福美双类化学助剂去除重金属离子及其机理研究_杨建安.pdf

河南科技Henan Science and Technology化工与材料工程总第800期第6期2023年3月福美双类化学助剂去除重金属离子及其机理研究杨建安1文焱炳2林本旺3邓天刁1廖凯1（1.贵州省化工研究院，贵州贵阳550002；2.上海申丰地质新技术应用研究所有限公司，上海201700；3.贵州黔香园油脂有限公司，贵州黎平557300）摘要：【目的目的】研究废水中重金属的去除，为实现高效、稳定、低成本处理重金属提供思路。【方法方法】采用二甲胺、氨水、二硫化碳为原料，以水为溶剂，合成了福美双类化学助剂，通过正交试验考察原料配比、反应温度和反应时间对产物产率的影响，并确定最佳反应条件。采用红外光谱、气质联用技术等方法确定其结构。【结果结果】常温常压下，在pH值接近中性时，该化学助剂对工业废水中铁、钴、镍、铜等重金属离子的去除效果非常明显，经处理后的废水可达到国家排放标准。对锌、铬的去除效果稍差，还需要结合使用其他方法。对铝离子的去除效果最差。通过沉淀固体及溶液对过程可能的机理进行分析，结果表明福美双类化学助剂与重金属离子螯合形成配位化合物。【结论结论】笔者研究的新型化学助剂，对消除重金属污染问题具有实际意义。关键词：福美双类助剂；重金属离子去除；机理分析中图分类号：O641文献标志码：A文章编号：1003-5168（2023）06-0085-05DOI：10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2023.06.017A Study on the Mechanism by Heavy Metal Ion Removal by ThiramYANG Jianan1WEN Yanbing2LIN Benwang3DENG Tiandiao1LIAO Kai1（1.Guizhou Research Institute of Chemical Engineering,Guiyang 550002，China；2.Shanghai Shenfeng Geological New Technology Application Research Institute Co.,Ltd.,Shanghai 201700,China；3.Guizhou Qianxiangyuan Oil Co.,Ltd.,Liping 557300,China）Abstract:Purposes Research on the removal of heavy metals in wastewater,to provide ideas to achievehigh-efficient,stable,low-cost treatment of heavy metals.Methods Taking dimethylamine,ammoniumhydroxide and carbon disulfide as raw materials and taking H2O as the solvent to synthesize the additivechemical thiram.And then the effect to production ratio caused by raw material ratio,reaction temperature and reaction time on the yield,and the optimum reaction conditions are determined by orthogonal experiment.Infrared spectrometry and GC-MS are employed to determine its structure.Findings At normal pressure and temperature and with pH close to neutral,this additive chemical has significant removal efficiency to the heavy metal ions in industrial wastewater such as Fe,Co,Ni and Cu.And disposed waste water can meet state standard of effluent discharge.In addition,the removal efficiency is收稿日期：2022-12-07基金项目：贵州省科学技术基金重点项目：黔科合基础“磷酸铝分子筛催化剂在印染废水处理中的应用研究”（2017 1414）；贵州省科技计划项目：黔科合支撑“油茶籽壳微纳米纤维素的制备及高值化应用关键技术研究”（2020 1Y143）。作者简介：杨建安（1981），男，硕士，高级工程师，研究方向：化工、环保。通信作者：文焱炳(1980)，女，硕士，高级工程师，研究方向：绿色催化环保。86第6期slightly inferior such as Zn and Cr,so other methods should be combined to remove Zn and Cr.It has theworst effects to Al.Through the analysis on settling solid and solution,the results show that thiram canchelate with heavy metal ion to generate coordination compound.Conclusions The new chemical additives studied in this paper have practical significance in eliminating heavy metal pollution.Keywords:thiram;heavy metal ion removal;mechanism analyzing0引言重金属污染已成为当今世界上最严重的环境问题之一。