一種用於電鍍含鎳廢水處理的鎳離子螯合劑及其製備方法和應用與流程
2023-12-05 00:51:51
本發明涉及工業廢水處理技術領域，尤其涉及一種用於電鍍含鎳廢水處理的鎳離子螯合劑及其製備方法和應用。
背景技術：
電鍍是利用電解原理在某些金屬表面上鍍上一薄層其它金屬或合金的過程，常用的鍍種有鍍鎳、鍍銅、鍍鉻、鍍鋅等。電鍍生產過程中會產生大量廢水，其中電鍍廢水的兩大主要來源——鍍件清洗水和廢電鍍液中不可避免會攜帶大量的重金屬離子。電鍍廢水中含量較多的重金屬離子為鉻、鎳、銅、鋅、鎘等，有很強的毒性，對人、動物和農作物等都會造成嚴重的危害。隨著我國科技、經濟的高速發展，汽車零件電鍍、五金電鍍需求旺盛，電鍍行業逐漸成為當前主要的工業汙染之一，因此，電鍍廢水的治理已刻不容緩。
一般電鍍廢水經調整pH值以後，再經沉澱、過濾，就能達到出水要求。但是，隨著電鍍質量標準的提高，在電鍍過程中，為了增強鍍液的分散能力從而實現良好鍍層的效果，往往會在鍍液中添加一些配合劑，如氨三乙酸、乙二胺、酒石酸鹽、檸檬酸鹽、三乙醇胺、EDTA等，這些配合劑能與金屬離子結合生成較強穩定態的配合物，尤其當廢水中的金屬離子含量較高時，重金屬離子與配體配合穩定，將不能完全形成氫氧化物沉澱，導致出水金屬離子不達標。國內在上世紀90年代未開始進行二硫代氨基甲酸鹽及衍生物(DTC)在電鍍廢水中捕集重金屬離子方面的研究，到目前為止，開發的重金屬離子捕集劑能在常溫下與廢水中Hg2+、Cd2+、Cu2+、Pb2+、Mn2+、Ni2+、Zn2+、Cr3+等各種重金屬離子迅速反應，生成不溶水的螯合鹽，再加入少量有機或(和)無機絮凝劑下，形成絮狀沉澱，從而達到捕集去除重金屬的目的；對廢水中某些重金屬共存鹽與絡合鹽也能發揮一定作用，但是當金屬離子被強配合劑配合以後，由於配離子的強穩定性，現有的重金屬捕集劑對重金屬離子與強絡合劑如EDTA、NTA、HEDTA離子絡合處理的效果並不明顯。因此，當廢水中的這類強重金屬絡合鹽含量較高時，現有的重金屬捕集劑顯然已經無法完全達到環保要求。隨著環保電鍍呼聲的高漲，研製開發一種處理這種強重金屬絡合鹽的分離方法，實現電鍍廢水中重金屬離子的高去除率、高穩定性分離和回收已成為各國學者關注的熱點。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種用於電鍍含鎳廢水處理的鎳離子螯合劑的製備方法，該製備方法所製備的鎳離子螯合劑應用於電鍍含鎳廢水處理，尤其是鎳離子主要以與配合劑絡合的形式存在的電鍍含鎳廢水，能實現鎳離子的高去除率和高穩定性去除。
為解決上述技術問題，本發明採用以下技術方案：
一種用於電鍍含鎳廢水處理的鎳離子螯合劑的製備方法，包括以下步驟：
(1)將硫酸鎂溶液滴加至矽酸鈉溶液中，磁力攪拌2h～4h，製得混合液；
(2)將4』-羧基苯並-18-冠-6溶解於有機溶劑中；
(3)將步驟(2)的溶液和丙烯酸加入到步驟(1)的混合液中，磁力攪拌2h～4h，混合均勻後在180℃～200℃下進行水熱反應，時間為20h～24h，反應完畢後過濾，將過濾產物抽濾，洗滌後乾燥，得到所述鎳離子螯合劑。
優選地，所述硫酸鎂、矽酸鈉、羧基化冠醚衍生物和丙烯酸的摩爾比為1∶2～3∶2～3∶0.2～0.4。
優選地，所述有機溶劑為二甲基甲醯胺或二甲基亞碸。
作為一個總的發明構思，本發明還提供一種上述的製備方法製得的用於電鍍含鎳廢水處理的鎳離子螯合劑。
上述的製備方法製得的鎳離子螯合劑在電鍍含鎳廢水處理中的應用，所述電鍍含鎳廢水中，鎳離子主要以與配合劑絡合的形式存在。
優選地，所述配合劑為EDTA、NTA或HEDTA中的一種或多種。
優選地，所述應用具體為：向電鍍廢水中投加所述鎳離子螯合劑，鎳離子螯合劑與電鍍廢水的質量體積比為1mg～5mg∶1L，機械攪拌30min～60min後，靜置沉澱，過濾去除沉澱物。
與現有技術相比，本發明的優點在於：
