本發(fā)明涉及一種用于處理重金屬?gòu)U水材料的制備和使用方法，屬于環(huán)境污染控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，一些金屬電鍍工業(yè)，采礦加工，化肥工業(yè)，皮革制造，電池、紙制造工業(yè)以及農(nóng)藥生產(chǎn)等等，直接或者間接排放到環(huán)境中的重金屬?gòu)U水逐年增加。與有機(jī)污染物不同的是，重金屬?gòu)U物在生物環(huán)境中無(wú)法得到降解，這些有毒或者致癌性質(zhì)的重金屬離子將會(huì)富集在生物有機(jī)體內(nèi)，造成嚴(yán)重的危害。比如，銅在動(dòng)物和人類的新陳代謝過(guò)程中起到重要的作用。但是大量攝取銅將帶來(lái)嚴(yán)重的中毒癥狀，如嘔吐、肌肉痙攣、抽搐，甚至死亡。鎘金屬元素已經(jīng)被美國(guó)環(huán)境保護(hù)協(xié)會(huì)列為人類可能性致癌物質(zhì)之一。鎘會(huì)對(duì)人類健康造成嚴(yán)重的威脅，長(zhǎng)期暴露在鎘中將導(dǎo)致腎功能障礙，且高頻率的暴露在鎘環(huán)境下最終將導(dǎo)致死亡。
對(duì)重金屬?gòu)U水處理，只能將其進(jìn)行空間轉(zhuǎn)移和改變其形態(tài)，降低毒性而不能將其徹底分解和消除。目前，處理重金屬?gòu)U水技術(shù)有很多，主要可分為三大類：①使廢水中游離態(tài)重金屬轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗芑螂y容的金屬化合物，經(jīng)過(guò)上浮或沉淀從廢水中去除。常用的方法有：中和沉淀法、硫化物沉淀法、鐵氧體沉淀法、離子浮選法、電解法等。②不改變化學(xué)形態(tài)的前提下進(jìn)行吸附、濃縮和分離。包括吸附法、離子交換法、膜分離法、蒸發(fā)濃縮法、溶劑萃取法等。③借助微生物或植物吸收、積累、富集等作用除去廢水中重金屬離子，包括生物吸附、生物絮凝、植物整治等方法。中和沉淀法通常是加入堿性藥劑，調(diào)節(jié)廢水pH值，使目標(biāo)重金屬生成氫氧化物沉淀從而達(dá)到去除重金屬的目的。存在以下缺點(diǎn)：廢水通常含有不同種類的重金屬離子，導(dǎo)致所生成的氫氧化物沉淀的最佳條件不同，僅依靠中和沉淀法，堿消耗量大，而且處理后出水調(diào)為中性造成酸消耗量大，增加處理成本；處理廢水中存在Zn、Pb、Al等兩性金屬時(shí)，隨著的升高，生成的氧氧化物沉淀會(huì)復(fù)溶，因此要嚴(yán)格控制，并分段調(diào)節(jié)；產(chǎn)生的氫氧化物沉淀量大，含水率高，穩(wěn)定性差，會(huì)在自然環(huán)境重再度溶出，導(dǎo)致二次污染。電解法是利用電解的基本原理，使廢水中重金屬在陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)和陰極上發(fā)生還原反應(yīng)，使重金屬富集，從而去除廢水中重金屬，并可回收重金屬。電解法具有重金屬去除率高、運(yùn)行可靠、可回收重金屬等優(yōu)點(diǎn)，但處理量小，耗能大，不適合處理低濃度重金屬?gòu)U水。吸附法是利用吸附材料的吸附作用將溶液中的重金屬轉(zhuǎn)移到吸附材料上，從而達(dá)到去除重金屬離子的效果，常用的吸附材料主要有活性炭、殼聚糖和沸石等。周利民等發(fā)現(xiàn)麥麩對(duì)重金屬離子具有優(yōu)良的吸附能力，重金屬吸附量為：Pb 63mg/g、Cd 21mg/g、Cu 15mg/g、Ni 13mg/g、Hg 70mg/g、Cr 9.3mg/g，速率快，選擇性好[周利民，劉峙嶸，許文苑，離子交換與吸附，2005,21：370-375]。但吸附劑價(jià)格昂貴，再生較為復(fù)雜，不適用于濃度高、排放量大的廢水。膜分離法是用一種特殊的半透膜，通過(guò)壓力的作用將溶質(zhì)和溶劑分離或濃縮的一種方法，包括微濾、超濾、納濾、反滲透、電滲析等，具有分離過(guò)程能耗低、效率高、設(shè)備占地面積小，但處理成本較高，濃縮液需進(jìn)一步處置，且膜易受污染，造成膜通量降低及縮短膜的使用壽命，限制了膜分離技術(shù)在廢水行業(yè)中的廣泛應(yīng)用。生物法是利用有機(jī)生物或植物通過(guò)吸收、積累及富集等作用去除重金屬。生物法具有處理效率高、運(yùn)行成本低，易解吸，可回收貴金屬，來(lái)源豐富、價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)，但不適合高濃度、組成復(fù)雜、毒性高的重金屬?gòu)U水處理。重金屬捕集劑能與重金屬離子強(qiáng)力絡(luò)合形成穩(wěn)定的沉淀物將其分離去除，能克服傳統(tǒng)沉淀法的缺點(diǎn)和不足，在低濃度重金屬?gòu)U水處理領(lǐng)域的作用日益顯現(xiàn)。DTC（二硫代氨基甲酸鹽）是目前市場(chǎng)應(yīng)用最廣泛的重金屬捕集劑種類，分為小分子沉淀劑和大分子螯合樹(shù)脂兩種。