专利名称：一种利用废旧聚氨酯海绵制备的重金属捕集材料及制备方法
技术领域：
本发明公开了一种重金属捕集材料及其制备方法，更具体的说是一种利用废旧聚氨酯海绵制备带有黄原酸基团的海绵状重金属捕集材料及制备方法。
背景技术：
近年来，我国重金属水污染日趋严重，特别是对于电镀废水中络合态重金属离子的去除始终是水处理领域的难题。近些年开发出了重金属捕集剂用于去除水中重金属离子，重金属捕集剂是一种操作简便、液状的、含二硫代氨基甲酸盐类和黄原酸酯类的化学药齐U，可以去除废水中络合态的重金属离子。但是重金属捕集剂在使用过程中存在着以下不足现有重金属捕集剂多为液态药剂，而液态重金属捕集剂的最佳投加量是化学计量的1. 2倍，在水体中存在残留。而这些捕集剂本身有毒，进入水生态环境中有可能通过螯合细胞液中的金属离子影响细胞膜渗透性，具有一定的环境风险[(I)高鸣远.不同pH值条件下重金属捕集剂有效性的研究[J]·水资源保护· 2006，22 (5) :65-67. (2)Jose L Domingo,Developmental toxicity of metal chelating agents[J]. Reproductive toxicology,1998,12(5):499-510.琼斯.多名戈，重金属螯合剂的毒性研究进展，《废物再生过程中的生态毒理学》]；在《不同pH值条件下重金属捕集剂有效性的研究》文章中，记载了液态重金属捕集剂与重金属离子形成沉淀后，需要进行二次分离，不仅存在着不易彻底分离不的不足，且产生大量絮渣不易处置；文献报道现有的固体捕集剂大多为粉末状，如二硫代氨基甲酸改性壳聚糖，粉末状的重金属捕集剂应用在水处理中不易回收处理，且存在着生物质原材料来源不稳定，使用过程中可能有其他有机质溶出的风险[(2) Jose L Domingo, Developmental toxicityof metal chelating agents[J]. Reproductive toxicology,1998,12(5):499-510.琼斯.多名戈，重金属螯合剂的毒性研究进展，《废物再生过程中的生态毒理学》(3)相波，李义久，封盛.DTC改性壳聚糖的合成及其对重金属捕集性能的研究[J].水处理技术.2006，32(1) :10-13.]。上述现有的液态重金属捕集剂和大部分的固态重金属捕集材料使用后无法再生，因此使用成本较高；因此急需开发新型可回收重复使用的重金属捕集材料。另一方面全世界每年的聚氨酯类海绵产品生产量接近700万吨，此类产品在生产过程中和消费使用后都会出现大量废料由于生产方式的不同，一般会产生8%_15%的边角废料；另外，聚氨酯类海绵产品超过使用年限后，其性能会有所下降而报废，所有这些废料必须进行有效地回收处理和再利用。因此，利用废弃的聚氨酯海绵作为基质，采用化学修饰法将重金属捕集剂上的功能基团修饰到海绵基体材料上，制备海绵状重金属捕集材料，高效去除废水中络合态重金属离子，具有重要的环境保护效应和经济价值。发明内容:1、发明要解决的技术问题针对电镀废水中络合态重金属离子不易去除的难题，而现有重金属捕集剂在使用过程中存在着分离不彻底、会产生大量的絮凝体和污泥，以及大部分重金属捕集剂使用后无法再生重复使用的不足，本发明提供了一种利用废旧聚氨酯海绵制备的重金属捕集材料及制备方法，以废旧聚氨酯海绵(英文名Polyurethane,英文简称PU,异氰酸酯与乙二醇加聚而成，CAS N0.51852-81-4)为基体，采用化学修饰法制得含有二硫代氨基团(英文:Dithiocarbamate,以后简称DTCA)的新型海绵状可回收重金属捕集材料。该发明不仅反应原料廉价易得、合成步骤简单，所制备的新型海绵状重金属捕集材料(以下简称PU-DTCAMg够快速、高效去除水中络合态的铜、镉、镍等重金属离子，且使用后可以用酸再生。2、技术方案反应原理:一种利用废旧聚氨酯海绵制备的重金属捕集材料以废旧聚氨酯海棉为基体，采用化学修饰法在海绵基体上修饰二硫代氨基团制备而成。一种利用废旧聚氨酯海绵制备的重金属捕集材料，由聚氨酯海绵(英文名Polyurethane,英文简称PU,其由异氰酸酯与乙二醇加聚而成,CAS N0.51852-81-4)骨架与表面的二硫代氨基团(英文:Dithiocarbamate,以后简称DTCA)构成，其基本结构式和合成
流程如下:
权利要求
1.一种利用废旧聚氨酯海绵制备的重金属捕集材料，其特征在于，由聚氨酯海绵骨架与表面的二硫代氨基团构成，基本结构式如下:
2.一种利用废旧聚氨酯海绵制备的重金属捕集材料的制备方法，其步骤为: (1)聚氨酯海绵预处理 (Ι-a)抽提:将聚氨酯海绵用有机溶剂抽提剂在索氏抽提器中抽提后晾干； (Ι-b)碱洗:将经过抽提的聚氨酯海绵加入到反应器中，加入氢氧化钠溶液， 常温下搅拌，滤掉氢氧化钠溶液，用蒸馏水洗涤海绵3次； 步骤(l_b)中所用碱洗的氢氧化钠溶液浓度为2-4mol/L，聚氨酯海绵g:氢氧化钠溶液ml=l: 100-200。
(2)表面修饰二硫代氨基团反应 反应器中加入乙醇与二硫化碳，在5-10°C下，反应压强为0.1-0.5兆帕搅拌反应后，将反应所得产物进行固-液分离，乙醇洗涤后晾干，得到成品海绵状重金属捕集材料，所述步骤(2)中海绵g:乙醇ml:二硫化碳ml=l: 100:10-20，反应温度5_10°C，反应压强为0.1-0.5兆帕，反应时间4-6小时。
3.根据权利要求2所述利用废旧聚氨酯海绵制备的重金属捕集材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(Ι-a)中的抽提剂选择丙酮或乙醇，抽提4小时。
4.根据权利要求2或3所述利用废旧聚氨酯海绵制备的重金属捕集材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中以60r/min的转速搅拌反应。
5.根据权利要求2或3所述利用废旧聚氨酯海绵制备的重金属捕集材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中反应温度10摄氏度，反应压强0.5兆帕，以60r/min的转速搅拌反应4小时。
全文摘要
本发明公开了一种利用废旧聚氨酯海绵制备的重金属捕集材料及制备方法，属于环境材料合成与应用领域。本发明采用聚氨酯海绵为基质，表面化学修饰上二硫代氨基，制得新型海绵状重金属捕集材料。该合成方法在聚氨酯海绵预处理后，表面修饰二硫代氨基团反应，制备方法简单、原料价格低廉，所制备的海棉状重金属捕集材料能够通过表面二硫代氨基团作用去除水中EDTA-络合态重金属离子，且使用后的海绵易于回收分离，用酸再生后可重复使用，适用于水/废水中络合态重金属离子的去除。
文档编号B01J20/26GK103071467SQ201310036180
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月30日 优先权日2013年1月30日
发明者王津南, 程澄, 杨欣, 陈晨 申请人:南京大学