一种催化NaBH4同步产氢、除Cr(Ⅵ)的方法技术

一种催化NaBH4同步产氢、除Cr(Ⅵ)的方法，属于污水处理技术领域。所述方法为：Fe‑Al‑Si复合物的制备：将粉煤灰和HCl超声提取30mim，固液分离后，将粉煤灰浸出液中(Al+Fe)/Si摩尔比调至(6.5+0.3)/2.5；向粉煤灰浸出液中加入溶液，使得粉煤灰浸出液的pH为2.0~3.0；打开磁力搅拌，使用NaOH溶液调节pH为6~7，即得到絮状Fe‑Al‑Si复合物沉淀；多次洗涤絮状Fe‑Al‑Si复合物沉淀，直至滤液中无杂质离子，再经干燥、研磨即得到粉末状Fe‑Al‑Si复合物；将粉末状Fe‑Al‑Si复合物与NaBH4、含铬废水按照一定的质量比例混合。本发明专利技术的优点是：Fe‑Al‑Si复合物的加入，有助于同时实现低温下同步催化NaBH4高效产H2及高效除Cr(Ⅵ)的目的，在30℃条件下，氢气转化率由32.04%提高到80.70%，CrT的去除率由46.72%升至98.96%。

A method for simultaneous hydrogen production and Cr (VI) catalyzed by NaBH4

The invention relates to a method for catalyzing the simultaneous production of hydrogen and Cr (VI) by NaBH4, which belongs to the technical field of sewage treatment. The method is: preparation of Fe Al Si complex: extracting 30mim from fly ash and HCl ultrasonic, after solid-liquid separation, adjusting (Al+Fe) /Si molar ratio in Fly Ash Leaching Solution to (6.5+0.3) /2.5, adding solution to fly ash leach solution, so that pH of fly ash leaching solution is 2.0~ 3; magnetic stirring and NaOH solution are used to regulate For 6~7, the floc Fe Al Si complex was precipitated, and the floc Fe Al Si complex was precipitated many times, until the filtrate was free of impurity ions, then the powder Fe Al Si compound was obtained by drying and grinding, and the powder like Fe Al wastewater compound was mixed with the chromium containing wastewater according to a certain mass ratio. The advantage of the invention is that the addition of Fe Al Si complex helps to simultaneously achieve the purpose of simultaneous catalytic NaBH4 production of H2 and high efficiency Cr (VI) at low temperature. At 30 C, the conversion rate of hydrogen is increased from 32.04% to 80.70%, and the removal rate of CrT is increased from 46.72% to 98.96%.

