[发明专利]一种复合型哌嗪类重金属螯合剂TDDP的合成工艺

说明书

本发明公开了一种复合型哌嗪类重金属螯合剂TDDP的合成工艺，包括如下反应：以乙二胺和乙二醛为原料，在催化剂存在下发生缩合反应生成二并哌嗪；以有机碱四甲基胍为催化剂，二并哌嗪与二硫化碳、氢氧化钠反应生成TDDP；同时发生乙二胺与二硫化碳、氢氧化钠的反应生成EDTC。与现有技术相比，本发明的有益效果是：在设计的反应条件下，合成二并哌嗪后的溶液在制备TDDP同时，过量的乙二胺与二硫化碳、氢氧化钠进行反应生成另外一种重金属沉淀剂EDTC，使得制得的重金属螯合剂目标产品无需进行二次复配即可得到同时具有环状结构和线状结构去除重金属离子功能的去除剂，扩大了使用领域并且去除重金属离子效果尤为明显。

技术领域

本发明属于环境功能材料技术领域，尤其涉及一种复合型哌嗪类重金属螯合剂TDDP的合成工艺，所述复合型哌嗪类重金属螯合剂可用于废水和飞灰中重金属的去除。

背景技术

随着现代工业的飞速发展，工业废液中的重金属含量越来越高，由重金属引起的环境污染问题日益突出，严重影响着人类及其它生物的健康与生存。由于这类污染物不能被生物降解，它能通过生物链循环进入植物体、动物体，最终会危害人类的健康，而且，即使是微量的重金属也可产生毒性效应。采用有效的处理方法，降低工业废水中重金属的含量、同时又不会造成二次污染，具有重要的经济效益和环境效益。

经济的发展和人民生活水平的提高也带来了包括生活垃圾在内的固体废物产生量的急剧增加。固体废物焚烧处理技术因兼具“三化”特点，日益成为固体废物污染控制主导技术。固废、生活垃圾焚烧后在热回收利用系统、烟气净化系统收集的飞灰的产量与焚烧物料种类、焚烧条件、焚烧炉型及烟气处理工艺有关，一般约占垃圾焚烧量的3％-5％左右。焚烧飞灰是一类危险废物(HW18)，其中有含量较高的能被水浸出的Cd、Pb、Zn、Cr、Cu等多种有害重金属物质和盐类，若处理不当，将会造成重金属迁移，污染地下水、土壤及空气。飞灰的处理方法主要有水泥固化、螯合剂稳定化两种。水泥固化由于成本较低使用得最多，但存在长期稳定性较差以及体积增量较大等问题，并不是最好的方法。“水泥固化+螯合剂”稳定化组合工艺是目前推广的方向，新型高效有机高分子重金属螯合剂制备及其应用研究是本领域研究一大热点。

去除重金属行业内专业人士普遍认为：含有S原子的重金属捕集剂去除废水重金属离子效果最好。因为含有S原子的官能团通常具有软碱特征，而大多数的有毒的重金属都属于软酸或者交界酸，因此含有S原子的重金属捕集剂与软酸型重金属离子趋向形成更加稳定的配位键，且可以提高去除重金属离子的选择性。二硫代氨基甲酸盐是一种性能优良的重金属离子螯合剂，分子所含有N-CSS基团具有很强的配位能力，几乎能与环境中所有的过渡金属形成配合物，二硫代氨基甲酸基的强络合力可直接沉淀化合或络合的重金属离子，其络合物的强稳定性避免了重金属污染控制过程中的二次污染，在稳定或钝化环境中的重金属污染物方面，具有较为广泛的应用前景。

近几年来，以乙二胺、乙二醛、氢氧化钠、二硫化碳等为原料合成的以N,N,N,N-4(二硫代羧基)二并哌嗪钠盐(简称TDDP)为主要成分的螯合剂在重金属离子的去除、污泥的减少、絮凝效果等方面具有明显优势，此类螯合剂能与废水中的各种重金属离子进行反应，稳定达标排放，且处理后产生的重金属螯合絮体具有较好的稳定性，不易产生二次污染；而应用方面，TDDP可在原化学沉淀法装置上直接投放使用，无需大改动废水处理系统，更方便使用；其性能稳定，耐酸耐碱，该螯合剂是一种高稳态大分子物质，适用的pH范围广，不需要多次调节废水pH，可节省酸碱药剂的费用。

现有的与TDDP和中间体二并哌嗪有关、以及乙二胺合成的EDTC类重金属螯合剂的研究成果主要有：

陆明等在《南京理工大学学报：自然科学版》1997第2期发表论文《1,4,6,9—四硝基—1,4,6,9—四氮杂双环[4,4,0]癸烷合成工艺改进》中进行了以乙二胺和乙二醛为原料合成二并哌嗪的反应的机理和影响因素的研究，反应得率为77.5％。

严启龙等在《飞航导弹》2009年7期发表论文《四硝基并哌嗪的研究进展及在推进剂中的应用前景》中提出了乙二胺和乙二醛合成并哌嗪的研究方案，但并未给出具体的合成步骤；