申請日2017.09.22
公開(公告)日2017.12.22
IPC分類號C02F1/56; C02F101/20
摘要
本發(fā)明涉及一種基于復配型重金屬螯合劑的水處理方法，包括以下步驟：(1)將聚丙烯酰胺溶解到水中，調(diào)節(jié)溶液至堿性;(2)加入二硫化碳，進行接枝反應，使二硫化碳接枝到聚丙烯酰胺骨架上，得到試劑1;(3)將殼聚糖溶于丙烯酸溶液中，得到試劑2;(4)試劑1、試劑2和谷氨酸N，N‑二乙酸四鈉復配，作為復配型重金屬螯合劑，加入廢水中，去除廢水中重金屬離子。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明螯合劑制備工藝簡單，合成條件溫和，可用于含重金屬工業(yè)廢水的處理，處理效率高，無二次污染。
權利要求書
1.一種基于復配型重金屬螯合劑的水處理方法，其特征在于，包括以下步驟：
(1)將聚丙烯酰胺溶解到水中，調(diào)節(jié)溶液至堿性;
(2)步驟(1)溶液中加入二硫化碳，進行接枝反應，使二硫化碳接枝到聚丙烯酰胺骨架上，得到試劑1;
(3)將殼聚糖溶于丙烯酸溶液中，得到殼聚糖丙烯酸共聚物，即試劑2;
(4)試劑1、試劑2和谷氨酸N，N-二乙酸四鈉復配，作為復配型重金屬螯合劑，加入廢水中，去除廢水中重金屬離子。
2.根據(jù)權利要求1所述基于復配型重金屬螯合劑的水處理方法，其特征在于，步驟(1)中所配置溶液中聚丙烯酰胺質(zhì)量濃度范圍是0.8-3g/L。
3.根據(jù)權利要求1所述基于復配型重金屬螯合劑的水處理方法，其特征在于，步驟(2)中二硫化碳的投加量為：n(CS2):n(PAM)=1:1-1.8:1。
4.根據(jù)權利要求1所述基于復配型重金屬螯合劑的水處理方法，其特征在于，步驟(3)中殼聚糖投加量為1.2-2.6g殼聚糖：100mL丙烯酸。
5.根據(jù)權利要求1所述基于復配型重金屬螯合劑的水處理方法，其特征在于，步驟(4)中試劑1、試劑2和谷氨酸N，N-二乙酸四鈉投加到廢水中的順序為谷氨酸N，N-二乙酸四鈉、試劑2、試劑1。
6.根據(jù)權利要求1所述基于復配型重金屬螯合劑的水處理方法，其特征在于，步驟(4)中，谷氨酸N，N-二乙酸四鈉投加量為：n(谷氨酸N，N-二乙酸四鈉):n(重金屬離子)=2:1-4:1;試劑1投加量為1.2-1.7mL/L廢水;試劑2投加量為1.4-2.0mL/L廢水。
7.根據(jù)權利要求1所述基于復配型重金屬螯合劑的水處理方法，其特征在于，步驟(4)中，谷氨酸N，N-二乙酸四鈉在廢水中反應時間為6-15min，然后加入試劑2，試劑2在廢水中反應時間為3-7min，然后加入試劑1，試劑1在廢水中反應時間為20-45min。
8.根據(jù)權利要求1所述基于復配型重金屬螯合劑的水處理方法，其特征在于，步驟(4)中，所述廢水SS≤150mg/L，或經(jīng)預處理后廢水SS≤150mg/L。
9.復配型重金屬螯合劑，其特征在于，包括單獨包裝的試劑1、試劑2和谷氨酸N，N-二乙酸四鈉，所述試劑1為聚丙烯酰胺水溶液，所述聚丙烯酰胺上接枝有二硫化碳，所述試劑2為殼聚糖丙烯酸共聚物。
10.根據(jù)權利要求9所述復配型重金屬螯合劑，其特征在于，所述試劑1中，聚丙烯酰胺的質(zhì)量濃度范圍是0.8-3g/L，n(CS2):n(PAM)=1:1-1.8:1，所述試劑1呈堿性，所述試劑2中殼聚糖投加量為1.2-2.6g殼聚糖：100mL丙烯酸。
說明書
基于復配型重金屬螯合劑的水處理方法
技術領域
本發(fā)明涉及一種水處理方法，尤其是涉及一種基于復配型重金屬螯合劑的水處理方法。
背景技術
隨著工業(yè)的高度發(fā)展，工業(yè)廢水產(chǎn)生量越來越大。其中，冶煉、電解、電鍍、汽車等行業(yè)產(chǎn)生的廢水含有較多重金屬離子，重金屬離子對人類的健康威脅越來越嚴重，因此重金屬離子廢水的治理引起越來越廣泛的關注。
重金屬廢水常用的處理方法包括中和沉淀法、還原法、膜法、絮凝沉淀法等，上述處理方法處理效率低，藥劑消耗量大，污泥產(chǎn)生量大，并且投加的藥劑會對水體產(chǎn)生二次污染。
