一种重金属离子吸附捕集剂的合成及性能研究_郑怀礼

第19卷第7期2007年7月化学研究与应用ChemicalResearchandApplicationVol.19,No.7July,2007收稿日期:2006-10-25;修回日期:2007-03-07基金项目:重庆市自然科学基金重点项目(CSTC-2006BA7029)资助;国家自然科学基金(20577072)项目资助联系人简介:郑怀礼(1957-),男,教授,博士生导师,主要从事水处理剂的研究与应用。Email:zhenghl@cat.cq.cn文章编号:1004-1656(2007)07-0730-05一种重金属离子吸附捕集剂的合成及性能研究郑怀礼1,2,孙秀萍1,廖华1,彭德军1(1.重庆大学化学化工学院,重庆400044;2.三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆400045)摘要:在较温和的温度条件下合成了N,N-双(二硫代羧基)二乙烯三胺乙基聚合物,并对NaOH的加入次序及加入量、二硫化碳加入次序、二乙烯三胺的用量、反应温度、反应时间等进行了研究。论文通过红外光谱、紫外光谱和熔点测定对聚合物进行表征。研究了聚合物吸附捕集部分重金属离子的性能,结果表明,合成的聚合物能稳定地吸附捕集某些重金属离子,对Ag+、Cu2+、Zn2+等离子有较高的吸附量;吸附效果在pH值为5左右时最好。关键词:重金属离子吸附捕集剂;二乙烯三胺乙基聚合物;合成;性能研究中图分类号:O647.3文献标识码:A二硫代氨基甲酸类重金属离子捕集吸附剂含有S、N等配位原子,可以和许多重金属离子形成稳定常数很高的螯合物[1-5],但不与碱金属、碱土金属作用,因此二硫代氨基甲酸类聚合物能高效、稳定地捕集吸附水体中某些痕量级的重金属离子,在水污染控制中具有潜在的广泛用途[2][6-10]。其合成方法一般是以多胺为原料,通过与二硫化碳反应引入二硫代氨基羧酸结构[11]。曾有研究者[1]分两步合成了N,N-双(二硫代羧基)二乙烯三胺乙基聚合物,其合成时间长,操作繁琐,反应温度较高。本文通过改变NaOH的加入次序和加入量,使中间体以钠盐的形式存在,将两步反应改为一步反应。与原来的合成方法相比,本文所采用的合成方法具有合成时间短、操作简便、省工省时、反应条件温和、生产安全;节约宝贵的水资源和有机溶剂、减少环境污染;便于工业生产及推广应用等特点。采用本文新方法合成的二乙烯三胺乙基聚合物可与一些重金属离子(如Cu2+,Zn2+,Ag+等)形成极其稳定的螯合物。该捕集吸附剂具有操作简单、重金属离子不会因pH值变化而从污泥中再次析出、不存在二次污染等优点。1实验部分1.1仪器及试剂Magna-IR.型红外光谱仪(美国Nicolet公司),TU-1810型紫外可见光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司),XRC-1型显微熔点测定仪(北京)。二乙烯三胺(宜兴市化学试剂三厂);二硫化碳(成都化学试剂厂);1,2—二氯乙烷(重庆北碚精细化工厂);氢氧化钠(重庆东方试剂厂);乙二胺四乙酸二钠(国营重庆无机化学试剂厂);氨水(国营重庆无机化学试剂厂);氯化铵(重庆北碚化学试剂厂);四氯化碳(重庆川东化工有限公司);二苯基硫巴腙(成都化学试剂厂);柠檬酸钠(市售)。以上药剂及各种金属盐类均为分析纯。1.2主要合成路线在碱性条件下,二乙烯三胺与二硫化碳反应一定时间后,再加入1,2-二氯乙烷聚合生成N,N-双(二硫代羧基)二乙烯三胺乙基聚合物。主要合成路线如下:2NaOH+H2NCH2CH2NHCH2CH2NH2+CS2NaS2CNHCH2CH2NHCH2CH2NHCS2Na第7期郑怀礼等:一种重金属离子吸附捕集剂的合成及性能研究NaS2CNHCH2CH2NHCH2CH2NHCS2Na+ClCH2CH2ClNCH2—CH2—NH—CH2—CH2nCHSS1.3实验方法在配有电磁搅拌的三口圆底烧瓶(冷水浴)中加入100mL水,12.0g氢氧化钠,冷却后加入10.75mL二乙烯三胺,再缓慢滴加12.06mL二硫化碳(为防止有机物挥发,在滴加过程中使用冷水浴),滴加完毕,在室温下反应1.5h,反应液体呈橙黄色。缓慢加入1,2-二氯乙烷7.88mL,移至75℃的热水浴中反应4h,得到乳白色粘稠液体,抽滤,用水、无水乙醇洗涤2～3次,得白色固体粉末。1.4吸附性能的测定1.4.1吸附容量的测定将0.200g吸附剂加入50mL金属离子溶液(Ag+,0.05mol/L;Cu2+,0.05mol/L;Zn2+,0.05mol/L;Hg+,0.05mol/L)中,室温电磁搅拌2h,静止分层,取上层清液用双硫腙法测定金属离子浓度,根据吸附前后金属离子浓度的变化,依下式计算吸附容量[1]:Q=[V(C0-C)]/M式中Q为吸附容量(mmol·g-1);C0吸附前金属离子浓度(mmol·mL-1);C为吸附后金属