[發明專利]一種哌嗪-N,N’-雙二硫代羧酸鉀的合成方法

有效

• 申請號: 202010811625.1
• 申請日: 2020-08-13
• 公開（公告）號: CN112552262B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 肖建喜;王琪;何佑銘;楊紹洪
• 申請（專利權）人: 成都恒鑫和環保科技有限公司
• 主分類號: C07D295/21
• 分類號: C07D295/21;A62D3/33;A62D101/08;A62D101/43
• 代理公司: 北京力量專利代理事務所(特殊普通合伙) 11504
• 代理人: 戴治娟

本發明屬于飛灰中的重金屬離子處理領域，具體涉及一種重金屬螯合劑哌嗪?N,N’?雙二硫代羧酸鉀的合成方法，將哌嗪、二硫化碳、氫氧化鉀和正丁醇在水溶液中混合反應，使反應中的二硫化碳和正丁醇相對于所述哌嗪為反應當量以上。所述方法采用正丁醇作為溶劑，不僅可以溶解過量的二硫化碳，制備得到高含量的哌嗪?N,N’?雙二硫代羧酸鹽，相對于現有的制備方法，安全環保，成本低，非常有利于規模化生產。所述產物對飛灰樣品中的重金屬離子Pb²⁺和Cd²⁺有良好的螯合和穩定效果，對酸性、堿性環境以及我國不同地區的飛灰均適用，適用范圍廣，螯合效果好。

技術領域

本發明屬于飛灰中的重金屬離子處理領域，具體涉及一種重金屬螯合劑哌嗪-N,N’-雙二硫代羧酸鉀的合成方法。

背景技術

環境問題是世界共同的課題，尤其是廢物處理的環境污染問題。城市生活垃圾已成為一個污染環境、影響生活的社會問題。根據《2015年城鄉建設統計公報》，2015年我國城市生活垃圾產量超過2億噸。城市生活垃圾的基本處理方式有填埋、焚燒和堆肥。焚燒技術處理量大、減容性好，且有熱能回收作用，因此，對生活垃圾實行焚燒處理是無害化、減量化和資源化的有效處理方式。日本和歐洲等發達國家，已經將焚燒處置作為垃圾處理的主流方向，也是我國城市生活垃圾處置的發展方向。但是，焚燒導致大量飛灰的產生，而飛灰中富集了大量的重金屬和二噁英，對環境造成嚴重的危害。而且，城市固體垃圾焚燒粉煤灰被歸類為危險廢物，需要對其進行處理以避免對環境造成破壞。

飛灰中的重金屬具有毒性大、不易代謝、易被生物富集并有生物放大效應等特點，嚴重威脅人類和水生生物的生存。因此，垃圾焚燒飛灰作為一種危險廢物，需要經過穩定化處理后，方可進入安全填埋場填埋。目前常用重金屬螯合劑來穩定飛灰中的重金屬離子，其中胺衍生物的二硫代羧酸鹽，尤其是哌嗪二硫代羧酸鹽被發現是一種高效的重金屬螯合劑，螯合穩定效果，對酸性、堿性環境條件以及不同地區的飛灰均適用，適用范圍廣。

因此，通過優化哌嗪二硫代羧酸鹽的制備方法，以提高哌嗪二硫代羧酸鹽的產量，是目前研究哌嗪二硫代羧酸鹽類重金屬螯合劑的重點。其中，日本專利JP3391173B2通過使用過量二硫化碳來提高哌嗪-N,N’-雙二硫代羧酸鹽比例，但需要在反應后使用大量氮氣進行蒸餾處理來將未反應的二硫化碳去除。日本專利JP2003221389A在哌嗪的水溶液中采用分批混合二硫化碳與堿金屬氫氧化物的方法，雖然能夠提高哌嗪-N,N’-雙二硫代羧酸鹽的比例，但需要大量增加分批次數，操作非常繁雜。日本專利JP5831036B2采用在反應時加入疏水性溶劑，使產物中哌嗪-N,N’-雙二硫代羧酸鹽含量得到提高(接近40％)，且反應后無需利用非活性氣體去除過量的二硫化碳。但是，該方法使用的正庚烷毒性較大，會導致急性中毒，并且成本較高，氣味難聞，不利于規模化的生產應用。

針對上述問題，本發明提供了一種哌嗪-N,N’-雙二硫代羧酸鉀的制備方法，通過將哌嗪水溶液、二硫化碳、氫氧化鉀和正丁醇溶液混合反應即得。所述方法采用正丁醇作為溶劑，不僅可以溶解過量的二硫化碳，制備得到高含量的哌嗪-N,N’-雙二硫代羧酸鹽，而且毒性小，安全環保，成本低，非常有利于規模化生產。所述產物對飛灰樣品中的重金屬離子Pb²⁺的螯合效果接近100％，并且在廣泛的酸堿條件下，螯合飛灰中的Pb²⁺和Cd²⁺均具有良好的穩定性。

發明內容

針對上述技術問題，本發明的目的在于提供一種哌嗪-N,N’-雙二硫代羧酸鉀的合成方法，所述方法為：將哌嗪、二硫化碳、氫氧化鉀和正丁醇在水溶液中混合反應，所述二硫化碳相對于所述哌嗪為反應當量以上。

優選地，所述方法包括以下步驟：

(1)將哌嗪加入水溶液中溶解后加入正丁醇混合，再加入二硫化碳和氫氧化鉀反應；