本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種重金屬絮凝劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

重金屬廢水由于具有毒性和生物難降解性等特點(diǎn)，其任意排放會(huì)對(duì)環(huán)境及人體健康產(chǎn)生不良影響。目前，重金屬廢水處理方法主要有化學(xué)沉淀法、吸附法、膜分離法和離子交換法等。但這些方法存在處理成本高、處理效果不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，所以尋求新型、高效、價(jià)廉的重金屬處理劑成為研究熱點(diǎn)之一。

聚丙烯酰胺（pam）是一種常見有機(jī)高分子絮凝劑，被廣泛應(yīng)用于水處理中，其主要作用是絮凝或助凝。為了增強(qiáng)絮凝性能，學(xué)者們利用pam分子鏈上側(cè)基—酰氨基具有高反應(yīng)活性的特點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行改性，得到pam衍生物，拓寬了其應(yīng)用范圍。然而，pam及其衍生物多用于處理膠體物質(zhì)含量高的廢水、含油污水、有色廢水以及污泥脫水等方面，在重金屬廢水處理中其僅起到助沉作用，不能有效去除重金屬。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種重金屬絮凝劑，旨在解決現(xiàn)有pam及其衍生物在重金屬廢水處理中其僅起到助沉作用，不能有效去除重金屬的問題。

本發(fā)明的再一目的在于提供上述重金屬絮凝劑的制備方法。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種重金屬絮凝劑，該絮凝劑的分子結(jié)構(gòu)如下式（i）所示：

（i）

式（i）中，n為1400～42000的整數(shù)。

優(yōu)選地，所述n為8260。

本發(fā)明進(jìn)一步公開了一種重金屬絮凝劑的制備方法，該方法包括以下步驟：

（1）將甲醛和二甲胺在室溫下混合反應(yīng)0.5～1.0h后，將溫度調(diào)至30～50℃，再加入分子量為10萬～300萬的pam溶液反應(yīng)1～3h，得到apam；其中，所述pam、甲醛、二甲胺的物質(zhì)的量比為1：（1~1.5）：（1~2）；

（2）將tga與質(zhì)量濃度為0.5~2.0%的apam混合，調(diào)節(jié)反應(yīng)ph值為3.0~7.0，在15~45℃溫度下反應(yīng)1~4h，得到重金屬絮凝劑maapam；其中，所述apam與tga的物質(zhì)的量比為1：（1~4）。

優(yōu)選地，在步驟（1）中，所述pam的分子量為59萬。

優(yōu)選地，在步驟（2）中，將tga與質(zhì)量濃度為0.5~1.5%的apam混合，調(diào)節(jié)反應(yīng)ph值為4.0~7.0，在25℃溫度下反應(yīng)1.5h~3h，得到重金屬絮凝劑maapam；其中，所述apam與tga的物質(zhì)的量比為1：（3~4）。

優(yōu)選地，在步驟（2）中，所述apam與tga的反應(yīng)時(shí)間為1.5h。

優(yōu)選地，在步驟（2）中，所述apam與tga的反應(yīng)體系ph值為7.0。

優(yōu)選地，在步驟（2）中，所述apam的質(zhì)量濃度為1.5%。

優(yōu)選地，在步驟（2）中，所述apam與tga的物質(zhì)的量比為1：3。

本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種重金屬絮凝劑及其制備方法。本發(fā)明通過酰胺化反應(yīng)將巰基引入到pam衍生物分子鏈上，制備出一種新型重金屬絮凝劑，可同時(shí)發(fā)揮巰基對(duì)重金屬的強(qiáng)螯合功能和pam衍生物對(duì)絮體的強(qiáng)絮凝性能，重金屬去除效果突出。

相比于現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明具有以下有益效果：

（1）本發(fā)明所需原料易得，反應(yīng)條件溫和，制備工藝簡(jiǎn)單，易于操作和控制；

（2）本發(fā)明產(chǎn)物中巰基可與重金屬離子形成不溶性螯合沉淀物，且能通過pam衍生物自身的強(qiáng)絮凝性能使沉淀物快速沉降，達(dá)到螯合、絮凝、沉淀等多重作用，可有效去除廢水中的重金屬離子；

（3）本發(fā)明產(chǎn)物處理重金屬廢水工藝簡(jiǎn)單，只需在廢水中投加一定量的產(chǎn)物，充分?jǐn)嚢杈湍苎杆佼a(chǎn)生不溶性沉淀物，其沉降速度快，分離效果好，經(jīng)沉降分離后無需過濾，可直接排放，無需復(fù)雜的設(shè)備，便于操作和管理。

