[发明专利]一种重金属捕捉剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及污水中的重金属处理，具体的说是一种重金属捕捉剂 及其制备方法。

背景技术

随着工业的发展，环境的污染也越来越严重，含重金属离子的污 水量也越来越大。含重金属离子的污水主要来源于机械加工、矿山开 采、金属冶炼、电子行业和部分化工行业。虽然有些重金属是人体健 康的必要微量元素，但是当摄入过量的重金属时，重金属会积累在体 内，造成急性或慢性的中毒。近年来人们对重金属污水处理的研究十 分重视，开发出许多处理重金属污水的方法。较典型的方法有化学沉 淀、电解、离子交换、膜处理、溶剂萃取和置换等等。在所有的处理 方法中，化学沉淀法的处理成本最低、操作最简单，所以是一般污水 处理的首选方法。然而由于生产的需要，许多污水来源的行业在生产 工艺中添加了重金属络合剂。如此造成了用传统的化学沉淀法处理后 的水质，其重金属的含量往往不能达到安全排放的标准。因此研究和 开发一种去除污水中重金属离子的经济和有效方法具有很好的应用 前景。在这种实际需求的推动下，科研人员研发了高分子重金属捕捉 剂(亦可称为重金属捕捉剂)。高分子重金属捕捉剂能够有效的除去 污水中的重金属离子，处理后的水能够达到安全排放的标准，其又可 分为水溶性高分子重金属捕捉剂和非水溶性高分子重金属捕捉剂。

水溶性高分子重金属捕捉剂的特征是在高分子的基体上带有亲 水性螯合形成基，它能与水中的重金属离子选择性地反应，形成不溶 于水的重金属络合物沉淀、析出。最常见的水溶性高分子重金属捕捉 剂为二硫代氨基甲酸盐类聚合物，例如在中国专利公开号： CN101215250A，CN1069008A，CN1631940A，CN1831020A，和 CN200510062757.4等等，美国专利号：US6454963B1，US5372726 和US20060060538A1等等中所提到的重金属捕捉剂均属于此类。 二硫代氨基甲酸盐类聚合物的合成方法一般是以多胺为原料，通过与 二硫化碳反应形成二硫代氨基甲酸结构。该方法的主要缺点是如果原 料中多胺的碳链较短，则合成的产物和重金属离子螯合后所产生的矾 花较小，不利于沉淀。如果原料中多胺的碳链较长，则原料价格较昂 贵，产品往往无法推广。

非水溶性高分子重金属捕捉剂的特征是将二硫代氨基甲酸接枝 在天然或合成的高分子上。中国专利公开号：CN101265281A， CN1337923A，CN1495225A，CN1556849A，CN1631517A， CN1775938A，CN1781965A，CN1793166A，CN1831020A和 CN1978336A等等所提到的发明均属此类。因为其具有疏水性，这 些非水溶性高分子重金属捕捉剂在实际使用时，除非是装填于吸附柱 内使用，否则因螯合剂无法和污水混匀，在实际操作时，具有一定的 困难。

针对上述的问题，科研人员又将研究目光转向了蒙脱石，蒙脱石 是一种具有层状结构的天然铝硅酸盐矿物，它们在自然界的产出形态 为粘土、泥岩、页岩或较疏松的块状矿石，例如：膨润土的主要成分 既是蒙脱石。蒙脱石的晶体构造是属于2∶1型层状硅酸盐，是由一 层铝(镁)氧八面体片夹在两层硅氧四面体中。可交换的钙、钠离子 则散布在每组2∶1层状结构的层与层之间。其理论分子式为：(0.5Ca， Na)_x(Al，Mg，Fe)₄[(Si，Al)_yO₂₀](OH)₄·nH₂O。由于蒙脱石具有表面 积大与良好的离子交换和吸附能力，这为其在污水处理应用中奠定了 基础。我国的蒙脱石储量仅次于美国，居世界第二位。但多为钙基蒙 脱石，其物理性质、化学性质和工艺技术性能较差。所以对蒙脱石的 改性是其深加工的一项重要研究内容。蒙脱石和改性蒙脱石在重金属 污水处理中的应用比较广泛。对蒙脱石的酸活化、盐活化和有机改性 等方法以及产品的应用在教科书和学术论文都有大量的报道。中国专 利公开号：CN101081359A提供了利用膨润土进行黄原酸化后，作 为重金属离子吸附剂的方法。由于所有黄原酸化的产物都存在着化学 不稳定的问题，用CN101081359A所提供的方法制造出的产物也不 例外。因此将蒙脱石改性并制备为重金属捕捉剂的方法依然需要研 究、改进。

发明内容