電鍍含鉻廢水資源化治理及新型螯合纖維制備研究.pdf

1、隨著全球工業(yè)化進(jìn)程快速發(fā)展，重金屬水污染對(duì)人類(lèi)的健康及環(huán)境造成嚴(yán)重威脅。其中，六價(jià)鉻是一種具有高度致癌性和氧化性的重金屬離子，鉻污染已成為世界各國(guó)普遍關(guān)注的環(huán)境問(wèn)題。目前工業(yè)中對(duì)六價(jià)鉻廢水的處理方法主要是將六價(jià)鉻還原為低毒三價(jià)鉻，然后以Cr(OH)3沉淀形式除去。此法產(chǎn)生的固體沉淀容易形成新的污染，并且不能實(shí)現(xiàn)鉻離子的資源回收。因此，針對(duì)六價(jià)鉻廢水的處理開(kāi)發(fā)一種操作簡(jiǎn)單、成本經(jīng)濟(jì)的資源化治理工藝具有良好的應(yīng)用價(jià)值。
　　離子交換纖

2、維（IEF）是繼離子交換樹(shù)脂之后出現(xiàn)的一種新型吸附分離材料，其活性位點(diǎn)包括酸性、堿性以及螯合等化學(xué)官能團(tuán)。其中，螯合纖維可以利用結(jié)構(gòu)中含孤對(duì)電子的原子（N、O、P、S等）與金屬離子形成配位鍵，構(gòu)成與小分子螯合物類(lèi)似的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，具有良好的吸附選擇性。近年來(lái)，螯合纖維在深度凈化有害物質(zhì)、痕量元素分離以及有害氣體防護(hù)等領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用。
　　本文圍繞離子交換纖維資源化治理電鍍含鉻廢水以及新型螯合纖維制備的研究，主要工作內(nèi)容如下：

3、r>　　（1）以聚丙烯腈基多胺（ PAN-TETA）離子交換纖維為基體，考察了PAN-TETA多胺纖維靜態(tài)吸附六價(jià)鉻性能。系統(tǒng)研究了纖維型式、六價(jià)鉻濃度、溶液pH等因素對(duì)纖維吸附六價(jià)鉻性能的影響，采用SEM-EDS等手段分析纖維吸附六價(jià)鉻的過(guò)程中特征元素（C、N、O、Cr）的含量及分布情況。結(jié)果表明， Cl-型PAN-TETA纖維對(duì)六價(jià)鉻的吸附量及再生性能均優(yōu)于OH-型纖維，且溶液pH為2~3有利于纖維吸附六價(jià)鉻。PAN-TETA纖維對(duì)

4、六價(jià)鉻的吸附量最高可達(dá)425.1mg/g，吸附過(guò)程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型（ R2>0.999）。通過(guò)表面及斷面SEM-EDS分析，PAN-TETA纖維表面及內(nèi)部的胺基均參與了對(duì)六價(jià)鉻吸附，且六價(jià)鉻分布均勻。PAN-TETA纖維經(jīng)100次靜態(tài)循環(huán)吸附工業(yè)含鉻廢水，鉻離子去除率可達(dá)91.0％以上，保持良好的吸附再生性能。
　?。?）在靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，考察了多胺纖維柱吸附六價(jià)鉻性能。PAN-TETA纖維對(duì)六價(jià)鉻的穿透吸附量及飽和

5、吸附量最高分別可達(dá)291.2mg/g、426.3mg/g，并且柱吸附過(guò)程Thomas模型（R2>0.9）。硫酸根的存在對(duì)PAN-TETA纖維吸附六價(jià)鉻造成一定的影響，但隨著吸附時(shí)間的延長(zhǎng)，纖維上部分的硫酸根可以被溶液中的六價(jià)鉻取代，最終達(dá)到吸附平衡。氫氧化鈉溶液可快速、有效的洗脫P(yáng)AN-TETA纖維中的六價(jià)鉻，洗脫過(guò)程前半段流出液基本呈中性，OH-得到充分利用；后半段流出液呈堿性，含大量可被循環(huán)利用的OH-。PAN-TETA纖維經(jīng)80次

6、再生吸附混合含鉻廢水，其飽和吸附量為230.1mg/g~180.9mg/g，性能較為穩(wěn)定。PAN-TETA纖維經(jīng)5次循環(huán)吸附鍍鉻漂洗廢水，飽和吸附量可達(dá)320mg/g以上，并且纖維循環(huán)使用過(guò)程中對(duì)六價(jià)鉻的處理能力無(wú)明顯降低。由此可見(jiàn)，該材料可滿足于循環(huán)治理含鉻廢水，尤其適合處理鍍鉻漂洗廢水。
　?。?）在以上研究工作的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種多柱串聯(lián)吸附-分步洗脫的工藝對(duì)鍍鉻漂洗廢水進(jìn)行處理。PAN-TETA纖維經(jīng)5次再生吸附鍍鉻漂洗廢水

7、，其飽和吸附量基本在228.4mg/g~324.6mg/g范圍內(nèi)波動(dòng)。延長(zhǎng)吸附時(shí)間對(duì)PAN-TETA纖維中 Cr6+、SO42-、Cl-的離子分布有重要影響，可以使纖維中六價(jià)鉻的離子純度得到明顯提高。經(jīng)該工藝洗脫、回收的六價(jià)鉻濃度可達(dá)30g/L以上，并且可以回用于電鍍行業(yè)。
　?。?）以聚丙烯接枝苯乙烯（PP-St）纖維為骨架，經(jīng)混酸硝化、氯化亞錫還原制得PP-St-NH2功能纖維。硝化反應(yīng)過(guò)程中，混酸比例VH2SO4/VHNO3

8、對(duì)硝化增重率的影響最大，反應(yīng)時(shí)間t次之，混酸體積Vmixed acid影響最小，苯環(huán)上單硝基取代的轉(zhuǎn)化率接近100%。還原反應(yīng)過(guò)程中，胺基交換容量最高為5.78mmol/g，硝基還原率可達(dá)92%以上。制備得到的PP-St-NH2纖維在300℃以下沒(méi)有發(fā)生分解，具有良好的熱穩(wěn)定性。
　?。?）以 PP-St-NH2功能纖維為基體，分別與氯乙酸鈉、亞磷酸、水楊醛反應(yīng)，得到3種螯合纖維PP-St-IDA、PP-St-PAA、PP-St-

9、SCB，初步考察這三種螯合纖維對(duì)Ni2+的選擇性吸附性能。PP-St-NH2纖維分別成功引入亞胺二乙酸、氨基膦酸以及席夫堿螯合結(jié)構(gòu)，氨基轉(zhuǎn)化率可達(dá)90%以上。PP-St-IDA、PP-St-PAA、PP-St-SCB螯合纖維對(duì)鎳離子的靜態(tài)吸附量最高分別為102.6mg/g、51.6mg/g以及44.1mg/g。在鎳離子與鈣離子共存體系中，PP-St-IDA、PP-St-PAA、PP-St-SCB纖維對(duì)鎳離子的吸附選擇性為 PP-St-I