一种利用不同络合剂辅助电化学去除水中Cr3+的方法

摘要

本发明涉及一种利用不同络合剂辅助电化学去除水中Cr3+的方法。将含Cr3+废水引入反应室中，加入一定量的络合剂和支持电解质硫酸钠，以单壁碳纳米管修饰的不锈钢网片作为阴极，钛网为阳极，调节反应室pH为一定值，以一定电流密度，通电处理一定时间后，用分光光度计测量并计算Cr3+去除率，得到可达标排放的废水。本发明具有：1、添加不同类型络合剂可以改变Cr3+在水溶液中形态，使其易于去除。2、在提高Cr3+去除率的同时降低反应能耗。

说明书

技术领域

本专利涉及一种废水处理技术领域，具体涉及一种利用不同络合剂辅助电化学去除废水中三价铬（Cr³⁺）方法。

背景技术

铬被广泛应用于电镀、金属加工、颜料、皮革加工、化学药品制造、电子设备和催化工业等行业，在诸多行业中每天有大量Cr⁶⁺和Cr³⁺酸性废水产生。随着人们对Cr⁶⁺的毒性认识，Cr⁶⁺的使用得到了严格的控制，而含铬废水中Cr³⁺依然大量存在且所占比例呈增大趋势。虽然Cr³⁺的毒性不如Cr⁶⁺强烈，但在自然环境中，存在Cr⁶⁺和Cr³⁺的相互转换现象，Cr³⁺对人类和自然环境具有极大的潜在威胁，所以有必要对大量的Cr³⁺废水进行处理。

目前，水溶液中Cr³⁺的去除方式主要包括吸附、电絮凝、膜分离、氢氧化物沉淀法等，但都存在一些无法避免的缺点。吸附法存在吸附污染物速度慢，吸附容量较小且易受环境因素影响等问题；电絮凝存在耗电量大，能耗高，出水浊度较大等问题；膜分离法在处理低浓度废水时，极易发生浓差极化导致膜结垢，能耗升高，出水水质下降。在各种处理方法中，氢氧化物沉淀法是最常用的方法，但氢氧化物沉淀法会产生大量污泥，需进行二次处理，同时，根据Erdem等人的研究，氢氧化物沉淀污泥中铬元素易从沉淀污泥中溶出，形成二次污染。所以，有必要研发一种能耗低、无二次污染且能够进行金属回收的Cr³⁺废水处理方法。

电化学法是近60年来发展起来的另一类水处理技术，具有能耗低、无二次污染等特点，在处理重金属废水方面具有很大的潜力。碳纳米管是1991年发现的一种新型碳材料，具有高比表面积、良好导电性和高机械强度，已在吸附处理水体污染中展现出广阔的应用前景。不锈钢是一种常见的金属导电材料，耐酸碱性、机械强度、导电性均优良。

Cr³⁺在pH小于4的溶液中主要以［Cr(H₂O)₆］³⁺形态存在，其是一个以Cr³⁺为中心、H₂O为顶点的非常稳定的正八面体结构。且Cr³⁺和H₂O之间的平均键距为1.99Å，这使得Cr³⁺难以获得电子被还原。由此可见，要使Cr³⁺易于获得电子被还原，需首先改变其稳定的形态结构，增大Cr³⁺-H₂O之间的键距。可喜的是，当水体中存在甲酸、甲酸铵、醋酸和草酸等能和Cr³⁺发生强烈络合作用的物质时，［Cr(H₂O)₆］³⁺稳定的正八面结构可被打破，这有利于Cr³⁺进一步获得电子被还原为Cr原子，从而被去除。

本专利采用电泳沉积法制备的沉积单壁碳纳米管不锈钢网片为电极，用不同络合剂辅助此电极处理含Cr³⁺废水，借此提高废水中Cr³⁺的去除效果。

发明内容

本专利的目的在于采用不同类型络合剂去除Cr³⁺，以实现废水达标排放。

将含Cr³⁺废水引入反应室中，加入络合剂和硫酸钠，以单壁碳纳米管修饰的不锈钢网片作为阴极，钛网为阳极，调节反应室pH值，通电处理一定时间后，用分光光度计测量并计算Cr³⁺去除率，得到可达标排放的废水。

