申请日2014.12.04
公开(公告)日2015.03.04
IPC分类号C02F11/14
摘要
本发明公开了锌铜合金电镀污泥脱水稳定剂的制备及应用。以四甲基乙二胺为原料、氢氧化钾为引发剂、二硫化碳为添加剂、超纯水为溶剂，通过S-、K+置换反应制备电镀污泥脱水过程中Zn2+、Cu2+离子稳定剂。所制备的这种脱水稳定剂可解决当前锌铜合金电镀污泥含水率高、脱水过程中大量重金属离子溶出带来二次污染处理问题，且制备工艺简单、反应釜内无高温高压要求、无“三废排放”等优点。当脱水稳定剂投加量大于8kg/m3，Zn2+、Cu2+稳定率分别高于70.69%、90.80%。
权利要求书
1.锌铜合金电镀污泥脱水稳定剂的制备及应用，其特征是以四甲基乙二胺 为原料、氢氧化钾为引发剂、二硫化碳为添加剂、超纯水为溶剂，通过S-、K+置换反应制备而成。
2.根据权利要求1所述的锌铜合金电镀污泥脱水稳定剂的制备及应用，其 特征在于采用如下步骤进行：
(1)向装有回流冷凝装置和温度计的反应釜中加入一定量四甲基乙二胺和 超纯水，升温至28℃，启动搅拌器进行搅拌，搅拌转速为300r/min;
(2)向上述反应釜中加入一定量的氢氧化钾，m(超纯水)：m(氢氧化钾)=4： 1，待溶液呈无色透明后，缓慢滴加一定量的二硫化碳，四甲基乙二胺、二硫化 碳摩尔比为1:0.9-2，0.5h内滴加完，升温至44℃，回流反应6h;放置冷却， 得到黄色、带有粘稠性液体即为本发明的脱水稳定剂;
(3)采用计量泵将配制的稳定剂溶液投加到未脱水电镀污泥中，混合搅拌 反应25-30min后，进行离心脱水。当投加量大于8kg/m3时，Cu2+、Zn2+稳定率 分别高于70.69%、90.80%。
3.根据权利要求1所述的锌铜合金电镀污泥脱水稳定剂的制备及应用，其 特征在于其中步骤(2)中四甲基乙二胺、二硫化碳摩尔比为1:0.9-2;所述四甲 基乙二胺分子量116.21、氢氧化钾分子量56、二硫化碳分子量76.14。
说明书
锌铜合金电镀污泥脱水稳定剂的制备及应用
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及锌铜合金电镀污泥脱水稳定剂的制备及应用。
背景技术
针对锌铜合金电镀污泥脱水过程中的Zn2+、Cu2+离子溶出难题，提出一种锌铜合金污泥 脱水稳定剂的制备及应用方法。锌铜合金电镀废水采用物化法处理后产生的污泥含水率在 90%以上，通常采用真空过滤、板框压滤或离心脱水等方式使污泥的含水率由90%以上分别 减小到60%-80%、45%-80%、65%-80%，但这些脱水方式均存在大量重金属离子因机械受力 而流入滤液，造成污泥虽然已脱水，而滤液中Zn2+、Cu2+再次进入废水中，使得污水处理总 体效率较低。
目前尚未见有关提高锌铜合金电镀污泥脱水效率、减少滤液重金属含量相结合的污泥脱 水稳定剂的研究报道。但中国发明专利CN1631940A报道了以多胺或聚乙烯亚胺构成基本骨 架，与二硫化碳在碱性条件下反应合成一系列可用于液体、固体废物中重金属螯合剂，其应 用范围仅为处理废水和最终的污泥，并非在脱水过程中添加的稳定重金属离子的药剂;中国 发明专利CN102092831A报道了将含有-C=S-、-C-NH-等官能团的物质接枝在聚丙烯酰胺上， 所制备的螯合剂化学性质稳定易于固化处理和回收重金属，虽所含官能团与本发明有类似之 处，但原料种类、成本、合成、应用条件均不相同。本发明立足于此，制备一种电镀污泥稳 定剂预处理未脱水的电镀污泥，达到克服当前电镀污泥含水率高、脱水过程中大量重金属流 失于滤液中带来二次难处理问题。
