一種基於EDI和絡合劑的選擇性分離重金屬離子的方法與流程
2023-05-03 04:13:21 3
本發明涉及一種利用EDI和絡合劑選擇性分離重金屬離子的方法，更具體的說是屬於重金屬廢水處理技術領域。
背景技術：
隨著人類生活範圍的擴大和工業化的發展，生活汙水和工業廢水排放量不斷增加，許多重金屬離子進入土壤和水源中，對生態環境造成嚴重危害。工業廢水中的組分種類很複雜，含有多種重金屬離子，如Cu2+、Zn2+、Ni2+、Fe2+、Co2+等的陽離子，或CrO42-、Cr2O72-、Cu(CN)43-等的陰離子。由於重金屬離子之間性質的相似性，重金屬的分離與回收是當前重金屬廢水處理領域所面臨的一個重要的問題。
當前針對含重金屬廢水的處理方法，主要包括物理處理法、化學沉澱法、電解法、生物處理法和膜分離法等。
物理處理法是利用物理分離作用來處理廢水中的懸浮物。常見的物理處理法有蒸發濃縮法和吸附法等。在處理高濃度的含有銅、鉻、鎳、等重金屬離子的廢水時，蒸發濃縮法取得了較廣泛的應用。這種方法在分離性質相似的的混合重金屬廢水存在缺陷，一般與其他方法結合使用。吸附法是利用多孔吸附性材料對廢水中的重金屬離子進行吸附處理。但由於其壽命短、吸附量不足且吸附速率慢等缺點，在廢水處理的應用中受到了一定的限制。
化學沉澱法一般先採用氧化劑與重金屬離子發生氧化還原反應，然後向廢液中加入沉澱劑，如氫氧化鈉、硫化物等，可與重金屬離子反應產生特殊的沉澱物質。最後將溶液的pH值調節為鹼性，以沉澱的形式將重金屬離子去除。該方法在去除廢水中的重金屬的同時可以中和過多的酸，減少對環境的腐蝕，但藥劑消耗量較大，成本高，部分處理後的重金屬含量未能達到國家汙染物的排放標準。
電解法是利用金屬離子與電極之間的電化學反應，使得廢水中的重金屬離子濃度減小，以此來消除重金屬毒性的方法。此方法電能消耗量高，處理量小，成本遠大於收益。
生物處理法是培養特殊的微生物，通過吸附、酶轉化或絡合等作用來處理廢水中的重金屬離子。生物處理法在處理重金屬廢水方面是一種很有潛力的技術，然而反應效率低，生產成本高以及廢水難以回收等問題仍亟待解決。
膜分離法是利用某種特殊功能的膜材料，通過施加外動力來實現固體顆粒或小分子的分離。膜分離法能有效的分離和回收貴重金屬，並且具有較高的分離效率和較低的能耗需求。
電去離子(Electrodeionization，EDI)是一種將離子交換與電滲析(ED)相結合的新型分離技術，是在直流電場的作用下實現連續深度脫鹽的過程。既克服了電滲析不能處理低濃度溶液的缺點，又利用電滲析極化過程水解離所產生的H+和OH-對離子交換樹脂進行電化學再生，避免了離子交換法的二次汙染，是一種操作適應性強，設備成本低廉，且可以連續在線生產的水處理技術，目前在純水製備的領域已經得到了廣泛的應用。EDI過程利用電脫附代替了傳統的酸鹼脫附，通過與絡合劑等的結合可以將一些性質相似的重金屬離子區分開來，並且進行選擇性的分離。此外，EDI擁有較高的濃淡水濃度差這一技術特徵，可連續地濃縮低濃度的重金屬溶液，在低濃度重金屬廢水處理方面具有良好的發展前景。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種操作方便，成本低廉，效果顯著的選擇性分離混合重金屬離子的方法。
本發明提出了一種選擇性分離混合重金屬離子溶液的方法，該方法是在EDI過程的基礎上，通過加入 絡合劑來提高混合重金屬離子的分離比，來實現對某一種特定金屬的分離與回收。
本發明採用的技術方案包括以下步驟：對於一定濃度的重金屬離子的混合溶液，加入適量的絡合劑，通過加酸進行pH值的調節，使絡合劑與溶液中的重金屬離子充分絡合，形成穩定的絡合物，增加性質相似的重金屬離子之間的區分度。在泵的輸送下，溶液一次性通過EDI膜堆。在直流電場的作用下，離子在沿著樹脂形成的傳輸通道遷移至離子交換膜表面，然後透過離子交換膜進入濃縮室，根據離子之間的淌度以及形成絡合物價態的不同，選擇性地將混合重金屬離子進行分離，從而實現將溶液中某種金屬離子的濃縮與回收。
本發明採用以上技術方案有益的效果是：工藝簡單，設備成本低廉，實用性強。對於一種特定的金屬離子具有很好的分離效果，並且能達到較高的濃縮倍數。
附圖說明
為了讓本發明的目的、特徵和有點能夠更加淺顯易懂，將採用附圖的形式對本發明進行更加詳細的說明，其中：
圖1是本發明一實施例的處理流程圖。
圖2是本發明一實施例的處理設備圖。
圖中：1.陽極室；2.濃縮室；3.淡化室；4.濃縮室；5.陰極室；6.極水罐；7.原水罐；8.濃水罐；9.磁力泵；10.轉子流量計；11.閥門
具體實施方式
圖1為本發明一實施例的處理流程圖。參照圖1所示，流程如下：配製一定濃度的重金屬離子的混合溶液，加入適量的絡合劑，通過加酸進行pH值的調節，攪拌2-5分鐘，使絡合劑與溶液中的重金屬離子充分絡合，形成穩定的絡合物。溶液一次性通過EDI膜堆，在直流電場的作用下，離子在沿著樹脂形成的傳輸通道遷移至離子交換膜表面，然後透過離子交換膜進入濃縮室，根據離子之間淌度以及形成絡合物價態的不同，選擇性地將混合重金屬離子分離。最後從濃水出口處取樣，對重金屬自理的濃度進行檢測。
在本發明的一實施例中，採用附圖2所示的EDI膜堆，膜堆主要由5個部分組成：陽極室、陰極室、淡化室以及連個濃縮室。這些隔室分別被2個膜對隔開，有效膜面積為21cm2。膜堆處理含有濃度均為0.5mg/L的Cu2+和Co2+的二元混合溶液。電極水採用pH＝2的硫酸溶液，流量為15mL/min，由陰極室流向陽極室，然後被排出；原水一次性通過淡化室，脫除重金屬離子後被排放，原水流量為60mL/min；採用濃水循環操作，初始循環液為pH＝2的硫酸溶液，循環流量為10mL/min，體積為15mL。陽極與陰極室內分別填充100％的陽離子和陰離子交換樹脂。淡化室按照陽離子與陰離子交換樹脂60∶40(體積)的比例完全混合後進行填充。濃縮室的其內設有絲網構成水流通道。
在裝有26L去離子水的原水槽中各加入13mL的濃度為1000mg/L的銅和鈷離子溶液，將原水配製成濃度為0.5mg/L的銅離子和鈷離子的二元重金屬混合液。向溶液中加入15mL的濃度為10g/L的絡合劑EDTA，保證EDTA與溶液中的銅離子和鈷離子充分絡合。待混合均勻後向原水中加入稀硫酸將pH值調節至5以下，攪拌2-5min。在工作電流為200mA的條件下，溶液經EDI膜堆處理，2h後對濃水中的離子濃度進行檢測。
經檢測，分離後溶液中的銅離子和鈷離子的分離比可達到37.92。