重金屬螯合劑是指能夠從含重金屬離子的溶液中濃縮、富集金屬離子的物質(zhì)，由于該藥劑對重金屬捕集速度快，效率高，形成絮體沉重密集，所以關于重金屬螯合劑的研究引起廣泛關注。
公開號為CN101857296A的專利報道了一種乙二胺基重金屬螯合劑及其制備方法，該制備工藝復雜，反應過程難以控制。
公開號為CN104495998A的專利報道了重金屬螯合劑的合成方法，其中合成所用試劑均含有硫元素，在酸性廢水中極易生成H2S氣體，對大氣產(chǎn)生污染。
戴文燦等研究一種有機巰基類螯合劑復配Na2S去除Ni2+，該螯合劑只對Ni2+有較好去除效果，且使用過程受pH影響較大(戴文燦,周發(fā)庭,黃晴,等.復配Na2S-DDTC處理高濃度含Ni電鍍廢水[J].環(huán)境工程學報,2017,11(1):341-347)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了提供一種基于復配型重金屬螯合劑的水處理方法，以快速高效去除工業(yè)廢水中的重金屬離子。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)：
一種基于復配型重金屬螯合劑的水處理方法，包括以下步驟：
(1)將聚丙烯酰胺溶解到水中，調(diào)節(jié)溶液至堿性;
(2)步驟(1)溶液中加入二硫化碳，進行接枝反應，使二硫化碳接枝到聚丙烯酰胺骨架上，得到試劑1;
(3)將殼聚糖溶于丙烯酸溶液中發(fā)生共聚反應，得到殼聚糖丙烯酸共聚物，即試劑2;
(4)試劑1、試劑2和谷氨酸N，N-二乙酸四鈉復配，作為復配型重金屬螯合劑，加入廢水中，去除廢水中重金屬離子。
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，步驟(1)中所述聚丙烯酰胺為陰離子聚丙烯酰胺。
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，步驟(1)中所配置溶液中聚丙烯酰胺質(zhì)量濃度范圍是0.8-3g/L。
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，步驟(1)中調(diào)節(jié)溶液pH所使用的堿為氫氧化鈉或氨水，溶液的pH控制在8-10.5之間。
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，步驟(2)中二硫化碳的投加量為：n(CS2):n(PAM)=1:1-1.8:1。
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，步驟(2)中接枝反應的條件為：80-95℃的恒溫水浴，15-30mL/min的N2流保護，400-800rpm轉(zhuǎn)速下攪拌30-60min。
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，步驟(3)中殼聚糖投加量為1.2-2.6g殼聚糖：100mL丙烯酸。
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，步驟(3)將殼聚糖溶于丙烯酸溶液的溶解共聚過程需要在30-35℃恒溫水浴下進行。
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，步驟(4)中試劑1、試劑2和谷氨酸N，N-二乙酸四鈉投加到廢水中的順序為谷氨酸N，N-二乙酸四鈉、試劑2、試劑1。
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，步驟(4)中，谷氨酸N，N-二乙酸四鈉投加量為：n(谷氨酸N，N-二乙酸四鈉):n(重金屬離子)=2:1-4:1;試劑1投加量為1.2-1.7mL/L廢水;試劑2投加量為1.4-2.0mL/L廢水。
