環(huán)境友好型淀粉改性重金屬捕集劑的結(jié)構(gòu)與其性能的關(guān)系研究.pdf

1、環(huán)境友好型改性淀粉重金屬捕集劑的研究正成為重金屬廢水處理研究的熱點，然而，大多數(shù)研究者著重于捕集劑的性能研究。由于改性淀粉為高分子化合物，改性淀粉的結(jié)構(gòu)研究存在一定的難度，相關(guān)報道較少。但是，深入地研究改性淀粉的結(jié)構(gòu)對于更好地進行環(huán)境友好型捕集劑的研制具有指導(dǎo)意義。 本文在課題組前期工作的基礎(chǔ)上，著眼于環(huán)境友好型DTC改性淀粉重金屬捕集劑的結(jié)構(gòu)與其性能的關(guān)系，一方面采用紅外光譜、XRD、掃描電鏡等對合成產(chǎn)品及捕集產(chǎn)物進行結(jié)構(gòu)分

2、析，另一方面采用原子吸收分光光度法測試合成產(chǎn)品的捕集性能。通過紅外光譜進行表征，發(fā)現(xiàn)二硫代氨基甲酸改性淀粉（DTCS）在1460cm—1附近出現(xiàn)了N—CS的吸收峰，這是二硫代氨基甲酸基化合物的特征峰。隨著玉米淀粉的不斷改性及與重金屬離子螯合，XRD、SEM分析結(jié)果表明所得到的產(chǎn)物表面越來越粗糙，顆粒之間結(jié)合得越來越緊密。DTCS對Cu2+、Pb2+、Cd2+、Ni2+四種金屬的去除率都隨著pH值升高而增大，在相同條件下，DTCS對重金屬

3、離子的去除能力的順序為：Cu2+>Pb2+>Cd2+>Ni2+。在含絡(luò)合劑EDTA的溶液中，pH值越小，捕集效果越好，EDTA絡(luò)合劑的存在使DTCS的捕集性能降低。在濃度為124．66mg·L—1的實際含銅電鍍廢水中，DTCS對Cu2+去除率基本穩(wěn)定在99．9％以上，出水濃度達到了國家一級排放標準。主要探究內(nèi)容如下： ⑴鑒于所合成的氨基淀粉（CAS）和DTC改性淀粉（DTCS）捕集劑是高分子化合物，且難溶于水及醇、酮、醚、二甲

4、基亞砜等有機溶劑，因此對于研究CAS、DTCS本身的結(jié)構(gòu)存在一定的難度。采用“平行類比反應(yīng)”原則，通過對小分子的結(jié)構(gòu)及性能獲得相似結(jié)構(gòu)的大分子的信息，進一步理解改性淀粉的結(jié)構(gòu)及其與重金屬離子的配位行為。 ⑵為了了解DTC基團對不同重金屬離子的絡(luò)合能力，選用小分子的易溶于水的二乙基二硫代氨基甲酸鈉（DDTC），以其為配體，采用紫外分光光度法考察DTC基團對Cu2+等不同重金屬離子的絡(luò)合能力。實驗結(jié)果表明：DDTC與Cu2+、Pb

5、2+、Cd2+、Ni2+形成的配合物的穩(wěn)定常數(shù)分別為4．05×1011，2．70×1011，2．33×1011，3．26×1010，其穩(wěn)定性順序為：Cu（DDTC）2>Pb（DDTC）2>Cd（DDTC）2>Ni（DDTC）2。這與我們課題組所合成的二硫代氨基甲酸改性淀粉對重金屬離子的捕集能力順序也是吻合的。 ⑶采用三乙烯四胺與二硫化碳反應(yīng)，合成了一種新的含雙DTC基團的螯合劑—三乙烯四胺基雙（二硫代甲酸鈉）（簡稱DTC—TE

6、TA），其結(jié)構(gòu)采用紅外、紫外、元素分析進行了表征。流動注射與火焰原子吸收分析結(jié)果表明DTC—TETA（雙DTC基團）對于銅、鎘、鎳、鋅等重金屬離子的絡(luò)合效果好于DDTC（單DTC基團），絡(luò)合能力分別提高了16．3％、13．5％、6．2％、3．2％。這與我們課題組得出的結(jié)論是一致的，即以三乙烯四胺和四乙烯五胺為胺化劑制備的DTCS產(chǎn)品對重金屬離子的捕集性能比以二乙烯三胺為胺化劑的更具有優(yōu)越性。 ⑷以葡萄糖為原料，經(jīng)乙二胺胺化，合

7、成了一種胺化葡萄糖，其結(jié)構(gòu)采用紅外、核磁共振、紫外、元素分析、電噴霧質(zhì)譜進行了表征。在0．01mol·L—1硼砂緩沖溶液中，Cu2+與胺化葡萄糖的絡(luò)合比近似于1：1，該配合物穩(wěn)定常數(shù)較大，為6．8×107。從一個側(cè)面說明課題組前期合成的氨基淀粉對Cu（Ⅱ）也有較強的捕集能力。 ⑸以胺化葡萄糖為原料，經(jīng)過親核加成反應(yīng)合成了一種含硫改性葡萄糖，命名為二硫代氨基甲酸改性葡萄糖（簡稱DTCG）。其結(jié)構(gòu)采用紅外、核磁共振、紫外、元素分析

8、、電噴霧質(zhì)譜進行了表征。在0．01mol·L—1硼砂緩沖溶液中，Ni（Ⅱ）與DTCG的配位比近似于1：1，穩(wěn)定常數(shù)為1．2Ⅱ108；Cu（Ⅱ）與DTCG的配位比近似于1：2，穩(wěn)定常數(shù)為1．4×1013。DTCG—Cu（Ⅱ）的穩(wěn)定常數(shù)比DTCG—Ni（Ⅱ）的大很多，而DTC改性淀粉對銅離子的捕集性能也遠大于鎳離子的，這兩者之間是統(tǒng)一的。 ⑹采用氧化劑、加熱、紫外照射等強化降解DTCS以考察DTCS的穩(wěn)定性及研究降解產(chǎn)物的主要形式