附圖說明

圖1是本發(fā)明效果實(shí)施例中apam的紅外光譜；

圖2是本發(fā)明效果實(shí)施例中maapam的紅外光譜。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下述實(shí)施例中涉及到：

1、實(shí)驗(yàn)儀器

恒溫磁力攪拌器（jb-2型）；電子天平（fa2004n型）；ph測(cè)試儀（orion828型）；程控混凝試驗(yàn)攪拌儀（ta6-1型）；原子吸收分光光度計(jì)（220fs型）；紅外分光光度計(jì)（irprestige-21型）。

2、實(shí)驗(yàn)材料

聚丙烯酰胺（pam）；二甲胺（ch3nhch3，ar）；甲醛（hcho，ar）；巰基乙酸（tga，ar）；鹽酸（hcl，ar）；氫氧化鈉（naoh，ar）；溴化鉀（kbr，gr）；含銅水樣（cucl2與自來水配制）。

實(shí)施例1

（1）將1mol甲醛（hcho，ar）和1.05mol二甲胺（ch3nhch3，ar）在室溫下混合反應(yīng)0.5h后，將溫度調(diào)至40℃，再加入1mol分子量為59萬的聚丙烯酰胺（pam）溶液反應(yīng)2h，得到分子量為106萬的apam；

（2）將3mol巰基乙酸（tga，ar）與質(zhì)量濃度為0.5%的1molapam混合于三口瓶中，置于磁力攪拌器上，用naoh溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)體系ph值為4.0，在25℃溫度下反應(yīng)1.5h，得到重金屬絮凝劑maapam，冷卻待用。

實(shí)施例2

（1）將1mol甲醛（hcho，ar）和1.05mol二甲胺（ch3nhch3，ar）在室溫下混合反應(yīng)0.5h后，將溫度調(diào)至40℃，再加入1mol分子量為59萬的聚丙烯酰胺（pam）溶液反應(yīng)2h，得到分子量為106萬的apam；

（2）將3mol巰基乙酸（tga，ar）與質(zhì)量濃度為0.5%的1molapam混合于三口瓶中，置于磁力攪拌器上，用naoh溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)體系ph值為7.0，在25℃溫度下反應(yīng)1.5h，得到重金屬絮凝劑maapam，冷卻待用。

實(shí)施例3

（1）將1mol甲醛（hcho，ar）和1.05mol二甲胺（ch3nhch3，ar）在室溫下混合反應(yīng)0.5h后，將溫度調(diào)至40℃，再加入1mol分子量為59萬的聚丙烯酰胺（pam）溶液反應(yīng)2h，得到分子量為106萬的apam；

（2）將3mol巰基乙酸（tga，ar）與質(zhì)量濃度為1.5%的1molapam混合于三口瓶中，置于磁力攪拌器上，用naoh溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)體系ph值為7.0，在25℃溫度下反應(yīng)1.5h，得到重金屬絮凝劑maapam，冷卻待用。

實(shí)施例4

（1）將1mol甲醛（hcho，ar）和1.05mol二甲胺（ch3nhch3，ar）在室溫下混合反應(yīng)0.5h后，將溫度調(diào)至40℃，再加入1mol分子量為59萬的聚丙烯酰胺（pam）溶液反應(yīng)2h，得到分子量為106萬的apam；

（2）將4mol巰基乙酸（tga，ar）與1mol質(zhì)量濃度為0.5%的apam混合于三口瓶中，置于磁力攪拌器上，用naoh溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)體系ph值為4.0，在25℃溫度下反應(yīng)3h，得到重金屬絮凝劑maapam，冷卻待用。

實(shí)施例5

（1）將1mol甲醛（hcho，ar）和1mol二甲胺（ch3nhch3，ar）在室溫下混合反應(yīng)0.5h后，將溫度調(diào)至30℃，再加入分子量為10萬的1mol聚丙烯酰胺（pam）溶液反應(yīng)1h，得到apam；

（2）將1mol巰基乙酸（tga，ar）與質(zhì)量濃度為0.5%的1molapam混合于三口瓶中，置于磁力攪拌器上，用naoh溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)體系ph值為3.0，在15℃溫度下反應(yīng)1h，得到重金屬絮凝劑maapam。

實(shí)施例6

（1）將1.5mol甲醛（hcho，ar）和2mol二甲胺（ch3nhch3，ar）在室溫下混合反應(yīng)1.0h后，將溫度調(diào)至50℃，再加入分子量為300萬的1mol聚丙烯酰胺（pam）溶液反應(yīng)3h，得到apam；

（2）將4mol巰基乙酸（tga，ar）與質(zhì)量濃度為2.0%的1molapam混合于三口瓶中，置于磁力攪拌器上，用naoh溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)體系ph值為7.0，在45℃溫度下反應(yīng)4h，得到重金屬絮凝劑maapam。

