去除废水中半金属锑离子的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于废水中半金属锑离子去除的电化学沉积法。它是在稀硫酸酸化介质中，采用三电极或两电极系统，以钛网作为工作电极，对溶液中半金属离子进行恒电流电化学还原沉积，使其在工作电极上以半金属或其氧化物等形式析出，达到对弱酸性、低含量等废水中有毒锑离子的有效去除；同时，通过调节介质的酸度，可分别实现三价、五价及总量锑的电沉积处理。由于采用对氢离子还原不活泼的钛为电极材料，提高了电极的有效利用率，同时由于利用了钛电极上富余的电子－这种绿色的“化学试剂”使溶液中半金属锑进行一步法还原为固体析出，因而其处理工艺清洁、无二次污染、环保性好，且具有工艺简单、流程短、高效的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种对水溶液中有毒金属、半金属离子及其化合物去除的方 法，特别涉及的是对含半金属离子的废水进行处理的方法，属于水处理技术领 域。
技术介绍
锑属于一种天然的半金属元素，在自然界作用下(如岩石风化、水土流失)， 以及由于人类的生产活动等，锑广泛分布和存在于自然环境中。目前全世界锑 的储存量超过2亿吨，并分布在多个国家。每年世界锑产量大约在140， 000吨， 广泛应用于冶金工业，加强材料生产，纺织阻燃整理，以及陶瓷、半导体、电 池、电缆等生产，甚至医药等工业领域。因而跟锑相关的工业及其生产活动，每年都产生和 排放出大量锑污染的废水及其它废弃物。有文献调查显示，全世界每年大约有30,000吨锑从工业、企业等直接排放到环境中， 有些几乎未经过任何处理。众所周知，锑是一类在环境、生物体内具有累积性的有毒元素，其毒性及 生理作用取决于锑的价态和化合物形态。在自然环境中，锑主要以三价和五价 态，并以无机或有机化合物形式存在。其中天然水环境条件下，又以五价形式 为主。毒物学研究表明，通常锑的无机物毒性大于其有机物，三价锑的毒性是 五价锑的10倍。锑能在生物体及环境中进行富集，并能与细胞中蛋白质的巯基 结合，影响酶的活性等，损伤人体肺等器官，破坏人类健康，并引起严重的环 境问题.环境科学学报， 2006， 26(4): P607-612]。因而，从1978年开始，锑与砷一样被美国环境保护协会(USEPA)列为废水中13种重要有毒金属、半金属离子污染物之一；同时 也被欧盟歹lj为优先考虑的重要污染物之一 。因而对锑污染的治理，就显得非常重要和有 意义。到目前为止，已开发了大量用于包括锑在内的重金属、半金属离子去除和 回收的方法及技术，如离子交换，吸附、反渗透、化学沉淀或沉降、过滤，以 及空气浮选等。但这些方法、技术中要么由于成本 高，处理效果非常有限，工艺流程长，或者有的容易导致二次污染，产生其它 污染物、废弃物等，特别是要同时实现去除和回收的目的，这些方法都面临很 大的挑战。随着世界范围内饮用水标准及企业排放标准的提高，电化学技术及 方法，尤其是电化学沉积法对废水中金属、半金属离子的去除和回收，又重新得到了人们的重视。电沉积法是采用一种称为环保、绿色的"化学试剂"-----电子，使溶液中的金属离子等在工作电极上还原析出，可一步达到去除、回收 溶液中的金属离子。因此，随着电化学技术和新电极材料的开发应用，今天的 电沉积技术在成本上可与传统的其它方法相当，而且工艺流程短，高效，无二 次污染，具有绿色环保的优点。但锑作为半金属元素，相对于其它金属而言， 其在电极上的活泼性和导电率等相对较差，因而有关其电沉积法去除、回收的 研究报道不多。"Antimony removal from model acid solution by electrodeposition，，介绍了电沉积法对强酸介质(20 30% H2S04)中高浓 度(1500 3500 mg L—。三价锑在铜电极上的去除。但由于其采用了强酸介质 来提高半金属锑离子在电极上的活泼性，给后道水处理带来了麻烦，而且投药 中和时，增加了处理成本和工序，同时铜电极在强酸介质中，有强氧化剂存在 时易受腐蚀。而且其锑残留浓度高(通常达几十ppm)，电解时间长(2 5 h)。 因而在实际废水处理中，尤其对锑含量较低、酸性较弱的常规锑污染废水的处理，其应用性不强。"微电解一中和沉淀法处理酸性重金属矿山地下水的试验研 究"采用了以碳为工作电极，对 锑铅矿地下水进行了微电解预处理，再配合加碱中和沉淀处理的办法。