一种重金属絮凝剂及其制备方法与流程

本发明属于环境保护技术领域，尤其涉及一种重金属絮凝剂及其制备方法。

背景技术：

重金属废水由于具有毒性和生物难降解性等特点，其任意排放会对环境及人体健康产生不良影响。目前，重金属废水处理方法主要有化学沉淀法、吸附法、膜分离法和离子交换法等。但这些方法存在处理成本高、处理效果不稳定等缺点，所以寻求新型、高效、价廉的重金属处理剂成为研究热点之一。

聚丙烯酰胺（pam）是一种常见有机高分子絮凝剂，被广泛应用于水处理中，其主要作用是絮凝或助凝。为了增强絮凝性能，学者们利用pam分子链上侧基—酰氨基具有高反应活性的特点对其进行改性，得到pam衍生物，拓宽了其应用范围。然而，pam及其衍生物多用于处理胶体物质含量高的废水、含油污水、有色废水以及污泥脱水等方面，在重金属废水处理中其仅起到助沉作用，不能有效去除重金属。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种重金属絮凝剂，旨在解决现有pam及其衍生物在重金属废水处理中其仅起到助沉作用，不能有效去除重金属的问题。

本发明的再一目的在于提供上述重金属絮凝剂的制备方法。

本发明是这样实现的，一种重金属絮凝剂，该絮凝剂的分子结构如下式（i）所示：

（i）

式（i）中，n为1400～42000的整数。

优选地，所述n为8260。

本发明进一步公开了一种重金属絮凝剂的制备方法，该方法包括以下步骤：

（1）将甲醛和二甲胺在室温下混合反应0.5～1.0h后，将温度调至30～50℃，再加入分子量为10万～300万的pam溶液反应1～3h，得到apam；其中，所述pam、甲醛、二甲胺的物质的量比为1：（1~1.5）：（1~2）；

（2）将tga与质量浓度为0.5~2.0%的apam混合，调节反应ph值为3.0~7.0，在15~45℃温度下反应1~4h，得到重金属絮凝剂maapam；其中，所述apam与tga的物质的量比为1：（1~4）。

优选地，在步骤（1）中，所述pam的分子量为59万。

优选地，在步骤（2）中，将tga与质量浓度为0.5~1.5%的apam混合，调节反应ph值为4.0~7.0，在25℃温度下反应1.5h~3h，得到重金属絮凝剂maapam；其中，所述apam与tga的物质的量比为1：（3~4）。

优选地，在步骤（2）中，所述apam与tga的反应时间为1.5h。

优选地，在步骤（2）中，所述apam与tga的反应体系ph值为7.0。

优选地，在步骤（2）中，所述apam的质量浓度为1.5%。

优选地，在步骤（2）中，所述apam与tga的物质的量比为1：3。

本发明克服现有技术的不足，提供一种重金属絮凝剂及其制备方法。本发明通过酰胺化反应将巯基引入到pam衍生物分子链上，制备出一种新型重金属絮凝剂，可同时发挥巯基对重金属的强螯合功能和pam衍生物对絮体的强絮凝性能，重金属去除效果突出。

相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明所需原料易得，反应条件温和，制备工艺简单，易于操作和控制；

（2）本发明产物中巯基可与重金属离子形成不溶性螯合沉淀物，且能通过pam衍生物自身的强絮凝性能使沉淀物快速沉降，达到螯合、絮凝、沉淀等多重作用，可有效去除废水中的重金属离子；

（3）本发明产物处理重金属废水工艺简单，只需在废水中投加一定量的产物，充分搅拌就能迅速产生不溶性沉淀物，其沉降速度快，分离效果好，经沉降分离后无需过滤，可直接排放，无需复杂的设备，便于操作和管理。

附图说明

图1是本发明效果实施例中apam的红外光谱；

图2是本发明效果实施例中maapam的红外光谱。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下述实施例中涉及到：

1、实验仪器

恒温磁力搅拌器（jb-2型）；电子天平（fa2004n型）；ph测试仪（orion828型）；程控混凝试验搅拌仪（ta6-1型）；原子吸收分光光度计（220fs型）；红外分光光度计（irprestige-21型）。

2、实验材料

聚丙烯酰胺（pam）；二甲胺（ch3nhch3，ar）；甲醛（hcho，ar）；巯基乙酸（tga，ar）；盐酸（hcl，ar）；氢氧化钠（naoh，ar）；溴化钾（kbr，gr）；含铜水样（cucl2与自来水配制）。

实施例1

（1）将1mol甲醛（hcho，ar）和1.05mol二甲胺（ch3nhch3，ar）在室温下混合反应0.5h后，将温度调至40℃，再加入1mol分子量为59万的聚丙烯酰胺（pam）溶液反应2h，得到分子量为106万的apam；

（2）将3mol巯基乙酸（tga，ar）与质量浓度为0.5%的1molapam混合于三口瓶中，置于磁力搅拌器上，用naoh溶液调节反应体系ph值为4.0，在25℃温度下反应1.5h，得到重金属絮凝剂maapam，冷却待用。

实施例2

（1）将1mol甲醛（hcho，ar）和1.05mol二甲胺（ch3nhch3，ar）在室温下混合反应0.5h后，将温度调至40℃，再加入1mol分子量为59万的聚丙烯酰胺（pam）溶液反应2h，得到分子量为106万的apam；

（2）将3mol巯基乙酸（tga，ar）与质量浓度为0.5%的1molapam混合于三口瓶中，置于磁力搅拌器上，用naoh溶液调节反应体系ph值为7.0，在25℃温度下反应1.5h，得到重金属絮凝剂maapam，冷却待用。