【技术实现步骤摘要】
一种催化NaBH4同步产氢、除Cr(Ⅵ)的方法
本专利技术属于污水处理
，具体涉及一种催化NaBH4同步产氢、除Cr(Ⅵ)的方法。
技术介绍
铬元素广泛分布于地壳中，其含铬化合物广泛用于电镀防锈防腐、冶金、药物合成、皮革鞣制、纺织和印染颜料制造及木料防腐等领域。目前，六价铬污染已经成为一个国际性环境问题，许多国家如中国、美国、墨西哥、印度、南非、新喀里多尼亚等受铬污染的影响。地下水和地表水是宝贵的淡水资源，尽管有人认为可溶及不可溶的Cr（III）在自然条件下可以转化成六价铬，但是，冶炼、电镀和皮革等企业不达标含铬废水的排放和泄漏是造成水体中铬污染的主要原因，因此从源头控制铬污染是十分必要的。目前，Cr(Ⅵ)处理方法有很多，化学还原法作为传统工艺，具有设备简单、易于操作、去除效果好，铬泥可回收等优点，仍然是大多数水厂处理高浓度含Cr(Ⅵ)废水的首选。但是，化学还原法研究进展缓慢，存在渣多、难沉、还原剂过量投加、终点pH控制要求高等问题。强酸条件有利于提高Cr(Ⅵ)的电极电势，加快氧化还原反应速度与增强Cr(Ⅵ)还原程度。过量还原剂可以弥补还原剂在水中发生副反应的消耗，但是，向水体中加入还原剂去除水体中Cr(Ⅵ)的同时，一定程度上会产生另一种低毒废水，减少还原剂的使用，从环保的角度讲可减少另一种废水的产生。因还原前需投加大量的酸，为使还原生成的三价铬生成沉淀，需要加碱调节体系终点pH，且需要严格控制终点pH，以避免三价铬在碱性条件下重新溶解，造成总铬不达标的情况。为减少污泥产量，往往用NaOH来调终点pH，但Cr(OH)3难沉，为增强去除效果，可辅助聚丙烯酰胺/聚合氯化铝/聚合硫酸铁等絮凝剂或助凝剂。NaBH4为一种温和的还原剂，其水解过程伴随着还原和产H2过程，可直接用于Cr(VI)的还原。高初始pH条件下，通过催化作用提高NaBH4水解能力，可减少NaBH4还原和Cr(VI)氧化能力对H+的依赖，省去强酸条件和调碱步骤，同时得到高附加值副产物H2，最终达到试剂和污泥减量化及NaBH4资源化的目的。NaBH4作为低毒、质轻的还原剂有广泛的应用前景。基于化学还原法处理Cr(Ⅵ)缺陷尚未解决，化学还原新技术应该试图从还原剂减量化、酸和碱试剂的减量化、污泥减量化来进行研究。硼氢化钠，常温常压下稳定，是最常用的还原剂之一，对空气中的水气和氧较稳定，操作处理容易，常用于液相法制备纳米零价铁来去除水中的Cr(Ⅵ)，直接用于Cr(Ⅵ)还原的很少见。Liu等的研究中曾采用FeCl3配合NaBH4使用，在溶液初始pH3.5~6.0，可高效快速地去除水中的Cr(Ⅵ)，最高去除率达97.6%，去除作用提升的关键点在于Fe3+水解释放H+，Cr(Ⅵ)作为电子受体可得到还原。硼氢化钠的水解过程是和其作为还原剂有关，是一个产生氢气的过程。酸和金属盐做为催化剂可加速NaBH4水解，金属盐如Al，Co，Cu，Fe和Ni等，常见于能源领域催化产氢的研究。水解副产物H2，相比于硫系还原剂副产物SO2，低毒无害。粉煤灰作为产量最大的固体废物，含有丰富的Fe、Al和Si资源，其综合利用程度不高。客观的讲，单纯的对粉煤灰中的铝资源进行综合利用，从成本与效益角度考虑是行不通的。一是工业级氧化铝本身附加值不高；二是粉煤灰分解及铝提取，运行成本高；三是如果对粉煤灰中的硅、铁等资源废弃不用，会造成有价资源的严重浪费。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有除Cr(Ⅵ)方法存在渣多、难沉、还原剂过量投加、终点pH控制要求高的问题，提供一种催化NaBH4同步产氢、除Cr(Ⅵ)的方法。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种催化NaBH4同步产氢、除Cr(Ⅵ)的方法，所述方法的具体步骤为：步骤一：Fe-Al-Si复合物的制备（1）将粉煤灰和1.2mol/L的HCl以2.00:50g/mL的固液比超声提取30mim，超声功率为700W，采用抽滤的方法进行固液分离，然后利用电感耦合等离子体发射光谱检测粉煤灰浸出液中Fe，Al和Si含量，通过向粉煤灰浸出液中逐滴滴加Al3+和Fe3+溶液，将粉煤灰浸出液中(Al+Fe)/Si摩尔比调至(6.5+0.3)/2.5；（2）向粉煤灰浸出液中加入1.0mol/LNaOH溶液，使得粉煤灰浸出液的pH为2.0~3.0；（3）打开磁力搅拌，转速设置为650r/min，逐滴滴加NaOH溶液，直至终点pH为6~7，即得到絮状Fe-Al-Si复合物沉淀；（4）用超纯水洗涤絮状Fe-Al-Si复合物沉淀4~5次，直至滤液中无杂质离子，再经50℃真空干燥6h，研磨直至全部通过200目尼龙筛，即得到粉末状Fe-Al-Si复合物；步骤二：催化产氢、除Cr(VI)按照25：1~10的质量比将步骤一制得的粉末状Fe-Al-Si复合物与10~100mg/L的含铬废水混合，调节混合物的pH为2.0~10.0，温度控制为18~60℃，按照粉末状Fe-Al-Si复合物：NaBH4=25：20的质量比加入NaBH4、迅速封闭反应容器，以0~650r/min的搅拌速度进行磁力搅拌，使用排水法收集H2，反应5~60min后，停止搅拌，静置15min。