其微电解 预处理改善了纯化学沉降法对重金属离子去除率低、药剂消耗大等缺点，但由 于其采用的电极材料有效利用率不高，对实际矿山地下水中锑等金属、半金属 离子的去除、回收率大部分依然不高。因而，开发高效、能有效去除或回收弱 酸性、较低锑含量的大量常规锑污染废水的方法和技术，对生产应用就显得非 常重要和迫切。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的不足，本专利技术提供一种工艺简单、绿色环保，并 能有效用去除废水中不同价态半金属锑离子及其化合物的方法。实现本专利技术目的所采用的技术方案是提供一种去除废水中半金属锑离子 的方法，采用电化学沉积法，其特征在于将含半金属锑离子的废水溶液中的 硫酸介质调节到0.01 2.0 mol L—、采用电化学两电极或三电极系统，以钛网 为工作电极，在间歇式或连续流动式反应器中，以电流为0.02 0.05 A的恒电 流，对废水溶液进行8 20 min的电解处理。所述的废水溶液中硫酸介质为0.01 0.5 mol L1时，主要用于去除溶液 中的三价锑。所述的废水溶液中硫酸介质为0.5 2.0 mol L—'时，主要用于去除溶液中 的五价锑。与现有技术相比，本专利技术的优点是由于采用了以钛作为工作电极的技术 方案，而钛电极的极化特性表明，电极表面氢离子的还原反应相对较弱，并移 向更负的电位方向，因此，提高了工作电极的有效利用率。同时，本专利技术采用 调节溶液介质的酸性的方法，对废水中的半金属锑离子进行恒电流强制还原， 使其以半金属或其氧化物等形式在工作电极上析出，分别实现对三价、五价及 全量锑的去除与回收，该项技术可应用于对低酸性、较低锑含量的大量实际废 水处理，锑离子及其化合物去除率高，处理时间短，工艺简单，清洁、环保性 好，具有广阔的应用前景。附图说明图l是本专利技术实施例l提供的两电极或三电极系统处理废水的间歇式反应 器示意图2是本专利技术实施例2提供的两电极或三电极系统处理废水的连续流动式 反应器示意图3和图4是本专利技术实施例采用不同电极材料对半金属锑的去除效果曲线 示意图5是本专利技术实施例采用不同电极材料的极化曲线图1和图2中1为工作电极，2为对极(铂丝)，3为阳极区，4为转子， 17为参照电极(Ag/AgCl);图3中，采用的不同电极材料分别为曲线5为铜片，曲线6为镍片，曲 线7为铂片；图4中，曲线8为钛网，曲线9为镀铜钛网，曲线10为碳网， 曲线11为铂网；图5中，采用的不同电极材料分别为曲线12为钛电极，曲线13为玻璃 碳电极，曲线14为铜电极，曲线15为镍电极，曲线16为铂电极。具体实施方式 下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述实施例1:本实施例釆用间歇式反应器对废水溶液进行电解处理，参见附图1，图中 l为工作电极，2为对极(铂丝)，3为阳极区，4为转子。本实施例分别采用 两电极系统(对极为铂丝)的直流电源电解仪(PAK60-12A， Kikusui Co. , Ltd) 和三电极系统(工作电极为钛网，参照电极为Ag/AgCl，对极为铂丝)的电解 仪 (Potentiostat/Galvanostat HAB-151, Hokuto Denko Co。, Ltd)。将含半金属锑离子的废水溶液用硫酸调节到浓度为0.2mol L—、在有效容 量100 mL的间歇式反应器中，以钛网(5X10 cm)作工作电极，采用的条件为 -0.02A恒电解电流，电沉积时间为10min，转子搅拌速度为360转/分，对废水溶液进行电解处理，以去除废水中半金属锑离子，主要去除溶液中的三价锑。 将含半金属锑离子的废水溶液用硫酸调节到浓度为1.2mol L—'，在有效容 量10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种去除废水中半金属锑离子的方法，采用电化学沉积法，其特征在于：将含半金属锑离子的废水溶液中的硫酸介质调节到０．０１～２．０ｍｏｌＬ↑［－１］，采用电化学两电极或三电极系统，以钛网为工作电极，在间歇式或连续流动式反应器中，以电流为０．０２～０．０５Ａ的恒电流，对废水溶液进行８～２０ｍｉｎ的电解处理。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：龙家杰，陆同庆，唐人成，永长幸雄，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]