本发明依据锌铜合金电镀污泥的物理形态及化学成分特点，添加基于S-、K+的置换配位 多胺类化合物生成的硫代氨基类化合物，使其与锌铜合金电镀污泥的Zn2+、Cu2+通过化学沉 淀作用和配位络合作用，达到锌、铜稳定于脱水污泥之中。
发明内容
本发明的主要目的在于克服当前锌铜合金电镀污泥含水率高、脱水过程中大量Zn2+、Cu2+溶出流失于废水中带来二次难处理问题，提出了一种新型锌铜合金电镀污泥脱水稳定剂的制 备及应用方法。
本发明的脱水稳定剂合成原理是：
基于四甲基乙二胺的分子结构，以氢氧化钾为引发剂，二硫化碳为添加剂，通过S-、K+置换反应合成脱水稳定剂，反应方程式如下：
本发明的脱水稳定剂对锌铜合金电镀污泥的应用原理主要有2个方面：一是沉淀作用; 二是配位络合作用。其机理反应过程如下：
①化学沉淀：Cu2+、Zn2+通过取代K+形成沉淀物质，反应方程式如下：
②配位络合：根据配位场理论，在一定反应时间后，所形成的沉淀物质最终会以稳定的 网状结构形式存在，反应方程式如下：
本发明的锌铜合金电镀污泥脱水稳定剂制备步骤如下：
①向装有回流冷凝管和温度计的反应釜中加入一定量四甲基乙二胺和超纯水，升温至 20℃，启动搅拌器进行搅拌，搅拌转速为300r/min;
②向上述反应釜中加入一定量的氢氧化钾，待溶液呈无色透明后，缓慢滴加一定量的二 硫化碳，0.5h内加完，升温至44℃，回流反应6h，所得黄色、带有粘稠性的液体即为本发 明的脱水稳定剂。
其中步骤①中超纯水的加入量为步骤②中氢氧化钾质量的4倍，即m(超纯水)：m(氢氧 化钾)=4：1;
步骤①中的四甲基乙二胺和步骤②中的二硫化碳的摩尔比为1：2-4，即n(四甲基乙二胺)： n(二硫化碳)=1：2-4;
本发明制备的脱水稳定剂为水溶性液态产品，能与水以任意比例混合。本发明建议的投 药方式为：采用计量泵或依靠重力自流方式投加到未脱水的电镀污泥中。
本发明的锌铜合金电镀污泥脱水稳定剂应用方法是：采用计量泵(或重力自流)方式将 配制的稳定剂溶液投加到未脱水电镀污泥中，混合搅拌反应25-30min后，采用离心机对污泥 进行脱水，离心机转速为2000-2500r/min。
本发明制备的脱水稳定剂稳定电镀污泥中Zn2+、Cu2+的机理是本发明的脱水稳定剂结构 中存在C=S、C-N等振动峰，说明发生了置换配位，与反应方程相符。当其投加到未脱水的 电镀污泥中，会与其中的Zn2+、Cu2+形成稳定网状结构，且具有絮凝沉降作用，投加入电镀 污泥中反应一定时间后离心，与Zn2+、Cu2+形成的化合物将沉积于污泥中。
本发明制备的脱水稳定剂的应用效果以铜、锌离子的脱水稳定率(%)来衡量。锌、铜 离子的脱水稳定率(%)以相同体积的同种电镀污泥，分别(投加/未投加)本发明的脱水稳 定剂药剂，在同样离心条件下，测得滤液中的Zn2+、Cu2+离子浓度之差的相对变化率来判定。 其计算公式如下：
Zn2+或Cu2+的稳定率(%)=(C0-C)/C0×100% (6)
其中，C0为未投加本发明的脱水稳定剂药剂的、相同体积的污泥，经离心脱水后滤液中 的Zn2+或Cu2+离子浓度，mg/L;
C为投加本发明的脱水稳定剂药剂的污泥，经离心脱水后滤液中的Zn2+或Cu2+离 子浓度，mg/L;
本发明的主要特点是：制备工艺简单、反应釜内无高温高压反应条件、无“三废”排放， 有效避免了化工合成生产过程的安全与环保风险问题。