[发明专利]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

说明书

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剂，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[（1）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 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》（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 No.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-DTCA）能够快速、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 No.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：