[发明专利]一种含二硫代氨基甲酸盐结构的高吸附重金属离子螯合剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高吸附容量重金属离子螯合剂及其制备方法，属于高分子凝胶合成领域。

背景技术

工业活动的日益扩张和工业废水的大量排放，造成了严重的重金属离子污染问题。其中，威胁生命体健康的重金属离子通常有Cd²⁺、Cu²⁺、Hg²⁺、As³⁺、Ni²⁺、Pb²⁺等。由于重金属离子在水体中的高溶解性、易扩散性和易渗透性等特点，其水体污染已经成为生态文明建设中亟待解决的问题之一。

在重金属离子水体污染的治理工作中，科研工作者们做出了大量尝试。常用的分离方法有离子交换法、化学沉淀法、混凝/絮凝法、吸附分离法等。其中吸附分离法具有成本低、易操作、作用快等优点，成为处理重金属离子水体污染问题的重要途径。常用的吸附分离材料通常包括：活性炭类无机材料、壳聚糖类天然高分子材料、聚丙烯腈类合成高分子材料。但是，这些材料的应用存在较多制缚，如无机材料的选择性较差、成本高，水溶性高分子材料的吸附容量较低、易造成二次污染等问题。因此，研发高性能吸附剂成为该技术领域的首要发展方向。

中国专利文件CN104495998A(申请号：201410789288.5)公开了一种重金属螯合剂的合成方法，包括以下步骤：第一步，将单质硫溶解于二硫化碳中，单质硫和二硫化碳的摩尔比为1：(5-15)；第二步，将第一步的溶解有单质硫的二硫化碳加入到有机胺中，使有机胺与溶解有单质硫的二硫化碳反应，得到中间产物；第三步，向中间产物中加入氢氧化物粉末并搅拌，然后进行固液分离，得到重金属螯合剂。该重金属螯合剂具有较高的絮凝性能，从而使得其与重金属形成的螯合物具有较大的分子集团，进而使得螯合物容易沉降，实现重金属离子的有效分离。

中国专利文件CN 104986843A(申请号：201510340291.3)公开了一种复合型重金属Cu²⁺螯合剂及其应用，所述螯合剂是由多羧基氨基酸溶液、膨润土和多羧基氨基酸溶液混合后烘干获得的；该复合型重金属Cu²⁺制备过程简系统，特别是在受重金属Cu²⁺污染的城市污水处理中，其能够彻底去除生物污水处理系统中Cu²⁺对微生物的毒害作用，以消除Cu²⁺对总氮去除率的抑制，并能够有效杜绝Cu²⁺的毒性富集。

但是，上述重金属螯合剂pH适用范围不广，而且易扩散造成二次污染。高分子凝胶材料的发展引起了人们的广泛关注，其一般具有稳定的三维网络结构，在水体中不溶解，但是展现出良好的溶胀性能。其多孔结构赋予了材料较大的比表面积，从而在吸附分离方面存在广阔的应用前景。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种含有二硫代氨基甲酸盐结构的高吸附重金属离子螯合剂及其制备方法。

发明概述

本发明首先制备了N-乙烯基酰胺系列凝胶，然后，通过小分子锚定法，将功能基团修饰在凝胶粒子骨架结构上，成功地制备了化学改性的重金属离子螯合剂。通过官能团的强配位螯合作用，实现对水体中重金属离子的快速有效分离，在处理重金属离子水体污染领域，有广阔的应用前景。

发明详述

本发明的技术方案如下：

一种重金属离子螯合剂，具有式(I)所示的结构：

式(I)中，70％≤z≤90％，29.75％≤x≤9％，0.25％≤y≤1％；z、x、y分别为对应结构单元的摩尔分数。

根据本发明，优选的，所述的重金属离子螯合剂比表面积为70-110m²/g，吸水溶胀倍率为10-36倍。

本发明所述的重金属离子螯合剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)交联剂(B-BNVA)的制备

将氢化钠(NaH)溶解在无水N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，搅拌均匀，得NaH的DMF溶液；

将N-乙烯基乙酰胺(NVA)均匀溶解在无水DMF中，得NVA的DMF溶液；

将NVA的DMF溶液滴加到NaH的DMF溶液中，滴加完毕后继续反应0.5-2h；向反应后的溶液滴加1,4-二溴丁烷，反应8-15h；将反应产物分离提纯得交联剂(B-BNVA)；

(2)N-乙烯基酰胺凝胶的制备