所述的络合剂为甲酸、草酸、醋酸、柠檬酸中的一种。

所述的络合剂添加量为Cr³⁺质量分数的5%~20%之间。

所述的pH值控制在2~5之间。

所述的通电处理，其电流密度控制在0.5~3mA/cm²之间。

所述的硫酸钠，其质量分数为3~15g/L。

所述的通电处理，处理时间为200~250min。

所述的反应室为传统的单室三电极电化学系统。此电化学系统中，单壁碳纳米管修饰的不锈钢网片为阴极，钛网为阳极，参比电极为饱和甘汞电极。实验结束后用分光光度计测量并计算Cr³⁺去除率。

本发明具有如下有益效果：

1、添加不同类型络合剂可以改变Cr³⁺在水溶液中形态，使其易于去除。

2、在提高Cr³⁺去除率的同时降低反应能耗。

附图说明

图1是添加不同络合剂Cr³⁺去除率随时间变化曲线。

具体实施方式

实施例1

甲酸辅助单壁碳纳米管不锈钢网片电极去除Cr³⁺废水：

将200mL含 Cr³⁺废水（含Cr³⁺：6.13mg/L）引入反应室中，加入2g硫酸钠，以单壁碳纳米管修饰的不锈钢网片电极作为阴极，钛网为阳极，控制反应室pH为4.0，保持电流密度为2>2，甲酸添加量为0.2452mg。处理时间为210min。含Cr³⁺废水经处理后，用分光光度计测量并计算Cr³⁺去除率，表明Cr³⁺浓度降为1.43mg/L,去除率为76.7%。

本实施例使用的含Cr³⁺废水为模拟废水。

实施例2

醋酸辅助单壁碳纳米管不锈钢网片电极去除Cr³⁺废水：

将200mL含Cr³⁺废水（含Cr³⁺：6.35mg/L）引入反应室中，加入1.6g硫酸钠，以单壁碳纳米管修饰的不锈钢网片电极作为阴极，钛网为阳极，控制反应室pH为3.5，保持电流密度为2.2>2。醋酸添加量为0.2540mg。化学处理时间为240min。含Cr³⁺废水经处理后，用分光光度计测量并计算Cr³⁺去除率，表明Cr³⁺浓度降为0.96mg/L,去除率为84.9%。

本实施例使用的含Cr³⁺废水为模拟废水。

实施例3

草酸辅助单壁碳纳米管不锈钢网片电极去除Cr³⁺废水：

将200mL含Cr³⁺废水（含Cr³⁺：6.49mg/L）引入反应室中，加入2g硫酸钠，以单壁碳纳米管修饰的不锈钢网片电极作为阴极，钛网为阳极，控制反应室pH为2.5，保持电流密度为2.5>2。草酸添加量为0.2596mg。化学处理时间为240min。含Cr³⁺废水经处理后，用分光光度计测量并计算Cr³⁺去除率，表明Cr³⁺浓度降为0.51mg/L,去除率为92.1%。

实施例4

柠檬酸辅助单壁碳纳米管不锈钢网片电极去除Cr³⁺废水：

将200mL含Cr³⁺废水（含Cr³⁺：6.30mg/L）引入反应室中，加入1.6g硫酸钠，以单壁碳纳米管修饰的不锈钢网片电极作为阴极，钛网为阳极，控制反应室pH为3.0，保持电流密度为2.5>2。柠檬酸添加量为0.2520mg。化学处理时间为250min。含Cr³⁺废水经处理后，用分光光度计测量并计算Cr³⁺去除率，表明Cr³⁺浓度降为0.21mg/L,去除率为96.7%。