重金属捕集剂EDTC的制备及对酸性电镀废水络合重金属的去除特性研究

摘要

电镀废水作为重金属废水的重要来源，随着电镀废水排放标准日益严格，废水中的络合态重金属的高效去除成为当前研究的热点。二硫代氨基甲酸盐(Dithiocarbamate，DTC)类重金属捕集剂，对绝大多数重金属离子，甚至是络合态重金属离子，都具有较强的螯合能力，但其在酸性反应体系中效果一般不甚理想。本文旨在合成一种高效的多DTC基团的巯基类重金属捕集剂，用于去除酸性电镀废水中络合铜和低浓度络合镍。
　　本文首先合成一种多DTC基团的巯基类重金属捕集剂N，N-双（二硫代羧基)乙二胺，命名为EDTC，并通过紫外光谱、红外光谱、元素分析对EDTC结构进行表征。主要内容如下:以乙二胺和二硫化碳为原料，无水乙醇和去离子水的混合溶液为溶剂，选用混合反应法高效制备了EDTC。考察了氢氧化钠用量、有机溶剂、二硫化碳用量、反应温度、反应时间等对EDTC产率的影响，最佳制备条件为:混合有机溶剂∶V（乙醇）/V(H20)=1∶2;乙二胺、二硫化碳的摩尔比n（乙二胺）∶n（二硫化碳）=1∶2.5;反应温度25℃，反应时间2.Oh，EDTC的产率为82.39％。紫外光谱、红外光谱、元素分析结果表明EDTC分子中具有二硫代氨基甲酸基团，EDTC的分子式为N2C4H8S4,其分子结构中有二个DTC基团，能有效去除络合重金属。EDTC不溶于丙酮、四氯化碳、无水乙醇，微溶于水，易溶于NaOH溶液。EDTC的熔点为158℃。
　　其次，将EDTC分别用于去除酸性络合铜和低浓度络合镍。考察了EDTC投加量、反应体系pH、反应时间、沉淀时间、絮凝剂PAM等因素对处理效果的影响。结果表明:对于Cu2+浓度为50 mg/L的EDTA-Cu、 CA-Cu（柠檬酸铜）、TA-Cu（酒石酸铜）三种模拟酸性络合铜废水，pH值范围为3～9,EDTC投加量为MEDTC/MCu=8（质量比），反应时间3min，PAM投加量为1 mg/L，出水Cu2+浓度均低于0.25 mg/L，去除率达到99.5％以上。对于Ni2+浓度为5 mg/L的CA-Ni（柠檬酸镍）、TA-Ni（酒石酸铜）、SP-Ni（焦磷酸镍）三种模拟酸性络合镍废水，pH为4～8,EDTC投加量分别60mg/L、55 mg/L和70 mg/L，反应时间2min，PAM为1 mg/L，对应去除率分别为99.31％、99.23％和99.51％。残留Cu2+、Ni2+浓度达到《电镀污染物排放标准(GB21900-2008)》中关于Cu、Ni污染物特别排放限值要求。
　　最后，采用红外光谱、元素分析等方法研究了EDTC去除酸性络合铜/镍的机理，结果表明:EDTC与Cu、Ni的作用机理是脱络-螯合，即反应时，由于EDTC对Cu2+、Ni2+的螯合能力更强，使Cu2+、Ni2+先与CA等络合剂分离，后EDTC与Cu2+、Ni2+生成更稳定的螯合沉淀物EDTC-Cu、EDTC-Ni，进而可以深度脱除络合Cu、络合Ni。同时根据螯合沉淀的溶出特性实验结果表明:EDTA-Cu、 EDTA-Ni这两种螯合沉淀物可在弱酸性和弱碱性条件长期稳定存在，不易造成二次污染。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 重金属污染的性质与危害

1．2 重金属废水处理技术

1．2．1 化学沉淀法

1．2．2 吸附法

1．2．3 离子交换法

1．2．4 生物法

1．2．5 铁氧体法

1．2．6 其他处理方法

1．3 重金属捕集剂的研究进展

1．3．1 DTC类重金属捕集剂的研究进展

1．3．2 其它类型重金属捕集剂的研究进展

1．4 研究来源、研究背景与目的、研究内容

1．4．1 课题来源

1．4．2 研究背景与目的

1．4．3 课题研究内容

第二章 重金属捕集剂EDTC的制备与表征

2．1 材料与方法

2．1．1 实验主要试剂

2．1．2 实验设备和仪器

2．1．3 EDTC的制备方法

2．1．4 重金属捕集剂EDTC的结构表征方法

2．2 结果与讨论

2．2．1 重金属捕集剂EDTC制备的主要影响因素

2．2．2 重金属捕集剂EDTC的结构表征

2．2．3 重金属捕集剂EDTC的理化性质

2．3 本章小结

第三章 重金属捕集剂EDTC对酸性络合铜的去除特性

3．1 材料与方法

3．1．1 实验主要试剂

3．1．2 实验设备与仪器

3．1．3 主要试剂的配置

3．1．4 实验方法

3．2 结果与讨论

3．2．2 初始pH对Cu2+去除的影响

3．2．3 反应时间对Cu2+去除的影响

3．2．4 絮凝剂用量对Cu2+去除的影响

3．3 本章小结

第四章 重金属捕集剂EDTC对微量酸性络合镍的去除特性

4．1 材料与方法

4．1．1 实验主要试剂

4．1．2 实验设备与仪器

4．1．3 重金属捕集剂EDTC对微量酸性络合镍的去除实验

4．2 结果与讨论

4．2．1 EDTC投加量对Ni2+去除的影响

4．2．2 初始pH对Ni2+去除的影响

4．2．3 反应时间对Ni2+去除的影响

4．2．4 沉淀时间对Ni2+去除的影响

4．3 本章小结

第五章 EDTC去除酸性络合铜／镍的机理研究

5．1 机理分析

5．2 螫合沉淀物的稳定性

5．3 本章小结

结论与展望

结论

创新点

展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要发表的论文

声明

致谢