络合-超滤-电沉积处理含镍废水的研究

摘要

本文研究了络合-超滤-电沉积集成技术，以阴离子型水溶性聚合物聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和羧甲基纤维素（CMC）为络合剂，考察了PVP和CMC的预处理过程、络合-超滤处理含镍废水的浓缩、解络合、聚合物回收利用等过程，并进一步研究了电沉积处理络合-超滤后的含镍浓缩液。探讨了络合-超滤过程中pH、负载比L、透膜压TMP、络合时间、体积浓缩因子VCF和外加盐等因素对Ni(II)去除率和膜通量的影响，研究了电沉积回收含镍浓缩液过程中电流密度、初始 pH、电解时间、温度、极距、搅拌等参数对电沉积镍过程中电流效率和镍回收率的影响。
　　本研究主要内容包括：⑴对聚合物进行预处理，发现预处理聚合物PVP过程中，当络合时间从5分钟增加到50分钟，瞬时通量Ji略微下降，之后基本保持稳定；预处理聚合物CMC过程中，当络合时间从5分钟增加到40分钟，瞬时通量Ji略微下降，之后基本保持稳定。而两者均随着压力的增加，膜通量也随之增大，因为压力增大而提高了驱动力，从而导致膜通量的增大。当透膜压TMP从0.5 bar增大到1.5bar，截留率Rp和Rc几乎没有变化，这可能是因为压强不改变PVP和CMC的结构以及膜表面结构尺寸，而只是影响溶液的渗透率。稳定通量Js不随pH的变化而改变，这是因为pH并不改变聚合物结构一致性，也不会增加膜污染。在相同的压强条件下，当pH从3增大到10，其截留率R基本保持不变，这说明截留率R不受pH的影响。⑵进行络合-超滤实验，发现：在络合-超滤过程中，随着pH的增大，镍离子去除率逐渐增大，最高可达到97％，PVP络合时最佳pH选择为7，而CMC络合时最佳pH选择为8；随着负载比从1增大到4，镍离子去除率逐渐增大，最高可达到97%，之后不再发生变化，PVP络合时最佳负载比为4，而CMC络合时最佳负载比为2；在相同实验条件下，分别使用两种络合剂时，膜通量随着透膜压的增加几乎呈线性增长，而镍离子去除率不受其影响；在络合反应的前期，截留率增加迅速，之后保持稳定，PVP络合时选择30min作为最优络合时间，而CMC则选择20 min为最优络合时间；外加盐（NaCl）对镍离子截留率和膜通量的影响相似，截留率和膜通量均稍微下降，但是幅度较小。⑶对络合-超滤后的溶液进行浓缩、解络合和聚合物回收利用处理，发现：PVP-Ni浓缩过程在pH=7、TMP=1.0 bar、L=4、VCF=10作为浓缩条件下,浓缩液中的镍离子浓度 Cr=192.3 mg/L，然而渗透液中的镍离子浓度 Cp基本保持在1.5mg/L，解络合后， PVP-Ni(II)络合物的解离率达到了42%，而再生的PVP和初始PVP络合能力非常接近，说明聚合物可再生使用；CMC-Ni浓缩过程在pH=8、TMP=1.0 bar、L=2作为浓缩条件下，得到的截留液浓度Cr=196.6 mg/L，然而渗透液中的镍离子浓度Cp基本保持在0.6 mg/L，均略高于PVP-Ni浓缩过程，解络合后，CMC-Ni(II)络合物的解离率达到了56%，亦高于PVP-Ni解络合过程，再生的CMC和初始CMC络合能力也非常接近，说明聚合物可再生使用，且优于PVP。⑷采用电沉积法处理得到的含镍浓缩液，发现：当电流密度、电解时间增加时，电流效率随之下降，而镍回收率增大；当pH、极距增大时，电流效率和镍回收率均先增大后减小；温度升高和低速搅拌均可提高电流密度与镍回收率。在电流密度为3.5 mA/cm2，pH为4，电解时间130min，温度为50℃，极距为10cm，加入低速搅拌等最优条件下，电流效率可达42%，镍回收率最高可达52%。

目录

声明

第1章 绪论

1.1重金属废水概述

1.2重金属废水处理方法

1.3聚合物络合-超滤技术研究

1.4本课题研究意义及内容

第 2 章 实验部分

2.1实验药品和仪器

2.2 主要实验装置

2.3 分析方法

2.4实验内容

第3章 络合-超滤处理含镍废水的研究

3.1聚合物的预处理

3.2 不同操作参数对镍离子去除的影响

3.3 本章小结

第4章 浓缩、解络合和聚合物回收利用的研究

4.1浓缩过程

4.2解络合

4.3聚合物回收利用

4.4本章小结

第5章 电沉积处理含镍浓缩液

5.1电流密度的影响

5.2 初始pH的影响

5.3 电解时间的影响

5.4 温度的影响

5.5 极距的影响

5.6 搅拌的影响

5.7本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

附录A 攻读学位期间发表的论文与科研成果清单

致谢