一种污泥重金属固定剂及其制备方法与流程

本发明涉及环境污染治理，特别是涉及一种污泥重金属固定剂及其制备方法。

背景技术：

1、当下我国污水处理厂数量大幅增长，由此污泥产量急剧增加。这些污泥中富集了大量污染物质，具有严重的环境污染风险，迫切对其进行减量化和无害化处理。其中重金属污染作为引起环境污染的重要因素之一，因其不易降解，成为最为突出的问题。如何减少污泥中重金属污染对人类以及生态系统的影响成为亟待解决的问题。

2、目前，处理污泥中重金属的方法有直接去除法、隔离法、原位固定化修复法等。相比较而言，原位固定化修复法以其操作简单，灵敏度高，去除高效，成本低，可用性强，处理污染物种类多，成为一种较为可靠的污泥重金属处理技术。原位固定化修复法，即向被污染污泥中施用各类固定化试剂，通过对重金属的吸附、沉淀(共沉淀)及络合等作用将重金属固定在污泥中，降低其在环境中的迁移性和生物可利用性，从而降低重金属污染的环境风险。相对于传统合成固定剂而言，天然高分子基重金属固定剂具有来源广泛、与污染物的反应活性高、低浓废液处理效果佳、易分离等特点，在重金属处理方面具有独特的优势，成为目前重金属及有机污染物固定剂研究的重点。

3、天然生物材料因其来源广、可再生、可降解和安全环保等优点受到人们的关注。瓜尔胶是自然界中含量丰富的可再生生物质材料，因其具有生物相容性、可降解、无毒无害等特点被广泛应用于生产生活中。瓜尔胶为大分子天然亲水胶体，其化学成分为半乳甘露聚糖，由于其结构中含有大量的羟基基团，可以与污泥中的污染物以及重金属离子有着良好的吸附络合作用，在环境治理领域受到了广泛关注。但单一的瓜尔胶分子本身电荷密度较小，分子量低、分子不够稳定，同时存在机械强度低，热稳定性差等缺陷，使其处理效果十分有限。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种重金属固定剂及其制备方法，用于解决现有技术中单一的瓜尔胶分子本身电荷密度较小，分子量低、分子不够稳定，同时存在机械强度低，热稳定性差的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种重金属固定剂的制备方法，所述制备方法包括将瓜尔胶与n-乙酰-l-半胱氨酸改性的云母接枝共聚以获得所述重金属固定剂。

3、优选地，所述制备方法包括如下步骤：

4、1)n-乙酰-l-半胱氨酸改性的云母溶液制备：将云母与n-乙酰-l-半胱氨酸在强酸条件下反应得到n-乙酰-l-半胱氨酸改性的云母溶液；

5、2)重金属固定剂溶液制备：将瓜尔胶与步骤1)中n-乙酰-l-半胱氨酸改性的云母溶液混合反应得到瓜尔胶/n-乙酰-l-半胱氨酸@云母改性复合溶液即所述重金属固定剂的溶液。

6、本发明还提供一种重金属固定剂，所述重金属固定剂通过前述制备方法制备获得。

7、本发明还提供前述重金属固定剂在在固定重金属离子或絮凝脱水中的用途。

8、本发明还提供一种固定重金属离子或絮凝脱水的方法，所述方法为向污泥中加入前述的重金属固定剂。

9、本发明还提供云母在制备固定污泥中重金属离子产品中的用途。

10、如上所述，本发明的一种重金属固定剂及其制备方法既保持了瓜尔胶优异的吸附架桥能力，又因氨基酸表面丰富的羧基、巯基、氨基、乙酰基等官能团结构兼具优异的金属络合能力；同时无机填料的引入，赋予了材料优异的机械强度以及热稳定性，同时表现出优异的协同重金属吸附行为。本发明既有重金属固化功能，同时也具有一定的絮凝脱水效果，制备简单，原料易得，安全环保，具有很强的应用前景，除此以外，本发明还具有以下有益效果：

11、(1)本发明的基于瓜尔胶/n-乙酰-l-半胱氨酸@云母改性的重金属固定剂是天然高分子与无机填料的复合，兼具有机与无机双重优点，对重金属的吸附具有很强的协同效应。

12、(2)氨基酸分子的引入不仅使得改性后的重金属固定剂分子链中富含与重金属发生配位的官能团，如羟基、羧基、巯基、氨基、乙酰基等，为吸附剂提供了更多的重金属螯合位点；同时氨基酸插层到云母中，使得云母层间距变大，加强了容污能力。

13、(3)云母作为环保的矿物填料，它的引入赋予了复合材料优异的机械稳定性和热稳定性，同时其特殊的膨胀性能使其在聚合物具有良好的分散性。

14、(4)本发明所提供的瓜尔胶/n-乙酰-l-半胱氨酸@云母改性的重金属固定剂具有吸附效率高、吸附容量大、成本低廉、绿色安全等优点，对污泥中pb(ii)、cu(ii)等离子的吸附效果良好。

技术特征：

1.一种重金属固定剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括将瓜尔胶与n-乙酰-l-半胱氨酸改性的云母接枝共聚以获得所述重金属固定剂。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，以步骤1)反应液的总体积为基准，云母的用量为17-28g/l；和/或，n-乙酰-l-半胱氨酸为20-50g/l；和/或，强酸体积为20-100ml/l；和/或，步骤1)中n-乙酰-l-半胱氨酸为n-乙酰-l-半胱氨酸溶液，溶剂为水。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述云母选自黑云母、金云母、白云母、锂云母、绢云母、绿云母或铁锂云母中的一种或多种。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，以步骤2)反应液的总体积为基准，瓜尔胶的用量为10-30g/l；和/或，所述瓜尔胶为瓜尔胶溶液，溶剂为水；

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：将步骤2)中瓜尔胶/n-乙酰-l-半胱氨酸@云母改性复合溶液加入沉淀剂，分离得到的沉淀物即为所述重金属固定剂。

7.一种重金属固定剂，其特征在于，所述重金属固定剂通过权利要求1-6任一所述的制备方法制备获得。

8.权利要求7所述的重金属固定剂在固定重金属离子或絮凝脱水中的用途。

9.一种固定重金属离子或絮凝脱水的方法，其特征在于，所述方法为向污泥中加入权利要求7所述的重金属固定剂。

10.云母在固定污泥中重金属离子中的用途。

技术总结
本发明涉及环境污染治理技术领域，特别是涉及一种污泥重金属固定剂及其制备方法。本发明提供的制备方法包括将瓜尔胶与N‑乙酰‑L‑半胱氨酸改性的云母接枝共聚以获得重金属固定剂。本发明中的重金属固定剂具有明确的协同重金属吸附，同时有机‑无机的结合提高了固定剂的物理化学稳定性；氨基酸的引入，使得改性后的固定剂分子链中富含具有螯合作用的羟基、羧基、巯基、氨基等，对重金属离子具有高效的吸附与络合能力，同时氨基酸对云母的插层改性，提高容污能力。所制备的重金属固定剂兼具重金属固化功能与絮凝脱水效果，制备方法简单，原料易得，成本低廉，绿色环保，吸附去除污泥中的Pb(II)、Cu(II)等金属离子效果良好。

技术研发人员：李玉,方宁,郭亚丽,李文浩,胡宁宁,陈祥
受保护的技术使用者：中国长江三峡集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13