实施例3

（1）将1mol甲醛（hcho，ar）和1.05mol二甲胺（ch3nhch3，ar）在室温下混合反应0.5h后，将温度调至40℃，再加入1mol分子量为59万的聚丙烯酰胺（pam）溶液反应2h，得到分子量为106万的apam；

（2）将3mol巯基乙酸（tga，ar）与质量浓度为1.5%的1molapam混合于三口瓶中，置于磁力搅拌器上，用naoh溶液调节反应体系ph值为7.0，在25℃温度下反应1.5h，得到重金属絮凝剂maapam，冷却待用。

实施例4

（1）将1mol甲醛（hcho，ar）和1.05mol二甲胺（ch3nhch3，ar）在室温下混合反应0.5h后，将温度调至40℃，再加入1mol分子量为59万的聚丙烯酰胺（pam）溶液反应2h，得到分子量为106万的apam；

（2）将4mol巯基乙酸（tga，ar）与1mol质量浓度为0.5%的apam混合于三口瓶中，置于磁力搅拌器上，用naoh溶液调节反应体系ph值为4.0，在25℃温度下反应3h，得到重金属絮凝剂maapam，冷却待用。

实施例5

（1）将1mol甲醛（hcho，ar）和1mol二甲胺（ch3nhch3，ar）在室温下混合反应0.5h后，将温度调至30℃，再加入分子量为10万的1mol聚丙烯酰胺（pam）溶液反应1h，得到apam；

（2）将1mol巯基乙酸（tga，ar）与质量浓度为0.5%的1molapam混合于三口瓶中，置于磁力搅拌器上，用naoh溶液调节反应体系ph值为3.0，在15℃温度下反应1h，得到重金属絮凝剂maapam。

实施例6

（1）将1.5mol甲醛（hcho，ar）和2mol二甲胺（ch3nhch3，ar）在室温下混合反应1.0h后，将温度调至50℃，再加入分子量为300万的1mol聚丙烯酰胺（pam）溶液反应3h，得到apam；

（2）将4mol巯基乙酸（tga，ar）与质量浓度为2.0%的1molapam混合于三口瓶中，置于磁力搅拌器上，用naoh溶液调节反应体系ph值为7.0，在45℃温度下反应4h，得到重金属絮凝剂maapam。

效果实施例1

将上述实施例3中制备的maapam用无水甲醇、apam用丙酮进行沉析，沉淀物经过滤、洗涤数次后在50℃条件下进行真空干燥；取干燥后的maapam、apam分别与kbr混合、研磨、压片，采用红外分光光度计进行红外光谱分析，分析波数为4000~500cm^-1，结果如图1~2所示。

图1和图2表明，相对于apam的红外光谱，maapam在2513.25cm^-1处出现了新的微弱吸收峰，为s-h键的伸缩振动峰；933.55cm^-1处也出现了新吸收峰，为-coc-键的伸缩振动峰；以上表明apam分子链上成功接上了巯基乙酰基（-coch2sh）。在3296.35cm^-1处仲酰胺基（-co-nh-）的伸缩振动峰发生了右移（3196.05cm^-1）且略变强，1539.20cm^-1处仲酰胺基中n-h的变形振动峰左移到1558.48cm^-1处；上述吸收峰的变化表明巯基乙酰化反应主要发生在apam分子链上仲酰胺基中的n-h上，可推断出apam与tga发生的反应为：

其中，上述反应方程式中n为8260。

在本发明中，原料pam分子量10万～300万，对应的n为1400～42000；中间产物apam分子量18万～540万（对应的n为1400～42000）；重金属絮凝剂maapam分子量28万～840万（对应的n为1400～42000）。

效果实施例2

采用程控混凝试验搅拌仪，每组取六个400ml含铜水样（cu（ii）初始浓度为25mg/l），分别用1mol/lhcl溶液调节其ph值为6.0，投加不同量maapam，快搅（120r/min）2min，慢搅（40r/min）10min，静置15min后，用移液管吸取距液面2cm处的上清液，采用原子吸收分光光度计测定cu（ii）剩余浓度。

对实施例1制备的maapam进行絮凝实验，在其投加量为90、120、150mg/l下对应cu（）的去除率分别为93.03%、95.93%、97.95%；

对实施例2制备的maapam进行絮凝实验，在其投加量为90、120、150mg/l下对应cu（）的去除率分别为97.84%、98.90%、99.40%。

对实施例3制备的maapam进行絮凝实验，在其投加量为90、120、150mg/l下对应cu（）的去除率分别为99.96%、99.79%、98.78%。

对实施例4制备的maapam进行絮凝实验，当maapam投加量为90、120、150mg/l下对应cu（）的去除率分别为96.68%、98.32%、98.84%。

由上可知，本发明中，反应物apam和tga物质的量比增加（1:4变为1:3），即反应物tga的加入量减少，maapam投加量减少了60mg/l，但是有效提高maapam的絮凝效果。

此外，本发明中，反应时间大大减少（由3h变为1.5h），即能耗降低，并且maapam的絮凝效果得到了提高。

此外，在本发明中，反应物apam浓度增加（从0.5%变为1.5%），以及反应体系ph值增加（从4.0变为7.0），反应物消耗量变小，并且maapam的絮凝效果得到了提高。

综合来说，本发明实施例3和实施例4比较后发现，apam浓度为1.5%、apam和tga物质的量比为1:3、反应介质ph值为7.0、反应温度t为25℃、反应时间t为1.5h时，maapam除cu（ii）效率最高，能达到99.96%，其对应maapam投加量由150mg/l减少到90mg/l，投药量减少了60mg/l，物耗更小。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。