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，步驟(4)中，谷氨酸N，N-二乙酸四鈉在廢水中反應時間為6-15min，然后加入試劑2，試劑2在廢水中反應時間為3-7min，然后加入試劑1，試劑1在廢水中反應時間為20-45min。
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，步驟(4)中，所述廢水SS≤150mg/L，或經(jīng)預處理后廢水SS≤150mg/L。如果SS較高，需要對廢水預處理去除部分SS，減少對螯合劑的干擾。
步驟(4)中，復配型重金屬螯合劑都反應完成后，對廢水進行去除絮狀沉淀等常規(guī)操作，經(jīng)過復配型重金屬螯合劑處理后，出水達到《中華人民共和國污水綜合排放標準》(GB8978-1996)。
本發(fā)明采用可生物降解的谷氨酸N，N-二乙酸四鈉作為螯合劑主體，復配含C=S、-COOH等極性官能團的試劑強化其處理效果，制備出一種高效，無毒的新型螯合劑，可用于各類重金屬工業(yè)廢水的凈化處理。
本發(fā)明還提供一種復配型重金屬螯合劑，包括單獨包裝的試劑1、試劑2和谷氨酸N，N-二乙酸四鈉，所述試劑1為聚丙烯酰胺水溶液，所述聚丙烯酰胺上接枝有二硫化碳，所述試劑2為殼聚糖丙烯酸共聚物。
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，所述試劑1中，聚丙烯酰胺的質(zhì)量濃度范圍是0.8-3g/L，n(CS2):n(PAM)=1:1-1.8:1，所述試劑1呈堿性，所述試劑2中殼聚糖投加量為1.2-2.6g殼聚糖：100mL丙烯酸。
對于試劑1，聚丙烯酰胺上接枝有二硫化碳，有機胺與二硫化碳加成反應，生成二硫代氨基甲酸鹽，對重金屬的螯合能力極強，二硫代氨基甲酸與重金屬離子有很強的螯合性，對廢水中重金屬共存鹽與絡合鹽(如：EDTA、氨、檸檬酸絡合物等)，以及膠質(zhì)重金屬離子都能有效去除，而且二硫化碳與聚丙烯酰胺接枝后，產(chǎn)物仍保留聚丙烯酰胺的絮凝能力，使前面工序形成的膠體固形物發(fā)生絮凝沉淀而被快速除去。
本申請中谷氨酸N，N-二乙酸四鈉是一種強效重金屬螯合劑，它能強力螯合水中的重金屬離子、或者將重金屬離子從其他螯合物中奪取螯合，但新形成的螯合物是可溶性的，并不能將重金屬從水中分離出來;而后加入試劑2，即殼聚糖丙烯酸共聚物，與谷氨酸N，N-二乙酸四鈉重金屬螯合鹽發(fā)生進一步共聚反應，反應后的產(chǎn)物是一種不溶于水的膠體固形物，此膠體固形物仍然難以沉淀;繼續(xù)加入試劑1，即聚丙烯酰胺接枝二硫化碳，與之前生成的膠體固形物發(fā)生進一步反應共聚，并在聚丙烯酸胺基的絮凝作用下，形成高比重絮花，被沉淀除去。
另外，本申請中，谷氨酸N，N-二乙酸四鈉利用羧基的螯合作用，試劑2是利用有機巰基螯合重金屬，巰基對微量重金屬有更好的螯合作用，但其反應生成物最終形成污泥，污泥放久可能會形成H2S氣體，因此需要減少試劑2的投加。試劑1在谷氨酸N，N-二乙酸四鈉和試劑2之后投加，起絮凝作用。因此，本申請中，谷氨酸N，N-二乙酸四鈉、試劑2和試劑1需要先后順序加入。如果同時加入的話，此三種藥劑互相之間發(fā)生共聚反應，會相互反應失去效果。
本申請中，試劑2、試劑1與谷氨酸N，N-二乙酸四鈉的濃度以及使用量是主要考慮常規(guī)處理重金屬濃度，發(fā)揮最佳效果，同時減少污泥的后續(xù)不良影響后，經(jīng)過反復試驗確定的，在本申請?zhí)峁┑墓に嚄l件下，能發(fā)生充分的化學反應，并且不會導致某種化學藥劑的浪費。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點及有益效果：
(1)制備原料易得，制備工藝簡單，反應條件溫和;
(2)所制備螯合劑處理效率高，無二次污染;
(3)適用范圍廣，對Cu2+、Ni2+、Mn2+、Cr3+等金屬離子均有較好的去除效果，無溫度、pH等物理因素干擾;
(4)出水達到《中華人民共和國污水綜合排放標準》(GB8978-1996)。
