新型高分子螯合絮凝剂的设计、合成及应用基础研究

与其它方法比较，絮凝法工艺简单且高效，适于大规模水处理，是推进重金属废水治理的有效方法，但缺乏兼具强捕集能力和良好絮凝性能的药剂。现有高分子螯合剂对重金属离子螯合能力不强，且部分螯合基团由于空间位阻或不匹配而未与重金属离子结合，使絮体带有过剩负电荷，絮凝性能不佳。本项目旨在通过分子设计，构建适宜的高分子主、侧链结构，将亚氨基二乙酸和二硫代甲酸基接入侧链，使其与主链保持适当距离，以利于形成螯合物时空间位置和构象调整；通过共聚在分子链中引入适当数量阳离子单元，以中和絮体过剩负电荷，促进絮体形成和生长。拟采用ζ电位测定方法和光散射法等手段，结合配合物的传统研究方法，研究其与Cu、Ni、Cd、Pb、Hg等离子生成高分子螯合物的结构、组成和稳定常数等基础问题，揭示螯合絮凝性能与分子结构的关系，建立螯合-絮凝协同作用机制模型，为其应用提供理论基础，并为其它高分子螯合絮凝剂的设计、合成和改进提供参考。

重金属废水是一种对环境污染最严重、对人类危害最大的工业废水。本项目针对螯合沉淀法处理重金属废水存在螯合能力不强、絮凝沉降效果不佳的问题，以配位化学理论和絮凝原理为指导，通过分子设计构建新的分子结构，将螯合和絮凝两种功能拼合在同一种分子内；合成了7类新型高分子重金属螯合絮凝剂、4种小分子重金属螯合絮凝剂和1种对有毒高价复杂阴离子具有优良吸附性能的网状多孔材料；系统研究了合成重金属螯合絮凝剂的螯合絮凝性能、结构与性能的关系、配位化学基础和作用机理，以及在实际重金属废水处理中的应用性能。发现螯合功能基–CSS–与Cu2+、Ni2+、Pb2+、Cd2+和Zn2+等都生成2∶1型螯合物，与Hg2+和Ag+等离子生成1∶1型螯合物；获得螯合物组成、稳定常数等配位化学基础参数，建立了螯合-絮凝协同作用机理模型。设计合成的两性高分子螯合絮凝剂较好地解决了传统重金属螯合剂因空间位阻或不匹配而使部分螯合基团未与重金属离子结合导致絮体带有过剩负电荷的问题，提高了螯合絮凝效果和絮体沉降性能。本项目的研究，为重金属废水处理提供了性能优良的高效药剂，为其进一步开发、应用和改进提供了理论基础和科学依据，并为新型高效重金属螯合剂的设计合成提供借鉴。