巯基型螯合剂的合成及其对镍废水处理研究

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镍广泛应用于电镀、印刷电路板、材料等行业,而这些行业每天均会排放大量的含镍废水。镍具有致癌性,《金属污染综合防治‘十二五规划》文件中重点明确规定,镍作为第二防控重金属污染物,其排放的浓度必须含量少于1mg/L。目前‘多、小、散、乱’是国内镍废水分布的主要特征,其严重危害人体健康。寻找一种操作简单、廉价、有效的镍废水处理方法,是解决此问题的关键。目前处理镍废水的常规方法主要有沉淀法、萃取法、氧化还原法、吸附法、离子交换法和生化法等。其中沉淀法具有操作简单,处理费用低等优点,是大多数中小企业采用的方法。但是传统的沉淀法无法处理镍络合废水,以至于多数企业排放的镍废水达不到国家环保要求。螯合沉淀法处理镍废水是目前的研究热点之一,能去除镍废水中的络合镍。但是寻找廉价、无毒、高效的螯合剂是制约螯合沉淀法广泛应用的难题。目前研究最多的是双硫型和硫氮型的螯合剂,然而双硫型螯合剂在酸性条件下容易放出H2S气体,在空气中易氧化成砜而失活;硫氮型螯合剂在空气也易被氧化成亚硝基化而失活。本文针对上述螯合剂的缺陷,设计并合成了对空气稳定的,低毒的氧硫型螯合剂5-甲基-2-巯基苄醇(MSL)、5-甲基-2-巯基苯甲酸(MSD)和氯硫型螯合剂4-甲基-2-氯苯硫酚(MCP),考察其合成条件,处理镍矿废水的效果和解螯合的相关内容。具体研究成果如下:(1)对甲基苯硫酚在碱性条件下,通过甲醛羟甲基化反应下合成了MSL,并利用红外光谱表征证明其结构;随后对其合成反应条件进行了优化,考察了pH值、MSL和混合药剂(反应后不分离MSL的混合物)用量对镍矿废水处理的影响因素,以及MSL的解螯合情况。结果表明:对甲基苯硫酚与甲醛摩尔比为1:1.5、温度为50℃、时间为12小时,氢氧化钠的用量为对甲基苯硫酚质量的20%时,MSL收率最高。在pH=9,MSL实际用量为理论用量的1.3倍;混合药剂质量用量为镍的17.8倍时,处理镍矿废水的效果最好。以8mol/L的盐酸对其沉淀物解螯合,解螯合率达到97%。(2)对甲基苯硫酚经草酰氯羧化后,得到了MSD,并用红外光谱表征证明其结构,随后对其合成反应条件进行了优化,考察了pH值、MSD的用量对镍矿废水处理的影响以及MSD的解螯合情况。结果表明:对甲基苯硫酚、草酰氯和无水三氯化铝的摩尔比为1.1:1:2.2,反应温度为25℃,反应时间为2h,收率最高。在pH=9,MSD实际用量为理论用量的1.2倍时,处理镍矿废水的效果最好。以10mol/L盐酸对其沉淀物进行解螯合,解螯合率达到98%。(3)由对甲基苯硫酚经磺酰氯氯代后得到了MCP,并用红外光谱表征证明其结构,随后对其合成条件进行了优化,考察了pH值、MCP用量对镍矿废水处理的影响,以及MCP的解螯合情况。结果表明:对甲基苯硫酚与磺酰氯的摩尔比为1:1.3,反应温度为40℃,反应时间为2h时,收率最高。在pH=9、MCP实际用量为理论用量的1.1倍时,处理镍矿废水效果最好。以浓盐酸对MCP进行解螯合,解螯合率高达98%以上。
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