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重金属捕集剂EDTC的制备及对酸性电镀废水络合重金属的去除特性研究

肖晓  
【摘要】:电镀废水作为重金属废水的重要来源,随着电镀废水排放标准日益严格,废水中的络合态重金属的高效去除成为当前研究的热点。二硫代氨基甲酸盐(Dithiocarbamate,DTC)类重金属捕集剂,对绝大多数重金属离子,甚至是络合态重金属离子,都具有较强的螯合能力,但其在酸性反应体系中效果一般不甚理想。本文旨在合成一种高效的多DTC基团的巯基类重金属捕集剂,用于去除酸性电镀废水中络合铜和低浓度络合镍。本文首先合成一种多DTC基团的巯基类重金属捕集剂N,N-双(二硫代羧基)乙二胺,命名为EDTC,并通过紫外光谱、红外光谱、元素分析对EDTC结构进行表征。主要内容如下:以乙二胺和二硫化碳为原料,无水乙醇和去离子水的混合溶液为溶剂,选用混合反应法高效制备了EDTC。考察了氢氧化钠用量、有机溶剂、二硫化碳用量、反应温度、反应时间等对EDTC产率的影响,最佳制备条件为:混合有机溶剂:V(乙醇)/V(H20)=1:2;乙二胺、二硫化碳的摩尔比n(乙二胺):n(二硫化碳)=1:2.5;反应温度25℃,反应时间2Oh,EDTC的产率为82.39%。紫外光谱、红外光谱、元素分析结果表明EDTC分子中具有二硫代氨基甲酸基团,EDTC的分子式为N2C4H8S4,其分子结构中有二个DTC基团,能有效去除络合重金属。EDTC不溶于丙酮、四氯化碳、无水乙醇,微溶于水,易溶于NaOH溶液。EDTC的熔点为158℃。其次,将EDTC分别用于去除酸性络合铜和低浓度络合镍。考察了EDTC投加量、反应体系pH、反应时间、沉淀时间、絮凝剂PAM等因素对处理效果的影响。结果表明:对于Cu2+浓度为50 mg/L的EDTA-Cu、CA-Cu(柠檬酸铜)、TA-Cu (酒石酸铜)三种模拟酸性络合铜废水,pH值范围为3-9,EDTC投加量为MEDTC/MCu=8(质量比),反应时间3min, PAM投加量为1 mg/L,出水Cu2+浓度均低于0.25 mg/L,去除率达到99.5%以上。对于Ni2+浓度为5 mg/L的CA-Ni(柠檬酸镍)、]TA-Ni(酒石酸铜)、SP-Ni(焦磷酸镍)三种模拟酸性络合镍废水,pH为4~8,EDTC投加量分别60mg/L/55 mg/L和70 mg/L,反应时间2min,PAM为1 mg/L,对应去除率分别为99.31%、99.23%和99.51%。残留Cu2+、Ni2+浓度达到《电镀污染物排放标准(GB21900-2008)》中关于Cu、Ni污染物特别排放限值要求。最后,采用红外光谱、元素分析等方法研究了EDTC去除酸性络合铜/镍的机理,结果表明:EDTC与Cu、Ni的作用机理是脱络-螫合,即反应时,由于EDTC对Cu2+、Ni2+的螯合能力更强,使Cu2+、Ni2+先与CA等络合剂分离,后EDTC与Cu2+、Ni2+生成更稳定的螯合沉淀物EDTC-Cu、 EDTC-Ni,进而可以深度脱除络合Cu、络合Ni。同时根据螯合沉淀的溶出特性实验结果表明:EDTA-Cu、EDTA-Ni这两种螯合沉淀物可在弱酸性和弱碱性条件长期稳定存在,不易造成二次污染。


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