[发明专利]超快沉降型分子刷结构重金属捕捉剂及其制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种超快沉降型分子刷结构重金属捕捉剂及其制备方法及其应用，特点是由聚合物主链的聚羟乙基丙烯酰胺、功能高分子侧链前驱体聚合物末端含羧基的聚N‑乙烯基甲酰胺、水、催化剂即N‑羟基琥珀酰亚胺、1‑乙基‑3‑(3‑二甲胺基丙基)碳二亚胺碘甲烷盐、氢氧化钾、1,2‑环己二胺四乙酸二酐及二硫化碳制备超快沉降型分子刷结构重金属捕捉剂，并将超快沉降型分子刷结构重金属捕捉剂用于处理电镀、冶炼、采矿、选矿、化工及机械等行业所产生的废水。其的新型螯合官能团能吸附络合型重金属离子，每个基本单位能提供六配位原子进行强力螯合吸附，进一步通过助沉降侧链的二硫代氨基甲酸钠与助沉降剂发生化学沉淀反应，在数秒内生成大的聚集体，从而实现快速沉降，具有高效的捕捉和沉降性能。

技术领域

本发明属于水处理技术及高分子功能材料领域，具体涉及一种超快沉降型分子刷结构重金属捕捉剂及其制备方法及其应用，主要用于处理电镀、冶炼、采矿、选矿、化工及机械等行业所产生的废水。

背景技术

重金属废水主要来源于电镀、冶炼、采矿、选矿、化工及机械等行业。含重金属的废水排入天然水体后，不仅对水生生物构成威胁，而且可能通过食物链而不断富集于生物体内，最终危害到人类的健康。重金属废水处理传统方法主要包括化学沉淀法、重金属捕捉剂沉淀法、离子交换法、活性炭吸附法等。相比于离子交换法和活性炭吸附法，重金属捕捉剂沉淀法具有设备投入少，处理高效率及成本低等优势，广泛用于重金属废水处理行业。目前，在实际研究应用较多的重金属捕捉剂主要有二硫代胺基甲酸盐类衍生物（DTC类）。

但，在电镀行业中，重金属不再以单一的重金属离子形式存在，而是与EDTA、酒石酸、柠檬酸、NH₃等物质形成稳定的络合物，因此去除重金属难度更大，普通的重金属捕捉剂沉淀法难以获得满意的处理效果。目前，电镀行业含镍的络合型电镀废水最难处理，很难通过调节重金属捕捉剂配方及处理工艺达到电镀污染物排放标准表3要求，镍含量小于0.1mg/L。镍废水已成为电镀行业处理难题，急需研制新型重金属捕捉剂，满足行业需求。

近年来，新型重金属捕捉剂成为研究热点，公开号为CN 106986432A、发明名称为“一种聚乙烯二胺四乙酸单元的聚合物”，具有较好的重金属螯合能力，可广泛应用于各种重金属废水行业及土壤修复；但该专利申请制备的新型重金属捕捉剂还存着一些技术缺陷：（1）大多数络合型电镀废水是酸性废水，不能直接添加使用，需调节pH值至中性到碱性才能发生有效沉降；（2）在碱性条件下，该新型重金属捕捉剂投料比难控制问题，投料过量易产生沉淀慢或不沉淀反溶解现象；（3）该新型重金属捕捉剂螯合能力一般，其每个单元化学结构只能提供3个配位原子参与螯合反应，对高度络合型重金属废水处理效果不佳。

总之，现有的重金属捕捉剂的沉降速率通常会受官能基团、投料比、pH等因素影响。投料比难于控制，投料过量易造成沉降速率慢，投料少易造成重金属沉淀不完全。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种超快沉降型分子刷结构重金属捕捉剂及其制备方法及其应用，能通过合成的聚合物分子刷接枝的新型螯合官能团吸附络合型重金属离子，每个基本单位能提供六配位原子进行强力螯合吸附，进一步通过聚合物分子刷接枝的助沉降侧链的二硫代氨基甲酸钠与助沉降剂发生化学沉淀反应，在数秒内生成大的聚集体，从而实现快速沉降，具有高效的捕捉和沉降性能。

为了达到上述目的，本发明的超快沉降型分子刷结构重金属捕捉剂的技术方案是这样实现的，其特征在于包括1～10份的聚合物主链的聚羟乙基丙烯酰胺（PHEMAA）、1～80份的功能高分子侧链前驱体聚合物末端含羧基的聚N-乙烯基甲酰胺（PNVF-COOH）、100～500份的水、1～5份的催化剂即N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)、1～5份的1-乙基-3-(3-二甲胺基丙基)碳二亚胺碘甲烷盐(EDC·CH₃I)、1～10份的氢氧化钾、1～80份的1,2-环己二胺四乙酸二酐(CDTAD)及1～10份的二硫化碳；以上均为质量份数。