李清峰等以乙二胺、氫氧化鈉、二硫化碳等為原料，在常溫下合成一種橘紅色的液體產(chǎn)品DTC-E，處理實(shí)際電鍍廢水，材料投加量50mg/L及以上時(shí)，可以將銅離子由3.26mg/L降低至0.5mg/L[李清峰，賴水秀，楊岳平，浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（理學(xué)版），2014,（1）：78-81]。劉新梅用二乙稀三胺和二硫化碳在堿性條件下反應(yīng)制得重金屬捕集劑(BETA)，當(dāng)廢水pH4~10，攪拌時(shí)間10min，處理后Cu2+廢水的濃度低于0.5mg/L[劉新梅，毛文潔，陳夏重，廣西工學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，（4）:90-92]。胡運(yùn)俊等用二硫代氨基甲酸鹽處理含汞廢水，當(dāng)Hg2+初始濃度為0.1mg/L，pH 8，投加量1 倍化學(xué)計(jì)量比，反應(yīng)時(shí)間10 min，Hg2 +剩余濃度為 0.041mg/L[胡運(yùn)俊，盛田田，薛曉芹等，環(huán)境科學(xué)，2013,34：3486-3492]。尚婷等合成了一種含有二硫化氨基甲酸和亞氨基二乙酸兩種功能基團(tuán)的螯合樹(shù)脂，該樹(shù)脂在高溫下對(duì)鉛、銅、鎳、鉻離子有很好的吸附[尚婷，張光華，懂惟昕，化工新型材料，2012，（6）：91-93]。上述重金屬捕集劑大多處于實(shí)驗(yàn)研究階段，對(duì)多組分、pH<4重金屬?gòu)U水處理效果差，因此，制備工藝簡(jiǎn)單、處理成本低并針對(duì)多組分、多形態(tài)重金屬?gòu)U水處理的新材料具有重要意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于公開(kāi)一種重金屬水處理劑的制備和使用方法，采用聚丙烯酰胺在堿性條件下與二硫化碳反應(yīng)制備重金屬水處理劑，制備方法如下：
一種重金屬水處理劑的制備方法，其特征在于：按質(zhì)量比計(jì)量聚丙烯酰胺1份、堿0.5~5份，混合均勻，加入水50~200份，攪拌直到完全溶解，加入二硫化碳0.5~10份，緩慢攪拌1~5小時(shí)，靜置10~30小時(shí)，得重金屬水處理劑，
上述聚丙烯酰胺指非離子聚丙烯酰胺，或陰離子聚丙烯酰胺，或陽(yáng)離子聚丙烯酰胺，均為市售工業(yè)級(jí)；
上述堿指硅酸鈉，或硅酸鉀，或氫氧化鈉，或氫氧化鉀，均為市售工業(yè)級(jí)；
上述二硫化碳為市售工業(yè)級(jí)；
上述重金屬指銅、鋅、鉛、鎘、汞、鈷、鉻、鎳、砷等一種或多種混合。
本發(fā)明的重金屬水處理劑具有如下優(yōu)點(diǎn)：
(1)使用方法簡(jiǎn)單，直接將重金屬水處理劑加入待處理的廢水中，加入量?jī)H為廢水量的0.2%~2%，混合10分鐘，再加入少量陽(yáng)離子聚丙烯酰胺或聚合氯化鋁，混合均勻，靜置沉淀即可。
(2) 原料來(lái)源廣泛，制備工藝簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)化率高，無(wú)污染，適用于pH（3~12）、重金屬濃度（10~2000mg/L）的廢水處理，游離態(tài)和絡(luò)合態(tài)重金屬可同時(shí)去除。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 重金屬水處理劑的制備
稱取1g聚丙烯酰胺、10g速溶硅酸鈉，混合，溶解到100ml水中，加入10ml二硫化碳，攪拌3小時(shí)，靜置10小時(shí)，得重金屬水處理劑。
實(shí)施例2 重金屬水處理劑用于冶煉廢水處理
取100ml某冶煉廠廢水于燒杯中，調(diào)節(jié)pH>3，加入實(shí)施例1制備得到重金屬水處理劑2ml，攪拌混合20min，加入2ml聚合氯化鋁溶液，搖勻，靜置1h，測(cè)定清液重金屬離子濃度。結(jié)果表明，該冶煉廠廢水中Cu由36.6mg/L降低到接近0、Cd由0.72mg/L降低到接近0、Zn由1.58mg/L降低到0.28mg/L、As由20.84mg/L降低到0.26mg/L，Cu、Cd去除率接近100%，As去除率99%，Zn去除率超過(guò)82%，表明該重金屬水處理劑對(duì)冶煉廠廢水中Cu、Cd、As、Zn都有很好的去除效果。
實(shí)施例3 重金屬水處理劑用于電鍍廢水處理
取100ml某電鍍廢水于燒杯中，調(diào)節(jié)pH>3即可，加入實(shí)施例1制備得到重金屬水處理劑2ml，攪拌混合20min，加入2ml聚合氯化鋁溶液，搖勻，靜置1h，測(cè)定清液重金屬離子濃度。結(jié)果表明，該電鍍廢水中Cu由原來(lái)的14.28mg/L降低到接近0、Pb由4.58mg/L降低到0.23mg/L、Ni由203.58mg/L降低到78.83mg/L，Cu去除率接近100%，Pb去除率95%，Ni去除率61%，表明該重金屬水處理劑對(duì)電鍍廢水中Cu、Pb、Ni去除效果顯著。