螯合基团功能化树枝状聚合物对垃圾焚烧飞灰中重金属的稳定性能及机理研究

Because of rich in heavy metals, municipal solid waste incineration fly ash was identified as hazardous waste，and must be conducted stabilizing treatment before the landfill. Chemical stabilization treatment of fly ash than other stabilization technology, with low cost, less or not expanded their capacities, and harmless, has become one of mainstream technology of treatment MWSI fly ash. However, it was found that the conventional stabilization chemicals cannot stabilize efficiently heavy metals in acidic conditions. Therefore, in long term under nature situation such as acid rain, it should be under a risk of heavy metal pollution of land. So the development of new type, high efficiency, strong ability to resist acid stabilization chemicals, has become a current research hot spot.. The objective of the early research has developed dithiocarboxylic acid functionalized dendrimer，research shows that it is a high efficiency, strong ability to resist acid chemical stabilizer of heavy metals in fly ash. Three dimensional space structure of dendritic polymers, make it different from the one-dimensional or two-dimensional structure of traditional stabilizers, structural innovation bring performance breakthroughs. The project will focus on pertinent research: different algebraic disulfide generation dendritic polymer carboxylic acid and different algebra of thiol and the synthesis of carboxylic acid functional dendritic polymers; the structure-activity relationship of generation, core structure, terminal chelating group of the dendrimers and its stability performance；to explore the micro mechanism of dendritic polymer stability of heavy metals and to provide theoretical basis and technical support for the functional dendrimers development application practice.

垃圾焚烧飞灰由于富含重金属，属于危险废物，填埋前必须进行稳定化处理。药剂稳定化处理飞灰相对其它稳定化技术，具有成本低、少或不增容、无害化的优势，已经成为处理焚烧飞灰的主流技术之一。然而传统稳定剂用量大、抗击酸碱能力差、在酸雨环境中有重新污染环境的风险。因此开发新型、高效、抗酸能力强的化学稳定剂，已成为当前的研究热点。. 本项目的前期研究已开发出二硫代羧酸功能化树枝状聚合物，研究表明它是一种高效、抗酸能力强的重金属稳定剂。树枝状聚合物的三维空间结构，使其不同于传统的稳定剂的二维结构，结构上的创新带来了性能上的突破。本项目将重点开展针对性的研究：不同代数的二硫代羧酸功能化树枝状聚合物及不同代数的巯基及羧基功能化树枝状聚合物的合成；深入研究树枝状聚合物的代数、端基螯合基团、芯结构与稳定性能的构效关系，探究树枝状聚合物稳定重金属的微观机制，为功能化树枝状聚合物的发展的应用实践提供理论基础和技术支撑。

焚烧法是解决“垃圾围城”的有效方法，但焚烧产生飞灰由于富含重金属，属于危险废物，填埋前必须进行稳定化处理。药剂稳定化处理飞灰相对其它稳定化技术，具有成本低、少或不增容、无害化的优势，已经成为处理焚烧飞灰的主流技术之一。然而传统稳定剂用量大、抗击酸碱能力差、在酸雨环境中有重新污染环境的风险。因此本项目研究开发了两种新型、高效、抗酸能力强的功能化树枝状聚合物类稳定剂。.本项目完成了三部分的研究。.第一：合成了两种不同结构的树枝状聚合物类重金属稳定剂：不同代数的二硫代羧酸功能化聚酰胺胺树枝状聚合物、不同代数的巯基功能化三羟甲基丙烷芯树枝状聚合物。.第二：研究了树枝状聚合物类重金属稳定剂对垃圾焚烧飞灰的稳定效果。研究结果表明：经稳定化处理后的飞灰，其重金属浸出浓度随药剂投加量的增大而迅速减小。与从传统的无机稳定剂硫化钠、磷酸钠，有机稳定剂硫脲、巯基丁二酸相比，功能化树枝状聚合物在较低的剂量和更宽的pH值范围内稳定重金属性能更好。功能化树枝状聚合物稳定后的飞灰中Pb和Cd的浸出毒性符合填埋要求（《生活垃圾焚烧填埋场污染控制标准（GB16889-2008）），而硫化钠、磷酸钠，有机稳定剂硫脲、巯基丁二酸甚至在更高的浓度下也无法满足填埋标准。连续浸提实验表明，功能化树枝状聚合物可使水溶性、可交换态和碳酸盐状态的活性重金属结合，转变为更为稳定的有机结合态和残留态。.第三：研究了树枝状聚合物稳定重金属的构效关系和作用机理。树枝状聚合物的代数、端基螯合基团、芯结构与稳定性能的构效关系表明：（1）二硫代羧酸功能化树枝状聚合物稳定重金属性能优于巯基功能化树枝状聚合物；（2）1代树枝状聚合物的效果优于0代，1代、2代功能化树枝状聚合物的效果反而降低；（3）芯的结构对二硫代羧酸功能化树枝状聚合物稳定重金属性能的影响不大。机理研究表明树枝状聚合物由于其特殊的三维空间结构及多个端基螯合基团，使其螯合重金属后，可与其它树枝状聚合物，交替连接，形成可以无限延伸的网状结构的不溶性结合体，从而包封重金属，实现重金属的稳定性（耐酸、弱氧化剂、弱缓急），因此，树枝状聚合物从微观分子角度和宏观颗粒角度双重固化并包封重金属，从而达到长期的稳定性。.本项目的研究为功能化树枝状聚合物的发展的应用实践提供理论基础和技术支撑。

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