重金属捕集剂对水中微量络合铜离子去除研究

摘要

针对传统化学沉淀法用NaOH和Ca(OH)2等常规药剂对微量络合态重金属离子深度处理效果不佳、难以达标的难题,论文选用二硫代氨基甲酸盐类(DTCS)重金属捕集剂,对常见的Cu-NH3、Cu-Cit、Cu-EDTA等三种络合态Cu2+进行了深度处理研究。
　　 与游离态Cu2+相比,要使络合态Cu2+排放达标,需要加入更多的重金属捕集剂,初始Cu2+浓度为5mg/L,的Cu-NH3、Cu-Cit、Cu-EDTA三种络合态Cu2+需投加15、30和30mg/L的DTCS捕集剂,才能达到Cu2+0.5mg/L的排放标准。而使同样浓度的游离态Cu2+达标仅需8mg/L的捕集剂。论文考察了初始pH、反应和沉淀时间、反应温度、Cu2+和络合剂不同浓度比对最终重金属去除效果的影响。实验结果表明,pH越高越有利于络合态Cu2+的去除,Cu-NH3、Cu-Cit、Cu-EDTA等三种络合态Cu2+的最佳初始pH范围分别为9-10.5,9-11和12左右。而pH值进一步提高时,各自的去除率反而有所降低。反应和沉淀时间的延长有助于絮凝体的形成和沉淀,使废水中Cu2+的浓度进一步下降,60min的沉淀时间能使Cu2+的去除率逐渐趋于稳定。反应温度对络合态Cu2+去除的促进作用有限,在20-500C时,每上升10℃,平均去除率仅提高1.3个百分点。络合剂浓度对铜的最终去除效率有较大影响,随着EDTA、柠檬酸等含量和Cu2+的摩尔比从0增加到1,两种络合态Cu2+去除率从95％分别降至60%和63%。当络合剂浓度继续上升,络合态Cu2+去除率基本维持不变。
　　 研究考察了溶液中其他离子或氧化剂的添加对络合铜离子体去除的影响。结果表明,水中Ca2+、Fe3+的存在对Cu-EDTA的去除有抑制作用,而Fe2+和Fe0的投加可以提高Cu-EDTA的去除率。Fe2+用量为Cu2+的4倍时Cu2+的去除率可以提高5个百分点;Fe0用量为3.3g/L时,Cu2+的去除率可以提高10个百分点以上。在Cu-Cit和Cu-EDTA溶液中加入和Cu2+等摩尔量的过氧化氢后,络合态Cu2+去除率有微量提高;当氧化剂过量后,去除率显著降低。因氧化剂适量时能破坏络合剂,破坏络合剂使Cu2+游离出来,从而提高了去除率。氧化剂也作用于DTCS,破坏捕集剂官能团分子结构,导致络合态Cu2+的去除率降低。
　　 采用紫外-可见光谱扫描、红外、SEM、XRD等手段表征捕集剂和沉淀物,结果表明:DTCS含有碳硫单键和双键,证明其是二硫代氨基甲酸盐类物质;三种沉淀物的红外和XRD谱图基本一致,电镜显示的表面形态不同。结合机理分析,表明了DTCS沉淀法去除络合态Cu2+采用络合竞争机理,捕集剂与原络合剂发生竞争反应,置换原络合剂并生成稳定常数更大的Cu(DTCS)2,原络合剂留在溶液中。原含铜络合物的稳定常数越小,被捕集剂去除的效率越高,所得沉淀物结晶度也越大。因沉淀物中金属含量不同,故在电镜图中呈现不同表面形态。