一般情况下，重金属污染主要是指两大类重金属元素，一类是具有明显生物毒性的重金属元素，如铅、镉、铬等；另一类是微量对人体有益，过多则产生生物毒性的重金属元素，如铜、钴、锌、镍等1-4。重金属废水主要来自矿山、矿厂、有色金属冶炼厂等，废水中重金属元素化合价、含量及其存在形式由于生产工艺等方面的区别各有差异。由于粗放的经济发展方式，重金属废水在我国大部分地区往往直接排放江河之中，珠江、黄河等流域重金属污染程度全部都为超类5-6。重金属污染物流入自然界后，不能直接降解为无毒物质，只能改变形态或稀释。重金属元素富集在生物体内，经过食物链，最终富集到人体中，严重危害人类健康与正常身体机能。我国重金属废水的污染问题相当严重，对我国环境造成严重影响。对于如何除去重金属目前已经有了很多研究，在前人的研究基础上，发现福美双类化学助剂对于除去水体中部分重金属离子有显著效果。目前基于此类物质除去重金属的研究还处于初期阶段。1福美双的合成与表征1.1试验原料及仪器原料（均为分析纯）：氨水、二甲胺水溶液、二硫化碳、去离子水。仪器：恒温加热磁力搅拌器、三口烧瓶、恒压漏斗、量筒、移液管。1.2反应原理反应原理如下：总反应方程式可表示为式（1）。（1）1.3试验步骤在装有搅拌子、温度计的 500 mL三口烧瓶中依次加入 17.00 g(0.25 mol)氨水、10 mL水、50 mL(0.25 mol)二甲胺，开启搅拌。再用滴液漏斗取二硫化碳15 mL(0.25 mol)，然后缓慢滴加至三口烧瓶内，采用温度计控制三口烧瓶内的溶液温度在1020，滴加速度约 10滴/min。二硫化碳滴加完成后，在恒温加热磁力搅拌器上调节温度控制在30 左右，反应5 h，最终得到合成产物，为黄色透明液体7-10。1.4合成的单因素条件1.4.1原料配比的影响。按照上述试验步骤操作，温度设为30，反应时间为5 h，仅改变二硫化碳和二甲胺的物质的量之比，见表1。由表1可看出，随着二硫化碳和二甲胺物质的量之比的增加，产品含量也随之增加，当物质的量之比高于1.0 0.8以后，产品含量基本保持不变。1.4.2反应温度的影响。表 2是二硫化碳和二甲胺的物质的量之比为1 1，反应时间为5 h，改变反应温度对产物产率的影响。由表2可看出，在2035 温度梯度中，随着反应过程中温度的升高，产物中产品含量也相应增大，在 35 左右时，产品含量达到 79.96%，但在35 以后，随着温度的升高，产品含量逐渐减少，由此可知在35 左右时的产品含量最高。1.4.3反应时间的影响。二甲胺和二硫化碳的物质的量之比为1 1，反应温度为25，反应时杨建安，等.福美双类化学助剂去除重金属离子及其机理研究表1二甲胺和二硫化碳的物质的量之比对反应物产率的影响CS2与(CH3)2NH物质的量之比产物含量/%1 0.679.431 0.879.351 176.401 1.270.171 1.468.261 1.665.84T/产物含量/%2065.212571.353076.403579.964078.864575.35表2反应温度对产物产率的影响第6期87100104070100130160190220250280310340370400430460490离子流强度/%455558838498112137140155168213191229259282294313319341 362383 393 462439 455 474479m/z杨建安，等.福美双类化学助剂去除重金属离子及其机理研究间对产物产率的影响见表3。由表3可看出，反应时间在5.5 h以上时，产品含量基本保持恒定。1.5合成的最佳条件根据单因素试验结果，将原料配比、反应温度和反应时间确定一个大致的范围，各设定三个水平，具体见表4。正交试验结果见表5。由表5正交试验结果分析可得出，反应温度对反应结果影响最大，其次是原料配比、反应时间。最佳合成条件组合是 A2B2C3，即二硫化碳和二甲胺的物质的量之比为 1:0.8，反应温度为 35，反应时间为6 h。1.6结构表征合成产物的红外光谱如图1所示，合成产物的GC-MS如图2所示。由图3可知，该物质的分子量为155。由图2可知，在波长为3 430 cm-1左右的强宽峰为样品中水的OH键伸缩振动吸收峰；在波长为3 150 cm-1左右的强宽峰为NH键伸缩振动吸收峰；在波长为1 110 cm-1的尖峰为C=S双键的伸缩振动吸收峰；在波长为967 cm-1左右的尖峰为CS的伸缩振动吸收峰；在波长为1 400 cm-1左右的强尖峰为 CN 键的伸缩振动吸收峰。查找相关文献，发现其存在如下平衡：推断其结构如下：基本符合合成要求。2福美双类去除重金属试验2.1试验药品及试验仪器药品（均为分析纯）：九水合硝酸铝、六水合硝酸钴、乙酸铜、六水合三氯化铁、六水合硝酸镍、六水合硝酸锌、九水合硝酸铬、四水合氯化亚铁。仪器：容量瓶、滴瓶、抽滤瓶、布氏漏斗、砂芯漏斗、循环水式多用真空泵。2.2试验过程及结果2.2.1试验过程。分别配制0.01 mol/L的三氯t/h产物含量/%459.114.566.98571.355.574.83675.316.575.45表3反应时间对产物产率的影响表4试验的因素和水平因素A原料配比（物质的量之比）B（反应温度/）C（反应时间/h）水平11 0.6305.0水平21 0.8355.5水平31 1406.0表5正交试验结果试验号123456789K1K2K3k1k2k3RAA1A1A1A2A2A2A3A3A3244.36244.90234.5181.4581.6378.173.46BB1B2B3B1B2B3B1B2B3238.09248.51237.1779.3682.8479.063.78CC1C2C3C2C3C1C3C1C2238.04242.0