本专利技术相对于现有技术的有益效果是：Fe-Al-Si复合物的加入，有助于同时实现低温下同步催化NaBH4高效产H2及高效除Cr(Ⅵ)的目的，将初始pH设置为3.0，在30℃条件下，氢气转化率由32.04%提高到80.70%，CrT的去除率由46.72%升至98.96%。附图说明图1为Fe-Al-Si复合物红外光谱图；图2为搅拌速度对NaBH4产氢的影响结果图；图3为一级动力学拟合曲线图；图4为二级动力学拟合曲线图；图5为初始pH的影响结果图；图6为水溶液中NaBH4产氢量对比图；图7为100mg/LCr(Ⅵ)溶液中NaBH4产氢量对比图；图8为初始pH对Cr(Ⅵ)还原的影响结果图；图9为Cr(Ⅵ)浓度对NaBH4产氢量的影响结果图；图10为不同NaBH4/Cr(Ⅵ)比对Cr(Ⅵ)去除的影响结果图；图11为水溶液中温度对NaBH4水解的影响结果图；图12为不同温度下水溶液中NaBH4水解动力学拟合曲线图；图13为100mg/LCr(Ⅵ)溶液中温度对NaBH4水解的影响结果图；图14为不同温度下100mg/LCr(Ⅵ)溶液中NaBH4水解动力学拟合曲线图；图15为lnk&1/T关系图；图16为Fe-Al-Si复合物对NaBH4水解的影响结果图；图17为Fe-Al-Si复合物对CrT&Cr(Ⅵ)去除及NaBH4产氢的影响结果图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。具体实施方式一：本实施方式记载的是一种催化NaBH4同步产氢、除Cr(Ⅵ)的方法，所述方法的具体步骤为：步骤一：Fe-Al-Si复合物的制备（1）将粉煤灰和1.2mol/L的HCl以2.00:50g/mL的固液比超声提取30mim，超声功率为700W，采用抽滤的方法进行固液分离，然后利用电感耦合等离子体发射光谱检测粉煤灰浸出液中Fe，Al和Si含量，通过向粉煤灰浸出液中逐滴滴加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种催化NaBH4同步产氢、除Cr(Ⅵ)的方法，其特征在于：所述方法的具体步骤为：步骤一：Fe‑Al‑Si复合物的制备（1）将粉煤灰和1.2 mol/L的HCl以2.00:50 g/mL的固液比超声提取30mim，超声功率为700W，采用抽滤的方法进行固液分离，然后利用电感耦合等离子体发射光谱检测粉煤灰浸出液中Fe，Al和Si含量，通过向粉煤灰浸出液中逐滴滴加Al3+和Fe3+溶液，将粉煤灰浸出液中(Al+Fe)/Si摩尔比调至 (6.5+0.3)/2.5；（2）向粉煤灰浸出液中加入1.0 mol/L NaOH溶液，使得粉煤灰浸出液的pH为2.0~3.0；（3）打开磁力搅拌，转速设置为650 r/min，逐滴滴加NaOH溶液，直至终点pH为6~7，即得到絮状Fe‑Al‑Si复合物沉淀；（4）用超纯水洗涤絮状Fe‑Al‑Si复合物沉淀4~5次，直至滤液中无杂质离子，再经50℃真空干燥6 h，研磨直至全部通过200目尼龙筛，即得到粉末状Fe‑Al‑Si复合物；步骤二：催化产氢、除Cr(VI)按照25：1~10的质量比将步骤一制得的粉末状Fe‑Al‑Si复合物与10~100 mg/L的含铬废水混合，调节混合物的pH为2.0~10.0，温度控制为18 ~ 60℃，按照粉末状Fe‑Al‑Si复合物：NaBH4=25：20的质量比加入NaBH4、迅速封闭反应容器，以0~650 r/min的搅拌速度进行磁力搅拌，使用排水法收集H2，反应5~60 min后，停止搅拌，静置15min。...

【技术特征摘要】
1.一种催化NaBH4同步产氢、除Cr(Ⅵ)的方法，其特征在于：所述方法的具体步骤为：步骤一：Fe-Al-Si复合物的制备（1）将粉煤灰和1.2mol/L的HCl以2.00:50g/mL的固液比超声提取30mim，超声功率为700W，采用抽滤的方法进行固液分离，然后利用电感耦合等离子体发射光谱检测粉煤灰浸出液中Fe，Al和Si含量，通过向粉煤灰浸出液中逐滴滴加Al3+和Fe3+溶液，将粉煤灰浸出液中(Al+Fe)/Si摩尔比调至(6.5+0.3)/2.5；（2）向粉煤灰浸出液中加入1.0mol/LNaOH溶液，使得粉煤灰浸出液的pH为2.0~3.0；（3）打开磁力搅拌，转速设置为650r/min，逐滴滴加NaOH溶液，直至终点...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晟锌，陈忠林，康晶，王斌远，张金娜，沈吉敏，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23