[发明专利]可降解型重金属捕捉剂及其制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于生物质材料及废水处理领域，具体涉及一种可降解型重金属捕捉剂及其制备方法及其应用，其主要电镀、冶炼、采矿、选矿、化工及机械等排放重金属废水行业应用。

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。这些行业产生的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）。

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0.1 mg/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，中国专利公开了一种“聚乙烯二胺四乙酸单元的聚合物”的发明专利申请，其公开号是CN 106986432A，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；但该发明专利申请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）其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；（4）该新型重金属捕捉剂为合成类较难降解高分子化合物。

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可降解型重金属捕捉剂及其制备方法及其应用，能通过合成的魔芋葡甘聚糖大分子骨架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，进一步通过魔芋葡甘聚糖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。

为了实现本发明的目的，本发明的可降解型重金属捕捉剂的技术方案是这样实现的，其特征在于包括1～5份的魔芋葡甘聚糖（KGM）、50～400份的水、0.1～1份的引发剂偶氮二异丁基脒盐酸盐V-50、10～50份的N-乙烯基甲酰胺（NVF）、1～30份的环己二胺四乙酸二酐(CDTAD）、1～10份的氢氧化钾及1～5份的二硫化碳；它们是质量份数。

为了实现本发明的目的，本发明的可降解型重金属捕捉剂的制备方法的技术方案是这样实现的，其特征在于制备步骤如下：

步骤一 KGM-g-PNVF的合成

取1～5份的魔芋葡甘聚糖（KGM），加入到50～400份的水，控温于40～70℃，进行溶解0.5～1小时；在氮气保护下，加入0.1～1份的引发剂偶氮二异丁基脒盐酸盐V-50和10～50份的N-乙烯基甲酰胺（NVF），接枝共聚1～20小时，降温停止反应；加入50～400份的乙醇进行沉淀分离、过滤及干燥后，获得高纯的魔芋葡甘聚糖-接枝-聚N-乙烯基甲酰胺共聚物(KGM-g-PNVF)，其中g代表接枝，r代表无规共聚；它们是质量份数；

步骤二 环己二胺四乙酸二酐(CDTAD）的合成

将10～30份的环己二胺四乙酸和10～30份的乙酸酐溶解于10～30份的2-甲基吡啶中，控温于50～70℃，反应10～30小时，获得环己二胺四乙酸二酐；它们是质量份数；

步骤三 KGM-g-P(VACDTANa-r-VACS₂Na)的合成