重金属捕集剂的制备与应用

【摘要】随着工业的发展，重金属废水不达标的排放问题日益严重，对环境和人类健康构成严重威胁。化学沉淀等传统重金属废水分离方法存在使用大量化学试剂、产生污泥难以处置、二次污染、出水达标等缺点。离子交换、电化学分离等方法虽然分离效果较好，但处理成本昂贵。因此，研究开发高效、经济、环保的重金属捕收剂分离废水中的重金属离子具有重大的社会、经济和环境意义。本文制备了DTCT重金属捕收剂、DTC（二硫代氨基甲酸盐）改性壳聚糖重金属捕收剂（DTC-CS）、壳聚糖-聚乙烯醇吸附膜（CS-PVA），并应用螯合剂基于组合吸附原理，Cu~(2+) )和Cd~(2+)从废水中分离去除。主要研究成果如下： 1. DTCT：以乙二胺和三乙烯四胺为单体，环氧氯丙烷为交联剂，合成了具有氨基支链结构的大分子骨架。将CS2接枝到该骨架的氨基上，生成含有DTC官能团的水溶性高分子重金属捕收剂。通过正交实验优化了合成工艺条件。 DTCT处理浓度/LCu~(2+)废水，最佳捕集条件为DTCT投加量25mg/mL，pH3，反应时间1min，处理量/LCd~(2+)废水，最佳捕集条件为DTCT投加量35mg/mL， pH 6，反应时间5分钟，Cu~(2+)和Cd~(2+)去除率达到99.9%以上，满足排放要求。应用于实际废水处理效果显着。

研究了螯合沉淀的稳定性和螯合机理，证明DTCT可以有效去除废水中的重金属离子。 2. DTC-CS：DTC-CS是由壳聚糖和CS2在甲醇和水的反应介质中，以质量分数35%的NaOH为催化剂，通过FT-IR、元素分析、XRD和TG合成的。其他结构表征证实产物含有DTC基团，并确定了Cu~(2+)的最佳捕获条件(DTC-CS用量33mg/mL，pH 4.5-5，反应时间30min)和最佳捕获条件下Cd~ (2+)条件下(DTC-CS用量60mg/mL，pH 5.5-7，反应时间50min)，Cu~(2+)和Cd~(2+)去除率均达到99.9%以上。 DTC-CS解吸回收实验表明，1mol/L硫脲和0.05mol/L HCl混合溶液对Cu~(2+)和Cd~(2+)的解吸效果最好，最大解吸率为比例分别为87.13%和89.64%。与DTCT相比，可以重复使用，节省成本。 3、CS-PVA膜：CS-PVA膜的制备有两种方法：浸没沉淀相分离法和流延法。 SEM表征证实，浸没沉淀相分离法制备的膜表面粗糙、多孔，结构疏松，吸附分离效果良好。远高于流延法生产的光滑致密的薄膜。研究了浸渍沉淀相分离法制备的CS-PVA吸附分离废水中Cu~(2+)和Cd~(2+)的最佳条件。结果表明,当固液比为5g/100mL时,Cu~(2+)和Cd~(2+)溶液pH分别为4.5和6,吸附次数分别为“吸附-解吸”次数循环研究表明，该方法生产的吸附膜性能稳定，可循环利用。综上所述，DTCT对重金属离子的去除效果最好，但其缺点是无法回收、残留水中有一定的毒性。 DTC-CS实现了回收利用，并含有可生物降解的壳聚糖，在一定程度上降低了风险。它消除了生物毒性。 CS-PVA膜对重金属离子具有良好的吸附和分离作用。它完全无毒、环保、可回收。是一种绿色高效的水处理材料，是重金属捕获材料未来的发展方向。