[发明专利]一种硫氮重金属离子螯合聚合物微球的制备及应用

说明书

技术领域

一种新型硫氮重金属离子螯合聚合物微球的制备及应用，本发明涉及含硫氮的聚合物微球的制备，可用于废水中重金属离子的去除，达到高分子材料在环保领域应用的目的。本发明涉及制备功能化高分子材料、环保技术领域，特别属于含有重金属离子的废水治理领域。

背景技术

长期以来，重金属废水治理技术一直是人们普遍关注的研究课题。重金属是代谢毒物和酶抑制剂，有神经阻滞和半永久性脑损伤作用。由于重金属难以通过化学或生物的修复过程无害化，因此归入环境毒物类。传统的化学、物理法处理重金属废水，即中和、沉淀法，主要是通过调节pH，进行中和沉淀去除重金属离子，pH范围窄，需小心控制，以保证较好的去除效果。絮凝沉淀法，即在pH为10～11的情况下，加入无机絮凝剂三氯化铁，硫酸亚铁，三氯化铝等，然后加入高分子助凝剂以提高絮凝效果。但传统的这些处理方法存在着效果不稳定、经一次处理后仍难以达到国家排放标准等问题，且处理时所需的空间、时间及经费成本都很大。近年来，重金属废水治理技术发展较快，新技术、新方法不断出现。有吸附、萃取、渗析、离子交换和络合剂改性聚合物等，大都以微球或膜的形式实现。在这些技术中，吸附方法的优势明显，因为可以选择各种不同的吸附剂，原料易得，吸附去除效率高，易于处理且成本低廉。因此有不少带有各种螯合配体的聚合物吸附材料用于有毒重金属离子的去除，如含配体聚乙烯亚胺，丙烯酰胺，噻唑，磷酸，二硫代氨基甲酸盐和氨基酸的重金属吸附材料。这些现有的吸附剂制备方法中均存在一个不足：即必须包含将配体耦合到聚合物吸附基质上这一步骤，而这一合成步骤普遍面临的问题是成本高、条件苛刻、需要将吸附基质活化，以使金属螯合配体固定在基质上，更大的问题是这种共价键合的螯合剂会缓慢地从吸附基质中释放和泄露，从而造成螯合能力的下降和泄露污染。

发明内容

本发明要解决的技术问题：为解决现有技术存在的缺陷，本发明提供一种新型硫氮重金属离子螯合聚合物微球的制备及应用，交联聚合物微球中同时含有硫和氮功能性配体，以强化对重金属离子的螯合去除效果，同时有效地避免了螯合剂的释放，一步法双效实现聚合和螯合剂功能化，可有效地避免螯合剂的释放，同时具有优异的机械强度，可用于填充柱或床以去除重金属离子。在常温下，能够在较宽的pH范围内迅速吸附废水中的Cu²⁺、Ni²⁺、Cr³⁺、Zn²⁺、Cr⁶⁺、Hg²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺、Mn²⁺、Ag⁺、Au³⁺等各种金属离子，同时具有再生能力，可以反复使用10次以上。

本发明的技术方案：为了解决上述问题，本发明采用4-乙烯基吡啶、聚乙二醇甲基丙烯酸酯为聚合单体，硫二甘醇二甲基丙烯酸酯为交联剂（同时也是聚合单体），进行悬浮聚合，制得一种新型硫氮重金属离子螯合聚合物微球，用于处理含重金属离子的工业废水。其中功能性螯合配体同时是含有不饱和键的共聚单体或交联剂，一步法双效实现聚合和螯合剂功能化，因此不需要传统聚合方法中的活化聚合基质进行螯合配体的固定化这一步骤，因此也不存在螯合配体的渗出泄露的问题，可有效地避免螯合剂的释放和泄露。

硫二甘醇二甲基丙烯酸酯的制备：根据文献（Changyou Gao, Chinese Journal of Polymer Science, 2004, 22(1), 25-30），采用相转移催化法合成。为无色透明液体，IR(NaCl): 1719(COO)，1637（C=C），3105（=CH₂），1377(CH₃)。¹H NMR(CDCl₃): δ1.95(s,6H)，2.86(tri, 4H)，4.33(tri, 4H)，5.59(s，2H)，6.10(s, 2H)。