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重金属捕集剂DTC-U的制备及应用研究

作　者: 黄满满
导　师: 张浩勤; 张翔
学　校: 郑州大学
专　业: 化学工程
关键词: 重金属捕集剂二硫代氨基甲酸盐(DTC) 尿素重金属废水
分类号: TQ22
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着社会的不断发展,环境污染问题日益严重。重金属废水以其特有的危害方式已严重地威胁着人类健康和生态平衡。二硫代氨基甲酸盐(dithiocarbamate, DTC)作为—类重金属捕集剂,对重金属有良好的捕集效果,但在酸性条件下效果并不理想。论文旨在开发一种新型DTC类重金属捕集剂,希望能够用于处理酸性重金属废水。主要研究内容和结果如下：(1)论文以尿素(urea)、二硫化碳为原料,合成了一种DTC类重金属捕集剂,命名为DTC-U。考察了原料用量、反应时间、反应温度等对DTC-U产率的影响,优化的合成条件为：尿素、氢氧化钠、二硫化碳的摩尔比为n(尿素)：n(氢氧化钠)：n(二硫化碳)=1：2.2：2.2；二硫化碳、乙醇的体积比为V(二硫化碳)：V(乙醇)=1：1.5；反应温度为35℃；反应时间为3h。红外光谱特征表明DTC-U分子中具有二硫代氨基甲酸基团；该重金属捕集剂易溶于水、不溶于乙醇、丙酮等常见有机溶剂；毛细管法测定熔点为108℃。(2)论文将DTC-U分别用于处理含Pb2+、Cd2+、Cu2+废水,考察了投加量、废水pH值、反应时间、絮凝剂等因素对处理效果的影响。实验结果表明,对于含量为10mg/L的重金属废水,在pH=5,室温反应时间8～12min,絮凝剂PAC和PAM用量分别为100mg/L和5mg/L的条件下,对含Pb2+、Cd2+、Cu2+废水的投加量分别为20、40、45mg/L时,三种废水均可以达到国家排放标准(GB25466-2010)的要求。(3)论文研究了DTC-U对多种重金属离子共存的捕集能力。实验结果表明,对于含Pb2+、Cd2+、Cu2+、Zn2+的废水,DTC-U对不同重金属离子的螯合能力不同,其螯合能力顺序为Cu2+>Pb2+>Cd2+>Zn2+。DTC-U能使废水中四种金属离子全部达到国家排放标准,而一般所用碱中和法是无法做到的；且此时DTC-U投加量小于单独处理四种废水所需的投加量之和。(4)论文对DTC-U和常用的DTC-1和DTC-2进行了比较,其中DTC-1以乙二胺为原料进行合成,DTC-2以三乙烯四胺为原料进行合成。比较结果表明：①对于中性废水,DTC-2处理含Pb2+废水效果较好；DTC-U处理含Cd2+废水效果较好；DTC-1处理含Cu2+废水效果较好；三种重金属捕集剂的处理效果均优于硫化钠。②对于酸性废水(pH<6),DTC-U的处理效果要优于DTC-1和DTC-2,且避免了硫化钠在酸性条件下使用会产生硫化氢气体的缺陷。综上所述,重金属捕集剂DTC-U合成方法简单,原料廉价易得且低毒,捕集重金属能力强,可捕获多种重金属离子,pH值适用范围宽,水溶性好,在酸性条件下使用不会产生硫化氢气体,无二次污染。具有良好的应用前景和市场价值。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-11
1 文献综述  11-24
  1.1 重金属废水的危害及来源  11-13
  1.2 重金属废水处理技术和国内外研究现状  13-17
  1.3 重金属捕集剂的研究进展  17-22
    1.3.1 二硫代氨基甲酸盐的研究进展  18-20
    1.3.2 其他类型重金属捕集剂的研究进展  20-22
  1.4 课题研究背景和意义  22
  1.5 课题的提出  22-24
2 重金属捕集剂DTC-U的制备及表征  24-33
  2.1 引言  24-25
  2.2 材料与方法  25-27
    2.2.1 实验主要试剂  25-26
    2.2.2 实验设备和仪器  26
    2.2.3 DTC-U的制备方法  26-27
  2.3 主要影响因素  27-31
    2.3.1 反应溶剂的影响  27-28
    2.3.2 二硫化碳用量的影响  28-29
    2.3.3 氢氧化钠用量的影响  29-30
    2.3.4 反应温度的影响  30
    2.3.5 反应时间的影响  30-31
  2.4 DTC-U的表征  31-32
  2.5 本章小结  32-33
3 DTC-U处理重金属废水实验研究  33-48
  3.1 引言  33
  3.2 材料与方法  33-36
    3.2.1 实验主要试剂  33-34
    3.2.2 实验设备与仪器  34
    3.2.3 主要试剂的配制  34-35
    3.2.4 实验方法  35
    3.2.5 絮凝剂的选择  35-36
  3.3 结果与讨论  36-47
    3.3.1 含铅废水处理结果  36-40
    3.3.2 含镉废水处理结果  40-43
    3.3.3 含铜废水处理结果  43-46
    3.3.4 含多种重金属废水处理结果  46-47
  3.4 本章小结  47-48
4 DTC-U和其他重金属捕集剂对比研究  48-56
  4.1 引言  48
  4.2 材料与方法  48-49
    4.2.1 实验主要试剂  48
    4.2.2 实验设备与仪器  48-49
    4.2.3 实验方法  49
  4.3 结果与讨论  49-55
    4.3.1 DTC-1和DTC-2的表征  49-50
    4.3.2 含铅废水处理结果比较  50-52
    4.3.3 含镉废水处理结果比较  52-53
    4.3.4 含铜废水处理结果比较  53-55
  4.4 本章小结  55-56
5 结论与展望  56-58
  5.1 结论  56-57
  5.2 展望  57-58
参考文献  58-62
作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果  62-63
致谢  63

重金属捕集剂DTC-U的制备及应用研究

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