效果實(shí)施例1

將上述實(shí)施例3中制備的maapam用無水甲醇、apam用丙酮進(jìn)行沉析，沉淀物經(jīng)過濾、洗滌數(shù)次后在50℃條件下進(jìn)行真空干燥；取干燥后的maapam、apam分別與kbr混合、研磨、壓片，采用紅外分光光度計(jì)進(jìn)行紅外光譜分析，分析波數(shù)為4000~500cm^-1，結(jié)果如圖1~2所示。

圖1和圖2表明，相對(duì)于apam的紅外光譜，maapam在2513.25cm^-1處出現(xiàn)了新的微弱吸收峰，為s-h鍵的伸縮振動(dòng)峰；933.55cm^-1處也出現(xiàn)了新吸收峰，為-coc-鍵的伸縮振動(dòng)峰；以上表明apam分子鏈上成功接上了巰基乙?；?coch2sh）。在3296.35cm^-1處仲酰胺基（-co-nh-）的伸縮振動(dòng)峰發(fā)生了右移（3196.05cm^-1）且略變強(qiáng)，1539.20cm^-1處仲酰胺基中n-h的變形振動(dòng)峰左移到1558.48cm^-1處；上述吸收峰的變化表明巰基乙?；磻?yīng)主要發(fā)生在apam分子鏈上仲酰胺基中的n-h上，可推斷出apam與tga發(fā)生的反應(yīng)為：

其中，上述反應(yīng)方程式中n為8260。

在本發(fā)明中，原料pam分子量10萬～300萬，對(duì)應(yīng)的n為1400～42000；中間產(chǎn)物apam分子量18萬～540萬（對(duì)應(yīng)的n為1400～42000）；重金屬絮凝劑maapam分子量28萬～840萬（對(duì)應(yīng)的n為1400～42000）。

效果實(shí)施例2

采用程控混凝試驗(yàn)攪拌儀，每組取六個(gè)400ml含銅水樣（cu（ii）初始濃度為25mg/l），分別用1mol/lhcl溶液調(diào)節(jié)其ph值為6.0，投加不同量maapam，快攪（120r/min）2min，慢攪（40r/min）10min，靜置15min后，用移液管吸取距液面2cm處的上清液，采用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定cu（ii）剩余濃度。

對(duì)實(shí)施例1制備的maapam進(jìn)行絮凝實(shí)驗(yàn)，在其投加量為90、120、150mg/l下對(duì)應(yīng)cu（）的去除率分別為93.03%、95.93%、97.95%；

對(duì)實(shí)施例2制備的maapam進(jìn)行絮凝實(shí)驗(yàn)，在其投加量為90、120、150mg/l下對(duì)應(yīng)cu（）的去除率分別為97.84%、98.90%、99.40%。

對(duì)實(shí)施例3制備的maapam進(jìn)行絮凝實(shí)驗(yàn)，在其投加量為90、120、150mg/l下對(duì)應(yīng)cu（）的去除率分別為99.96%、99.79%、98.78%。

對(duì)實(shí)施例4制備的maapam進(jìn)行絮凝實(shí)驗(yàn)，當(dāng)maapam投加量為90、120、150mg/l下對(duì)應(yīng)cu（）的去除率分別為96.68%、98.32%、98.84%。

由上可知，本發(fā)明中，反應(yīng)物apam和tga物質(zhì)的量比增加（1:4變?yōu)?:3），即反應(yīng)物tga的加入量減少，maapam投加量減少了60mg/l，但是有效提高maapam的絮凝效果。

此外，本發(fā)明中，反應(yīng)時(shí)間大大減少（由3h變?yōu)?.5h），即能耗降低，并且maapam的絮凝效果得到了提高。

此外，在本發(fā)明中，反應(yīng)物apam濃度增加（從0.5%變?yōu)?.5%），以及反應(yīng)體系ph值增加（從4.0變?yōu)?.0），反應(yīng)物消耗量變小，并且maapam的絮凝效果得到了提高。

綜合來說，本發(fā)明實(shí)施例3和實(shí)施例4比較后發(fā)現(xiàn)，apam濃度為1.5%、apam和tga物質(zhì)的量比為1:3、反應(yīng)介質(zhì)ph值為7.0、反應(yīng)溫度t為25℃、反應(yīng)時(shí)間t為1.5h時(shí)，maapam除cu（ii）效率最高，能達(dá)到99.96%，其對(duì)應(yīng)maapam投加量由150mg/l減少到90mg/l，投藥量減少了60mg/l，物耗更小。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。