專(zhuān)利名稱(chēng)：一種重金屬捕集劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工業(yè)污水治理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種重金屬捕集劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
工業(yè)廢水中常含有鉻、鎘、鎳、銅、鉛、鋅等重金屬離子或絡(luò)合重金屬離子。在水體中，重金屬離子的難降解性和毒害性，對(duì)漁業(yè)和農(nóng)業(yè)等產(chǎn)生嚴(yán)重影響，而且重金屬離子還能在人體和生物體內(nèi)積累，且無(wú)法被微生物降解，直接或間接地危害人體健康。重金屬?gòu)U水治理方法很多，其中電化學(xué)法、還原法、膜分離法、溶劑萃取法和生物法因操作成本高而使用受限，傳統(tǒng)的化學(xué)沉淀法存在著處理后水質(zhì)仍難以達(dá)標(biāo)且易造成二次污染等問(wèn)題。高分子重金屬捕集劑法是目前水體重金屬防治的重點(diǎn)方法，高分子重金屬捕集劑能在常溫和很寬PH值條件范圍內(nèi)結(jié)合重金屬離子，生成穩(wěn)定且難溶于水的金屬螯合物，重金屬離子殘留濃度低，而且不會(huì)產(chǎn)生二次污染?，F(xiàn)有的重金屬捕集劑多為合成有機(jī)高分子，存在單體毒性大、難降解的缺點(diǎn)，而天然高分子捕集劑具有原料來(lái)源廣、成本低、合成工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)品易降解等優(yōu)點(diǎn)，所以研究開(kāi)發(fā)改性天然高分子捕集劑是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。天然改性高分子的研究中，淀粉改性捕集劑的研究開(kāi)發(fā)最引人注目，因?yàn)榈矸鄄粌H資源廣，價(jià)格低廉，產(chǎn)物完全可以被生物降解，在自然界形成良性循環(huán)，而且與其它高分子改性捕集劑相比，它的水溶性良好，更適合作重金屬捕集劑。淀粉接枝丙烯酰胺是淀粉與丙烯酰胺的接枝共聚物，由于具有絮凝效果好、可降解和原料廉價(jià)易得等優(yōu)點(diǎn)，多用作污水處理中的有機(jī)高分子絮凝劑。水溶液聚合法是制備淀粉接枝丙烯酰胺的傳統(tǒng)方法，由于采用水作為反應(yīng)介質(zhì)，三廢處理少，對(duì)環(huán)境具有一定的友好性，但是它存在聚合中產(chǎn)物粘壁、不易出料等問(wèn)題。降林華等人(化學(xué)研究與應(yīng)`用，2007，19(10):1070-1075)公開(kāi)了用水溶液聚合法合成淀粉接枝丙烯酰胺絮凝劑的方法。該文中探討了高錳酸鉀、硝酸鈰銨和過(guò)硫酸鉀三種引發(fā)劑對(duì)聚合反應(yīng)的影響，認(rèn)為高錳酸鉀轉(zhuǎn)化率和接枝率雖高，但粘度較低，這是因?yàn)橐l(fā)接枝的鏈較短，均聚物較多，難以形成接枝大分子；硝酸鈰銨則易于引發(fā)大分子鏈的接枝共聚，所得聚合物的粘度在三者中最好，但轉(zhuǎn)化率和接枝率較低，作者還通過(guò)正交試驗(yàn)確定了以硝酸鈰銨為引發(fā)體系的最佳工藝參數(shù):當(dāng)引發(fā)劑用量為1.lmmol/L，淀粉用量為35g/L，單體用量為1.48mol/L,反應(yīng)溫度為25°C，反應(yīng)時(shí)間2h時(shí)，單體轉(zhuǎn)化率達(dá)92.5%，接枝率最大值271.2%，粘度最高可達(dá)587.83ml/g。此外，反相乳液聚合法是近年來(lái)出現(xiàn)的一種新的聚合法。它具有高聚合速率、所得聚合物分子量較高而且分布較窄、體系溫度均勻易控、副反應(yīng)少，克服了溶液聚合的許多缺點(diǎn)，但反應(yīng)介質(zhì)為有機(jī)溶劑造成生產(chǎn)成本高，危險(xiǎn)性增大。公開(kāi)號(hào)為CN101704928A的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)提供了一種反相乳液法制備淀粉丙烯酰胺接枝共聚物的方法:以液體石蠟為油相，選用高錳酸鉀作為引發(fā)劑，采用由司盤(pán)80、吐溫80和烷基酚聚氧乙烯(4)醚組成的復(fù)配乳化劑，可形成穩(wěn)定的高分子量速溶的淀粉接枝丙烯酰胺聚合物。
根據(jù)捕集劑結(jié)構(gòu)可以看出，重金屬捕集劑通常含有若干配位原子，常見(jiàn)的有氧
