背景及概述[1][2]
重金屬捕捉劑又叫重金屬螯合劑，它能與絕大部分重金屬離子發(fā)生強(qiáng)力的螯合反應(yīng)，對(duì)重金屬離子有良好的去除效果。通過(guò)重金屬捕捉劑處理后，出水的大多數(shù)重金屬離子的濃度都能達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，因此重金屬捕捉劑廣泛的用于電鍍、電子等行業(yè)含有水溶性絡(luò)合重金屬離子的廢水處理。常用的重金屬捕捉劑主要是二硫代氨基甲酸類化合物的衍生物，根據(jù)鍵合在其上的官能團(tuán)差別，合成的捕集劑可以分為低分子化合物及高分子聚合物兩種，即螯合劑和螯合樹脂兩種。螯合劑為線性結(jié)構(gòu)，易溶于水；螯合樹脂為空間立體架橋結(jié)構(gòu)，難溶于水。在實(shí)際應(yīng)用中，螯合劑對(duì)于成分復(fù)雜的重金屬?gòu)U水具有極好的去除效率；而螯合樹脂主要用于分離和回收廢水中的貴重金屬。
傳統(tǒng)的重金屬捕捉劑包括PH調(diào)節(jié)劑、硫化物、硫氫化物等。用PH調(diào)節(jié)劑的中和沉淀法存在如下不足：沉淀后，需要回調(diào)PH才可排放；廢水中有多種重金屬共存，含有兩性金屬時(shí)，PH偏高，沉淀會(huì)再溶解；廢水中存在絡(luò)合物，中和沉淀難以去除；沉淀顆粒小，不易沉淀。用硫化物沉淀存在如下缺點(diǎn)：硫化物沉淀顆粒小，不利于沉淀處理；殘留在水中，PH值降低時(shí)生成有毒的硫化氫氣體。
近年來(lái)，越來(lái)越多的改性有機(jī)物被用于重金屬離子廢水處理，從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，主要朝兩方面進(jìn)展：一方面利用高分子材料為原料，增大螯合分子的分子量；另一方面增大分子螯合容量，即增加分子上螯合基團(tuán)的數(shù)量。而大分子上有效的螯合基團(tuán)不多，且螯合能力較弱。
重金屬捕捉劑與重金屬的作用形式是:重金屬捕集劑與溶解態(tài)的重金屬離子作用并轉(zhuǎn)化為不溶的重金屬化合物,經(jīng)沉淀和浮上法從廢水中除去。目前具體應(yīng)用的有:堿性物質(zhì)、硫化劑、高分子重金屬鰲合劑、表面活性劑、吸附劑和生物絮凝劑等。
重金屬捕捉劑
制備[2]
蒙脫石重金屬捕捉劑及其制備方法，將蒙脫石進(jìn)行二硫代氨基甲酸改性，得到二硫代氨基甲酸插層蒙脫石，方法簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)，價(jià)廉易得，制得的重金屬捕捉劑性質(zhì)穩(wěn)定，有很強(qiáng)的重金屬離子捕集能力，所產(chǎn)生的礬花大且重，沉淀速度快。
1.稱取10g酸活化的蒙脫石，用去500mL的去離子水洗滌、離心脫水4次后，洗水(即清洗后的去離子水)的pH為6.7。再加入90mL的去離子水?dāng)嚢?，制成濃度?0％的蒙脫石懸浮液礦漿，
2.稱取1g的十二烷基三甲基溴化銨，溶于100mL的去離子水中配置成質(zhì)量百分比濃度為1％的表面活性劑溶液，在攪拌的同時(shí)緩緩倒入上述蒙脫石懸浮液礦漿，進(jìn)行活化反應(yīng)12小時(shí)，其間持續(xù)攪拌，然后離心脫水。用去離子水洗滌4次后，再加190mL去離子水?dāng)嚢?，制成濃度?％的活化蒙脫石懸浮液礦漿。
3.量取5mL的二乙烯三胺，在攪拌的同時(shí)緩緩倒入上述活化蒙脫石懸浮液礦漿，進(jìn)行插層反應(yīng)4小時(shí)，其間持續(xù)攪拌，得到插層活化蒙脫石懸浮液礦漿。
4.稱取6g的NaOH，加入50mL的去離子水中，在攪拌的同時(shí)緩緩倒入插層活化蒙脫石懸浮液礦漿，得到堿性插層活化蒙脫石懸浮液礦漿，冷卻至室溫。
5.量取6mL的二硫化碳CS2，在攪拌的同時(shí)緩緩倒入上述堿性插層活化蒙脫石懸浮液礦漿，進(jìn)行二硫代氨基甲酸化反應(yīng)4小時(shí)，其間持續(xù)攪拌，溫度保持在10～45℃。最終產(chǎn)物即為二硫代氨基甲酸插層蒙脫石的暗紅色懸浮漿液。
