兼具螯合-自絮凝重金属性能的超支化聚合物的设计合成 及其对废水中重金属的去除的的构效关系与作用机制

The traditional precipitation method using chemical precipitation agent and flocculant has the advantages of simple process, less facility investment and low operation cost, and is the commonly used method for heavy metal wastewater treatment at present. However, with the reduction of heavy metal discharge standards and the increased cost of heavy metal sludge landfill, the traditional precipitation method can no longer meet the needs of the requirement. .The use of inorganic precipitants cannot meet the new standards for heavy metal emissions, cannot handle complexed heavy metal wastewater, but also produce a lot of sludge. Inorganic precipitation agent cannot meet the new standards for heavy metal emissions, cannot deal with complexed heavy metal wastewater, and large amount of sludge..Traditional small molecule organic precipitants can deal with complexed heavy metal wastewater, but no flocculating performance, and it is difficult to meet the new standards for heavy metal discharge..Dithiocarbamate small molecular organic precipitant agents containing more than two DTC groups have a good chelating performance on the removal of heavy metals，but poor flocculation performance of resulting heavy metal precipitation．Dithiocarbamate linear polymer precipitation agents have excellent flocculating performance, but the chelating performance is not as good as that of small molecule..Previously we have developed a dithiocarbamate functionalized hyperbranched polymer. Research shows that this novel dendritic polymer can play the dual role of small molecular agents for chelating precipitation heavy metals and linear polymer agents for flocculating sedimentation. It’s structural innovation brings performance breakthroughs. .The project will focus on research of the structure-activity relationship of number and type of terminal chelating group, space size, core structure, generation of the hyperbranched polymers and its performance of chelating and flocculating heavy metals. The micro mechanism of dendritic polymer chelating precipitation and flocculating sedimentation heavy metals will be determined..The project will offer a new idea for the treatment of heavy metals wastewater.

化学沉淀剂+絮凝剂的传统沉淀法处理工艺简单、设施投资少、运行成本低，是目前重金属废水处理普遍采用的方法。然而，随着重金属排放标准的降低及重金属污泥填埋费用的提高，传统沉淀法难以为继。无机沉淀剂无法满足重金属排放新标准、无法处理络合态重金属废水，且污泥量大。传统小分子有机沉淀剂可处理络合态重金属废水，但无絮凝性，而且难以满足新的排放标准。含两个以上DTC基团的二硫代甲酸盐类有机小分子沉淀剂螯合去除重金属性能好，但絮凝性差；二硫代甲酸盐类有机线性聚合物沉淀剂絮凝性好，但螯合效率不如小分子。.前期研究表明含螯合基团的超支化聚合物是一种兼具螯合-自絮凝性能的重金属沉淀剂，结构上的创新带来了性能上的突破。本项目将研究超支化聚合物的端基螯合基团数目及类型、空间尺寸、芯、代数与其螯合-自絮凝重金属性能的构效关系；明确其螯合-絮凝重金属的机理。本项目的开展可望为重金属废水处理提供一种新的解决方案。

冶金、半导体、电镀、矿业等行业是我国经济发展过程中不可或缺的行业，但是这些行业的迅速发展也带来了严重的重金属污染问题。大量的重金属废水未经处理或是处理不当进入环境之中，对生态环境以及人类的健康都会造成十分严重的危害。2018年1月1日起，环保税开始实施，国家环保监控力度不断升级，重金属排放限值更严格。因此，行之有效的重金属废水处理技术成为环保领域的迫切需求。.本项目完成了四部分的研究。.第一：合成了10种以上不同端基螯合基团类型、不同端基基团数目、不同空间尺寸、不同代数的超支化聚合物类重金属螯合剂。.第二：研究了超支化聚合物类重金属螯合剂对含铜、镉、镍废水的处理效果及构效关系，并与传统DTC类螯合剂进行了对比。结果表明，超支化聚合物类重金属螯合剂具有更宽的pH适用范围及更好的重金属去除能力。在pH 7~10范围内，按化学计量比 [DTC]:[Mn+] = 2:1的投加量时，超支化聚合物就能将Cu2+、Cd2+、Ni2+及EDTA-Cu溶液中的重金属处理至低于国家规定的排放限值，而传统螯合剂则无法达标。构效关系表明：二硫代羧酸功能化超支化聚合物处理重金属性能优于巯基功能化超支化聚合物；1代超支化聚合物的效果优于0代，2代超支化聚合物的效果反而降低；尺寸越大，形成的沉淀越大。.第三：研究了超支化聚合物类螯合-自絮凝重金属的作用机理。通过紫外吸收图谱、XPS、红外分析、TEM、SEM、AFM分析，表明超支化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，实现重金属的螯合-自絮凝效果，从而达到排放标准。.第四：研究重了金属污泥的回收利用。结果表明，超支化聚合物与重金属形成的污泥（螯合体沉淀）由于只有有机物与重金属，在低温燃烧和低温分解两种条件下可分解硫化物，因此该螯合体沉淀可通过冶炼等方式进行重金属回收，从而能够实现重金属的可循环利用，并能够解决污泥的二次污染问题。.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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