1、本發明採用水熱合成法，合成大孔徑且富含矽羥基的矽酸鎂材料的同時，將羧基化冠醚衍生物成功負載在矽酸鎂材料的表面及孔隙內，由於羧基化冠醚衍生物含有豐富的羧基官能團，能夠穩定負載在矽酸鎂上。所合成的複合材料中，矽酸鎂具有大孔徑和高比表面積，對大分子強重金屬絡合鹽的吸附能力強，但吸附不夠穩定；而本發明中螯合材料——羧基化冠醚衍生物直接鍵連在矽酸鎂材料的表面，羧基化冠醚衍生物與重金屬離子的配合能力強於重金屬離子與強配合劑的絡合能力，因而能夠破除配合離子的穩定架構，使重金屬離子游離出來並通過配位與羧基化冠醚衍生物結合，因此，吸附的重金屬離子不易脫落，沒有環境汙染。從而到達提高重金屬離子的去除率和穩定性的效果。羧基化冠醚衍生物優選為4』-羧基苯並-18-冠-6，可實現鎳離子的有效去除。丙烯酸的加入有利於矽酸鎂表面矽羥基的形成，從而增加與羧基化冠醚衍生物結合的有效位點。
2、本發明的製備方法工藝簡單、條件溫和，所製備的重金屬離子螯合劑應用於電鍍含鎳廢水處理的重金屬離子去除，尤其是鎳離子，去除率高，穩定性好；且矽酸鎂在廢水中以凝膠態存在，處理後易於分離，應用過程中無需調節pH，操作簡單，具有極好的應用前景。
具體實施方式
以下結合具體優選的實施例對本發明作進一步描述，但並不因此而限制本發明的保護範圍。
實施例1：
一種用於電鍍含鎳廢水處理的鎳離子螯合劑的製備方法，包括以下步驟：
(1)將濃度為0.3mol/L的硫酸鎂溶液滴加至濃度為0.6mol/L的等體積的矽酸鈉溶液中，滴加速率為6ml/min，磁力攪拌2h，製得混合液；
(2)將4』-羧基苯並-18-冠-6溶解於二甲基甲醯胺中，製得0.8mol/L的羧基化冠醚衍生物溶液；
(3)按照硫酸鎂、矽酸鈉、4』-羧基苯並-18-冠-6和丙烯酸的摩爾比為1∶2∶3∶0.2的比例，將步驟(2)的溶液和丙烯酸加入到步驟(1)的混合液中，磁力攪拌2h，混合均勻後在180℃下進行水熱反應，時間為20h，反應完畢後過濾，將過濾產物抽濾，抽濾後再依次用水和無水乙醇洗滌，離心，最後於50℃條件下乾燥12h，得到鎳離子螯合劑。
本實施例製備的鎳離子螯合劑應用於電鍍含鎳廢水處理：
選取浙江溫嶺市某企業的電鍍廢水，該電鍍廢水主要金屬離子為銅，經檢測，鎳離子主要以與強絡合劑EDTA絡合的形式存在。按鎳離子螯合劑與電鍍廢水的質量體積比為1mg∶1L的比例向該電鍍廢水中投加本實施例製備的鎳離子螯合劑，機械攪拌30min後，再靜置沉澱，過濾去除沉澱物，得到去除鎳離子後的電鍍廢水，經測定，排放的廢水中鎳離子的去除率達99％。
實施例2：
一種用於電鍍含鎳廢水處理的鎳離子螯合劑的製備方法，包括以下步驟：
(1)將濃度為0.3mol/L的硫酸鎂溶液滴加至濃度為0.6mol/L的等體積的矽酸鈉溶液中，滴加速率為6ml/min，磁力攪拌2h，製得混合液；
(2)將4』-羧基苯並-18-冠-6溶解於二甲基甲醯胺中，製得0.9mol/L的羧基化冠醚衍生物溶液；
(3)按照硫酸鎂、矽酸鈉、4』-羧基苯並-18-冠-6和丙烯酸的摩爾比為1∶2∶3∶0.3的比例，將步驟(2)的溶液和丙烯酸加入到步驟(1)的混合液中，磁力攪拌2h，混合均勻後在200℃下進行水熱反應，時間為24h，反應完畢後過濾，將過濾產物抽濾，抽濾後再依次用水和無水乙醇洗滌，離心，最後於50℃條件下乾燥12h，得到鎳離子螯合劑。
本實施例製備的鎳離子螯合劑應用於電鍍含鎳廢水處理：
選取湖南湘潭某企業的電鍍廢水，該電鍍廢水主要金屬離子為銅，經檢測，鎳離子主要以與強絡合劑NTA絡合的形式存在。按鎳離子螯合劑與電鍍廢水的質量體積比為1mg∶1L的比例向該電鍍廢水中投加本實施例製備的鎳離子螯合劑，機械攪拌30min後，再靜置沉澱，過濾去除沉澱物，得到去除鎳離子後的電鍍廢水，經測定，排放的廢水中鎳離子的去除率達99％。
最後有必要在此說明的是：以上實施例只用於對本發明的技術方案作進一步詳細地說明，不能理解為對本發明保護範圍的限制，本領域的技術人員根據本發明的上述內容作出的一些非本質的改進和調整均屬於本發明的保護範圍。最後有必要在此說明的是：以上實施例只用於對本發明的技術方案作進一步詳細地說明，不能理解為對本發明保護範圍的限制，本領域的技術人員根據本發明的上述內容作出的一些非本質的改進和調整均屬於本發明的保護範圍。