重金属捕集剂TDTC的合成及其对络合态重金属的去除研究

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金属表面处理和矿冶过程会产生大量重金属废水,我国重金属污染问题较为严重,进入环境水体中的重金属对水体会造成严重污染,对人体造成健康风险。电镀行业是重金属废水的重要来源,其中有些重金属以络合态存在,如何有效去除是目前的研究难点与热点。一般沉淀法对酸性及低浓度的络合态重金属废水去除率较低,开发高效的多二硫代氨基甲酸盐类(Dithiocarbamate,DTC)重金属捕集剂是一个可行且有效的方法。本研究以三乙烯四胺等为原料,通过温和快速的技术路线制备合成了一种含有多个二硫代氨基甲酸基团的重金属捕集剂,将其命名为TDTC。制备过程中通过氢氧化钠投加量、二硫化碳投加量、反应时间、反应温度、有机溶剂比例等单因素实验优化制备工艺参数,得到最佳制备工艺参数如下:氢氧化钠投加量为0.15 mol、n(CS2):n(TETA)=2.2:1、反应时间2.0 h、乙二醇:2=1:1、反应温度25℃,此时TDTC产率达到82.27%。分别通过扫描电镜(SEM)、元素分析、红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)对TDTC进行表征分析,结果显示,按特定技术路线和上述条件成功合成了具有二硫代羧基基团的重金属捕集剂,从元素比例看,TDTC的化学简式为C8S4N4H16。将TDTC应用于电镀废水中络合态重金属的去除。在处理铜初始浓度为50 mg·L-1的多种酸性络合铜(EDTA-Cu、CA-Cu、TA-Cu)的研究中,考察了TDTC投加量、初始p H、反应时间、絮凝剂用量等因素对多种络合铜去除效果的影响,实验结果表明,在TDTC投加量为1 mmol·L-1(m TDTC:m Cu=6:1)、初始p H范围在3~8、反应时间为3 min、絮凝剂添加量为1 mg·L-1时,三种络合铜去除率均在99.4%以上,满足相应标准(GB21900-2008)中铜排放限值要求;在处理浓度为5 mg·L-1的多种络合镍(CA-Ni、TA-Ni、SP-Ni)的实验中,考察了TDTC投加量、初始p H、反应时间、络合剂浓度以及共存离子等因素对多种络合镍的去除影响,实验结果表明,当初始p H为4~8、反应时间为4 min、TDTC投加量达到80 mg·L-1(m TDTC:m Cu=16:1)时,SP-Ni、CA-Ni的去除率分别为99.56%与99.23%,CA-Ni在投加量为90 mg·L-1(m TDTC:m Cu=18:1)条件下去除率达到97.89%,均远小于Ni相关排放限值(<0.1 mg·L-1),焦磷酸钠与酒石酸钠两种有机络合剂浓度的增加对络合镍去除有一定促进作用,柠檬酸浓度增加则对去除有一定抑制作用。捕集剂对络合铜、镍的捕集机理通过红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)及元素分析等手段进行研究,同时对捕集沉淀回收进行考察。机理探究结果显示,TDTC对络合态铜、镍的主要作用机理是通过DTC官能团上的S、N等原子贡献电子,与络合剂上的重金属配位螯合成键,将其转变为不溶于水的螯合沉淀加以去除。通过火法冶金的方法可从TDTC余络合态重金属的螯合沉淀中将其回收,回收产品纯度高且回收率在90%以上,实现有价金属的回收利用。
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