(O)、氮(N)、硫(S)和磷(P)等，這些配位原子作為供電子體可與許多重金屬離子發(fā)生強(qiáng)烈的螯合作用而形成沉淀。由于淀粉接枝丙烯酰胺酰胺基團(tuán)中的氮原子也能與重金屬離子形成配位化合物，所以它也是一種較好的重金屬捕集劑，Khalil和Farag等人(Utilizationof Some Starch Derivatives in Heavy Metal 1ns Removal[J].Journal of AppliedPolymer Science, 1998，69(6):45-50)研究了淀粉接枝丙烯酰胺對(duì) Hg2+、Cu2+、Zn2+、Ni2+、Co2+、Cd2+、Pb2+等多種重金屬離子的去除效果，結(jié)果表明淀粉接枝丙烯酰胺對(duì)Hg2+去除率為92.3%，對(duì)Cu2+去除率為79.2%。即其具有較好的絡(luò)合重金屬離子的能力，但因淀粉接枝丙烯酰胺易溶，造成其沉淀不完全，固液不易分離。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種重金屬捕集劑的制備方法，解決了現(xiàn)有方法水溶液聚合中出現(xiàn)粘壁，不易出料的問(wèn)題。一種重金屬捕集劑的制備方法，包括:
(I)取淀粉，與交聯(lián)劑在催化劑作用下發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，制得交聯(lián)淀粉；以環(huán)氧氯丙烷為例，反應(yīng)式為:
權(quán)利要求
1.一種重金屬捕集劑的制備方法，包括: (1)取淀粉，與交聯(lián)劑在催化劑作用下發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，制得交聯(lián)淀粉； (2)以水為介質(zhì)，在引發(fā)劑作用下，交聯(lián)淀粉與丙烯酰胺單體發(fā)生接枝共聚反應(yīng)，所得接枝共聚物即為所述的重金屬捕集劑。
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述交聯(lián)淀粉與丙烯酰胺單體的質(zhì)量比為1:1 1:3。
3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述引發(fā)劑為鈰鹽、過(guò)硫酸鹽或錳鹽。
4.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述引發(fā)劑為硝酸鈰銨。
5.如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述引發(fā)劑在反應(yīng)體系中的濃度為1Χ1(Γ4 lXl(T3mol/L。
6.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述接枝共聚反應(yīng)的溫度為25 50°C，時(shí)間為2 8小時(shí)。
7.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述交聯(lián)淀粉的沉降積為24 64mL。
8.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述交聯(lián)劑為環(huán)氧氯丙烷。
9.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述淀粉為玉米淀粉。
10.如權(quán)利要求1-9任一所述制備方法制得的重金屬捕集劑，該重金屬捕集為交聯(lián)淀粉與丙烯酰胺的接枝共聚物，接枝率為160.0 190.0%，特征粘度為380 460ml/g。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種重金屬捕集劑及其制備方法，該制備方法包括(1)取淀粉，與交聯(lián)劑在催化劑作用下發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，制得交聯(lián)淀粉；(2)以水為介質(zhì)，在引發(fā)劑作用下，交聯(lián)淀粉與丙烯酰胺單體發(fā)生接枝共聚反應(yīng)，所得接枝共聚物即為所述的重金屬捕集劑。所述重金屬捕集為交聯(lián)淀粉與丙烯酰胺的接枝共聚物，接枝率為160.0～190.0%，特征粘度為380～460ml/g。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將交聯(lián)淀粉替換天然淀粉與丙烯酰胺接枝共聚制得重金屬捕集劑，可以反應(yīng)體系的粘度，交聯(lián)淀粉和丙烯酰胺均不發(fā)生粘壁，產(chǎn)物易于出料。本發(fā)明重金屬捕集劑與重金屬離子形成螯合物不溶于水，易于從溶液中分離。
文檔編號(hào)C08J3/24GK103204974SQ20131012881
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月12日
發(fā)明者韋曉燕, 譚軍, 歐陽(yáng)玉霞, 文曉剛, 范舉紅, 劉銳, 余素林, 萬(wàn)梅, 蘭亞瓊 申請(qǐng)人:嘉興學(xué)院, 浙江清華長(zhǎng)三角研究院