酸敏型重金屬捕捉劑：
步驟一P(GMA-N3)聚合物主鏈A的合成
取1份的2-溴異丁酸乙酯引發(fā)劑、600份的甲基丙烯酸縮水甘油酯（GMA）、1000的份二苯醚、5份的CuBr及5份的N,N,N',N',N"-五甲基二乙烯三胺（PMDETA），在氮?dú)獗Ｗo(hù)下30℃進(jìn)行ATRP反應(yīng)7小時(shí)，得到聚合度（DP）為500的聚甲基丙烯酸縮水甘油酯（PGMA）；
取100份的PGMA（DP=500）、200份的NaN3及300份的二甲基甲酰胺（DMF），在60℃反應(yīng)50小時(shí)，得到P(GMA-N3)，作為聚合物主鏈A；
步驟二二種側(cè)鏈的合成
酸敏型高分子側(cè)鏈C的合成：取1份的溴代異丁酸丙炔酯引發(fā)劑、150份的甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯（DMAEMA）、100份的甲醇、2份CuCl及2份的2,2-聯(lián)吡啶，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下50℃進(jìn)行ATRP反應(yīng)6小時(shí)，得到聚合度（DP）為110的PDMAEMA-C≡CH即酸敏型高分子側(cè)鏈C；
多硫高分子側(cè)鏈B的合成：取100份的甲基丙烯酸縮水甘油酯、250份的3,7-二硫雜-1,9-壬二硫醇、3份的氫氧化鋰及400份的二氯甲烷，常溫反應(yīng)36小時(shí)，得甲基丙烯酸3,7-二硫雜-1-壬硫醇（DNTEMA）；
取1份的溴代異丁酸丙炔酯引發(fā)劑、200份的甲基丙烯酸3,7-二硫雜-1-壬硫醇（DNTEMA）、200份的甲苯、2份CuBr及2份的N,N,N',N',N"-五甲基二乙烯三胺（PMDETA），在氮?dú)獗Ｗo(hù)下60℃進(jìn)行ATRP反應(yīng)8小時(shí)，得到聚合度（DP）為140的PDNTEMA-C≡CH即多硫高分子側(cè)鏈B；
步驟三酸敏型聚合物分子刷PGMA-g-(PDNTEMA-r-PDMAEMA)的合成
取10份的P(GMA-N3)、40份的PDMAEMA-C≡CH及20份的PDNTEMA-C≡CH溶于500份的二甲基甲酰胺（DMF），再加入2份的CuSO4及10份抗壞血酸鈉，30℃下反應(yīng)50小時(shí)，得到酸敏型聚合物分子刷PGMA-g-(PDNTEMA-r-PDMAEMA)，PDMAEMA和PDNTEMA側(cè)鏈的接枝率分別為40%和20%。
納米酸敏型重金屬捕捉劑采用溶液自組裝法制得，其制備方法為：將10份的酸敏型聚合物分子刷溶于50份的水中，采用0.1mol/L鹽酸調(diào)節(jié)pH值到4.0，在25oC下攪拌5小時(shí)，得到納米酸敏型重金屬捕捉劑膠束溶液，粒徑為50nm。
取本實(shí)施例產(chǎn)品做鉛離子脫除效率測(cè)試，取500mL含Pb2+離子4mg/L及EDTA0.10g/L的廢水，采用0.1mol/L鹽酸調(diào)節(jié)廢水pH值到4.0，添加本實(shí)施例產(chǎn)品0.2mL，攪拌5分鐘，采用0.1mol/L氫氧化鈉調(diào)節(jié)廢水pH值到8.0，立刻產(chǎn)生沉淀，過(guò)濾，采用原子吸收法測(cè)定濾液Pb2+離子濃度為0.01mg/L，脫除效率為99.75%。
主要參考資料
[1] 吳桂萍, 鄭波, 趙玉鳳, & 崔龍哲. (2017). 響應(yīng)面分析法優(yōu)化高分子重金屬捕捉劑處理高濃度含汞溶液. 中南民族大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 36(3), 18-21.
[2] 郭崇武, & 代朋民. (2018). 螯合沉淀法去除氯化鉀無(wú)氰鍍鎘廢水中的鎘離子. 電鍍與涂飾(4).
[3] 譚正德, & 張紅泉. (2014). 重金屬離子捕捉劑的合成與研究. 湖南工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 24(1), 62-66.