一种电化学方法去除水中五价锑污染物的方法

摘要

本发明公开了一种电化学方法去除水中五价锑污染物的方法，本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种去除水中五价锑污染物的电化学方法。包括如下步骤：在电化学反应器中，设置铁电极为阳极，铜板或镍板为阴极；将含有五价锑污染物的待处理水的pH值调节至3-7并通入电化学反应器中，调节电流密度为10-30A/m

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种去除水中五价锑污染物的电化学 方法。

背景技术

近年来，由于工业废水排放导致的重金属污染问题日益突出，有效去除水中 的重金属离子一直是水处理技术领域的研究热点。重金属锑对人体和生物具有毒 性和致癌性，可导致肝、皮肤、呼吸系统和心血管系统方面的疾病，锑中毒具有 长期潜伏的特点。锑污染物中锑的存在形式有三价和五价两种价态，水中三价锑 易于去除，但五价锑的电负性较大，在水中溶解度较高，难以去除。地表水中的 锑主要以五价形式存在，三价锑浓度相对较低。

去除水中锑污染物的方法主要包括吸附法、混凝沉淀法、氧化还原法和离子 交换法等。

吸附法具有效率高、速度快、适应性强和易操作等优点，但是由于水中阴阳 离子干扰，吸附法对低浓度的锑污染物去除效率较低；混凝沉淀法主要通过调节 水的酸碱度，使锑污染物自身发生水解沉淀，或者通过投加化学药剂混凝共沉淀 使锑污染物得到去除，混凝沉淀法存在投药量大，五价锑去除率低等问题；采用 微电解-中和沉淀法处理酸性选矿废水中的锑污染已有报道，让酸性废水通过充 满焦炭和铁屑的柱状反应器，然后出水加碱中和，使水中的锑污染物得到去除， 此方法难以去除五价锑污染物，对水中低浓度的锑污染物去除能力有限；此外， 有报道采用氨基烷基磷酸基螯合性离子交换树脂作为吸附交换剂，去除水中的锑 污染物，结果表明，此方法对三价锑去除效果较好，但对五价锑去除能力有限。

电化学方法是一种有效的净水技术，是通过在水中发生电化学反应，经过絮 凝、沉淀、氧化及还原等过程单一或组合作用，使污染物得到净化处理。中国专 利200520031775公开了一种由多个不同内径的同心圆筒状的阳极、阴极套叠加 组成电极组、电解液、圆柱容器构成的电化学处理净化水的装置。它在通过直流 电时可以达到气浮选去除水介质悬浮物、电催化氧化废水COD、软化水介质中 的硬度、去除水中大部分的金属离子、电解杀灭水介质中菌藻的作用。已有文献 报道采用铝板为电极，通过电絮凝作用去除锑污染物，此方法去除三价锑污染物 效果较好，对五价锑的去除率较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用电化学方法去除水中五价锑污染物的方法， 先利用阴极电还原方法将水中五价锑还原为三价锑，再利用阳极溶解方法产生亚 铁和铁离子，进一步通过絮凝与共沉淀作用去除三价锑污染物。产生的亚铁离子 有效降低了电化学体系中的氧化电位，创造了还原条件，促进了阴极的五价锑的 电还原。同时二价铁在酸性条件下也可部分还原五价锑。在此电化学体系中，通 过还原、絮凝、吸附与沉淀等过程有效去除了水中的锑污染物。为实现上述目的， 本发明采用如下技术方案：

针对水中五价锑污染物难以去除，而三价锑容易去除的特点，在电化学反应 器中，设置铁电极为阳极，铜板或镍板为阴极。将含有五价锑污染物的待处理水 的pH值调节至3-7之间，通入电化学反应器中，调节电流密度为10-30A/m²、 极板面积与待处理水体积为1/2-1m²/m³、极板间距为1-8厘米、电化学处理时间 为10-40分钟。采用直流电源进行供电。

优选的，将含有五价锑污染物的待处理水的pH值调节至3-6；

进一步优选的，将含有五价锑污染物的待处理水的pH值调节至3、3.5、4、 5或5.6；

优选的调节电流密度为10-20A/m²；

优选的调节电流密度为10、15或20A/m²；

优选的，极板间距为1-3厘米；

通过上述过程实现对水中五价锑污染物的高效去除。经过电化学处理后，水 中锑污染物的含量低于我国《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中规定的 锑限定浓度值5μg/L。

在电化学反应器中，通过阴极铜板或镍板的电还原作用将五价锑(Sb⁵⁺)还 原为三价锑(Sb³⁺)：

                        Sb⁵⁺+2e^-→Sb³⁺

阳极铁(Fe)在阳极电位作用下发生电化学溶解反应，产生亚铁离子和铁离 子，进一步水解形成铁絮体或铁氧化物。三价锑污染物通过与铁盐的共沉淀或絮 凝作用得到净化去除，其反应如下：

                      Fe→Fe²⁺+2e^-

在碱性或中性条件下：Fe²⁺+2OH^-→Fe(OH)₂

在酸性条件下：4Fe²⁺+O₂+2H₂O→4Fe³⁺+4OH^-。

              Sb⁵⁺+2Fe²⁺→Sb³⁺+2Fe³⁺

          Sb³⁺+Fe³⁺+3OH^-→Sb³⁺Fe(OH)₃

有益效果：

(1)通过耦合铁板电极(阳极)与铜板或镍板还原性电极(阴极)，实现将 五价锑还原为三价锑，通过阳极溶解方法产生铁离子实现与三价锑的混凝与共沉 淀协同作用，使水中五价锑污染物得到有效净化去除。

(2)化学原位产生的二价铁离子，在酸性条件下，具有强的还原性。不仅 可以降低电化学系统中的氧化电位，也可以实现五价锑的还原。

(3)本发明的电化学方法不仅可有效去除五价锑，还可以去除三价锑污染 物。

具体实施例

实施例1

在电化学反应器中，铁板为阳极，铜板为阴极，铁板电极与铜板阴极的极间 距为1厘米，极板面积与待处理水体积比为1/2(m²/m³)。采用直流电源进行供电， 电流密度为15A/m²。配制含Sb³⁺和Sb⁵⁺的待处理水，其中Sb⁵⁺和Sb³⁺浓度分别 为60μg/L和20μg/L，调节水的pH值至3.5。将待处理的水泵入电化学反应器 中，电化学反应处理时间为30分钟。上述操作条件下，处理后水的Sb⁵⁺和Sb³⁺去除结果如表1所示。可以看出，出水水质中锑含量低于我国《生活饮用水卫生 标准》GB5749-2006)中规定的锑限定浓度5μg/L。

表1：实施例1的电化学处理结果

检测指标 处理前 处理后

Sb⁵⁺(μg/L) 60 2.3 Sb³⁺(μg/L) 20 1.2

实施例2

在电化学反应器中，铁板为阳极，镍板为阴极，铁板电极和还原电极的极板 间距为1.5厘米，极板面积与待处理水体积比为2/3(m²/m³)。采用直流电源进行 供电，电流密度为20A/m²。待处理水中Sb³⁺和Sb⁵⁺浓度分别为35μg/L和12μg/L， 调节水的pH值至5.6。将待处理的水泵入电化学反应器，电化学处理时间为20 分钟。上述操作条件下，处理后水中Sb⁵⁺和Sb³⁺去除结果如表2所示。可以看出， 出水水质中锑含量低于我国《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006)中规定的锑 限定浓度5μg/L。

表2：实施例2的电化学处理结果

检测指标 处理前 处理后 Sb⁵⁺(μg/L) 35 2.0 Sb³⁺(μg/L) 12 0.5