] 本發(fā)明還給出了重金屬捕捉劑的具體制備步驟：
[0009] 步驟1，稱(chēng)取木質(zhì)素磺酸鈉加入去離子水?dāng)嚢柚瞥赡举|(zhì)素磺酸鈉溶液;木質(zhì)素磺酸 鈉的份數(shù)可以為30~50份，去離子水的用量為木質(zhì)素磺酸鈉的1~3.5倍。
[0010] 步驟2,加入甲醛，攪拌并加入尿素，在一定的溫度下水浴加熱，回流攪拌；甲醛的 份數(shù)可以為4~8份，尿素的份數(shù)可以為5~15份，溫度下水浴可以為40~65°C，反應(yīng)時(shí)間可 以為1.0~3.0h。
[0011] 步驟3,二硫化碳在攪拌的同時(shí)緩緩滴入木質(zhì)素磺酸鈉溶液中，加入濃度為2~ 4mol/L堿性溶液控制反應(yīng)pH為8~9，進(jìn)行二硫代氨基甲酸化反應(yīng);二硫化碳可以為20~30 份，反應(yīng)溫度控制在10~40 °C，反應(yīng)時(shí)間可以為2.0~6. Oh。
[0012]步驟4,滴加濃度為2~4mol/L稀鹽酸溶液使改性木質(zhì)素磺酸鹽充分析出，加入乙 醇洗滌，經(jīng)真空抽濾后即可得成品。
[0013] 優(yōu)選的是，步驟2所述水浴溫度為40~65°C。
[0014] 優(yōu)選的是，所說(shuō)的堿性溶液為NaOH或KOH溶液。
[0015]優(yōu)選的是，所述抽濾步驟具體是先真空抽濾一次，然后以蒸餾水洗滌至中性，后用 真空抽濾兩次，真空干燥后研磨成細(xì)粉，得到產(chǎn)品；所述真空干燥溫度可以為45~55°C。
[0016] 本發(fā)明的技術(shù)原理：
[0017] 1、在木質(zhì)素基衍生物的結(jié)構(gòu)單元上，苯環(huán)上面的酚羥基的對(duì)位和鄰位加上側(cè)鏈上 的羰基Q位上的氫原子都屬于活潑原子，容易被醛類(lèi)和胺類(lèi)所取代，發(fā)生曼尼希反應(yīng)。所以 可以在交聯(lián)劑甲醛條件下木質(zhì)素磺酸鈉和尿素反生反應(yīng)，引入胺基。
[0018] 曼尼希反應(yīng)化學(xué)方程式：
[0019]
[0020] 2、二硫代氨基甲酸鹽類(lèi)主要是由二硫化碳和胺基進(jìn)行反應(yīng)制備，本發(fā)明通過(guò)二硫 化碳和木質(zhì)素磺酸鈉上的胺基反應(yīng)，使得產(chǎn)品插入重金屬捕集能力強(qiáng)的二硫代氨基甲酸 根，又保證產(chǎn)品大的分子量。
[0021]
[0022] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果：
[0023] 1、插入二硫代氨基甲酸根制成重金屬捕捉劑，有很強(qiáng)的離子交換能力，對(duì)重金屬 離子有很好的捕集能力；
[0024] 2、二硫代氨基甲酸木質(zhì)素磺酸鈉的穩(wěn)定性較高，可以保存較長(zhǎng)的時(shí)間；
[0025] 3、木質(zhì)素磺酸鈉的分子量很大，所以制成的重金屬捕捉劑與重金屬離子螯合后所 產(chǎn)生的礬花較重，沉淀較快，污水經(jīng)過(guò)處理后，固液分離快速、簡(jiǎn)便。
[0026] 4、同時(shí)木質(zhì)素磺酸鹽中含有較多的酚羥基、醇羥基、羧基和羰基，包含有芳環(huán)、月旨 肪族側(cè)鏈和許多活性官能團(tuán)，本身和重金屬離子能進(jìn)行離子交換與吸附，可以利用這些基 團(tuán)與重金屬離子進(jìn)行螯合。
[0027] 5、本發(fā)明采用來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉的木質(zhì)素磺酸鈉和尿素為原料，降低了生產(chǎn)成 本。 【【具體實(shí)施方式】】
[0028]下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所說(shuō)的二硫代氨基甲酸木質(zhì)素磺酸鈉的制備方法 和其在處理重金屬污水的應(yīng)用作進(jìn)一步的說(shuō)明。應(yīng)該理解的是，本發(fā)明的實(shí)施例是用于說(shuō) 明本發(fā)明而不是對(duì)本發(fā)明的限制。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)質(zhì)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的簡(jiǎn)單改進(jìn)都屬于本發(fā) 明要求保護(hù)的范圍。
[0029] 實(shí)施例1:
[0030] 1.稱(chēng)取30g木質(zhì)素磺酸鈉加入60mL去離子水?dāng)嚢柚瞥赡举|(zhì)素磺酸鈉溶液。
[0031] 2.加入4g甲醛(濃度6mol/L)，攪拌并加入5g尿素，在40°C下水浴加熱，回流攪拌反 應(yīng)lh。
[0032] 3.量取20g的二硫化碳(濃度9mol/L)，在攪拌的同時(shí)緩緩滴入木質(zhì)素磺酸鈉溶液 中，加入濃度為2mol/LNa0H溶液控制反應(yīng)pH為8，進(jìn)行二硫代氨基甲酸化反應(yīng);控制反應(yīng)溫 度10°(：，反應(yīng)時(shí)間為2.011。
[0033] 4.滴加2mol/L稀鹽酸溶液使改性木質(zhì)素磺酸鹽充分析出，加入乙醇洗滌，真空抽 濾一次，然后以蒸餾水洗滌至中性，后用真空抽濾兩次，45°C下真空干燥后研磨成細(xì)粉，得 到產(chǎn)品。
[0034] 實(shí)施例2:
[0035] 1.稱(chēng)取50g木質(zhì)素磺酸鈉加入75mL去離子水?dāng)嚢柚瞥赡举|(zhì)素磺酸鈉溶液。
[0036] 2.加入量取好的Sg甲醛(濃度3mol/L)，攪拌并加入15g尿素，在65°C下水浴加熱， 回流攪拌反應(yīng)3h。
[0037] 3.量取30g的二硫化碳(濃度6mol/L)，在攪拌的同時(shí)緩緩滴入木質(zhì)素磺酸鈉溶液 中，進(jìn)行二硫代氨基甲酸化反應(yīng)，加入濃度為4mol/LNaOH溶液控制反應(yīng)pH為9;控制反應(yīng)溫 度40 °C，反應(yīng)時(shí)間為6. Oh。
[0038] 4.滴加3mol/L稀鹽酸溶液使改性木質(zhì)素磺酸鹽充分析出，加入乙醇洗滌，真空抽 濾一次，然后以蒸餾水洗滌至中性，后用真空抽濾兩次，55°C下真空干燥后研磨成細(xì)粉，得 到產(chǎn)品。
[0039] 實(shí)施例3:
[0040] 1.稱(chēng)取35g木質(zhì)素磺酸鈉加入70mL去離子水?dāng)嚢柚瞥赡举|(zhì)素磺酸鈉溶液。
[00411 2.加入5g甲醛(濃度5mol/L)，攪拌并加入7g尿素，在50°C下水浴加熱，回流攪拌反 應(yīng)lh。
[0042] 3.量取20g的二硫化碳(濃度8mol/L)，在攪拌的同時(shí)緩緩滴入木質(zhì)素磺酸鈉溶液 中，加入濃度