[发明专利]一种螯合-混凝协同去除重金属的方法

说明书

本发明公开一种螯合‑混凝协同去除重金属的方法，通过氢氧化钠溶液和二硫化碳反应生成二硫代碳酸钠巯基乙酸，再利用二硫代碳酸钠巯基乙酸上的羧基能与壳聚糖上的氨基和醇羟基反应，从而使巯基功能团接枝到壳聚糖表面，得到壳聚糖基金属捕捉剂，使其对于重金属具有更好的靶向去除作用。然后通过提出的螯合‑调pH‑混凝工艺，实现对重金属的高价态还原、螯合和混凝造粒过程。本发明具有添加量少，螯合效率高，方法简单，可操作性强，价廉易得，具有明显的经济效益和环境效益。

技术领域

本发明属于水处理工艺方法优化与水处理药剂的制备技术领域，具体涉及一种螯合-混凝协同去除重金属的方法。

背景技术

近年来，水处理工艺方法优化与水处理药剂的制备技术与制备工艺在我国得到了广泛且持续的研究，基本满足现代生活饮用水处理和污废水治理的生产实际。水源水安全、污废水节能减排一直是人们所关切的重大环境问题。现阶段，不同地表水体均受到一定程度的污染，水中重金属含量增加。水环境中重金属一直是水处理过程中的去处对象。重金属对环境有持久性危险性，很容易被人体吸收，对人体有致癌风险，更可能造成遗传性基因缺陷，对人体健康和生态环境构成极大的威胁。国内外研究表明，强化混凝或优化混凝是控制水环境中重金属含量的重要方法。基于现有的水处理剂，研发高效去除水环境中重金属的水处理工艺方法与水处理药剂成为水处理领域的重要课题。

在水处理过程中，无论是除浊除藻、脱色除臭，还是除铁除锰等，混凝过程均处于关键地位。影响混凝过程最为关键的因素就是混凝剂的研发。现阶段，针对于重金属污染的重金属捕捉剂成为新的水处理剂研究热点。最常见的重金属捕捉剂为二硫代氨基甲酸盐类聚合物，例如专利公开号：CN101215250A，CN1069008A，CN1631940A，CN1831020A，和CN200510062757.4等等中所提到的重金属捕捉剂均属于此类。其中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。其它的重金属捕捉剂产品也表现为单一，且用量大，效果差，其功能多集中在使重金属从高毒性价态转化为低毒性价态，较难实现重金属从液相中的彻底分离，或是利用价格昂贵的金属螯合剂来处理，或者通过碱性调节使重金属形成沉淀，而在自然水环境中毒害性重金属又会重新释放而回归于水体，制备生产过程中存在的杂质多、能耗大、设备要求高、生产流程复杂等诸多问题。总之，现有的重金属捕捉剂在处理重金属废水领域还有很大的进步空间。

目前，采用廉价的天然有机物原材料制备重金属捕捉剂是发展的热点问题，因为价格便宜，操作方便，环保安全等，市场前景乐观，社会经济效益好。但对于一些重金属捕捉剂存在一些重要问题，例如捕捉效果好，但沉淀效果不好。例如，壳聚糖前体甲壳素广泛存在于虾蟹等甲壳动物及昆虫、藻类中，是世界上仅次于纤维素的第二大类天然高分子化合物，它也是用于制备性能优越的重金属捕捉剂材料之一。壳聚糖分子含有大量带正电荷的氨基，是天然阳离子絮凝剂，通过配位键与金属离子形成稳定的螯合物，从而去除多种金属离子。但由于含有的氨基在酸性条件下可形成游离态的-NH₃⁺，丧失了对金属的络合能力，对壳聚糖的应用不利。因此，壳聚糖的化学改性和修饰已受到越来越多学者的关注。一方面解决在酸性环境条件下的应用，另一方面增强壳聚糖处理重金属的能力。其中，通过化学合成法引入具有对重金属很强的配位性基团-二硫代羧基到天然高分子材料壳聚糖中是目前研究的热点。一方面通过螯合配位作用将重金属离子转化为不溶性螯合物，另一方面，絮凝剂还可通过自身的吸附架桥及网捕卷扫的作用加快絮体凝聚和沉降，使絮凝剂同时发挥螯合-絮凝沉淀双重作用去除水体中的重金属离子。但实验研究发现，该方法对沉淀和絮凝重金属离子的效果并不理想，螯合生成的化合物较难通过固有的絮凝性能沉淀去除。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种螯合-混凝协同去除重金属的方法，解决金属捕捉剂沉淀效果不好的问题，适应现代水处理日益严峻的形势。