一种催化还原耦合膜过滤强化去除六价铬的方法技术

一种催化还原耦合膜过滤强化去除六价铬的方法，属于水处理技术领域。所述方法为：将初始pH小于3.07的混合溶液在650rpm的连续搅拌情况下，向混合溶液中添加NaBH4粉末，其中温度保持在23～27℃内恒定，从而导致Cr(VI)还原；连续搅拌停止于还原反应进行至5min时，静置15min～24h，得到非均相溶液；经MCE膜进行过滤处理。本发明专利技术中Cr(VI)

【技术实现步骤摘要】
一种催化还原耦合膜过滤强化去除六价铬的方法


[0001]本专利技术属于水处理
，具体涉及一种催化还原耦合膜过滤强化去除六价铬的方法。

技术介绍

[0002]铬作为重要的战略物资之一，因具有质硬、耐磨、耐高温和抗腐蚀等优良特性，而广泛应用于冶金、化学、电镀、木料防腐、皮革鞣制等行业。铬的毒性与其价态有关，废水中的铬主要以Cr(VI)和Cr(III)存在，其中Cr(VI)不仅具有较高的毒性，还有极强的移动性，因此将Cr(VI)还原为Cr(III)再通过沉淀法去除，一般被认为是Cr(VI)的最好归宿，这也是Cr(VI)废水常用的实际处理工艺。然而，随着表面处理技术的不断发展与更新，大量有机化合物被广泛应用于各行业，其中包括草酸、柠檬酸、酒石酸、甲酸等天然有机配体，以及EDTA、各种表面活性剂、医药中间体等合成有机配体。这些有机物与Cr(III)在水中可形成多核配位化合物，因而成为稳定的Cr(III)配合物废水，阻碍Cr(III)向固相转化，采用碱沉淀法难以实现铬的达标排放，这向传统化学沉淀处理Cr(VI)工艺提出挑战。
[0003]上述有机物对含铬废水处理的影响主要表现为：一是具有还原能力的有机配体(如草酸、柠檬酸以及酒石酸等含有α
‑
羟基的有机物)与所投加的还原剂，都可以与Cr(VI)发生氧化还原反应，但是一般前者还原Cr(VI)的速率很慢；二是有机配体中通常含有能提供孤对电子的N或O原子，会与还原产生Cr(III)或共存阳离子形成金属有机络合物，从而对Cr(III)的沉淀过程产生影响。目前，关于有机物对Cr(VI)还原效果的影响研究较多，Mario等人考察了自然界普遍存在的α
‑
羟基羧酸、α
‑
羰基羧酸、羧酸、酚类及抗坏血酸等有机还原剂以及EDTA、乙酰丙酮等络合剂对零价铁还原Cr(VI)的影响，结果表明，在Cr(VI)的初始浓度和pH较低情况下，有机还原剂使得Cr(VI)还原速率最高提高了近50倍。Liu等研究结果表明，在柠檬酸存在的情况下，零价铁的活性和耐久性不能得到有效地改善，只有引入光激发的情况下才能显著的增加Cr(VI)还原率。然而，他们的研究大多数仅考虑有机分子对还原剂还原Cr(VI)的强化作用，而未考虑Cr(III)的后续去除问题。残余的Cr(III)将在特定环境中会转化为Cr(VI)，这是不可忽视的。因此，从废水中将残余的Cr(III)去除才是真正消除Cr(VI)污染。故对于由Cr(VI)
‑
有机化合物
‑
还原剂所组成氧化还原新体系，兼顾Cr(VI)还原和总Cr(TCr)去除十分必要。
[0004]含Cr(VI)
‑
有机化合物的工业废水治理是环境领域中一个值得长期关注的问题。草酸及其盐类通常用于许多工业过程，如化学合成、制药、木材防腐、金属表面清洁和处理、纺织印染、皮革加工和冶金等。由于其在工业过程中的广泛应用，可能与木材防腐、染色和电镀等各种废水中的Cr(VI)共存。草酸及其盐类虽然结构相对简单，但其含有
‑
COO
‑
官能团，O原子能提供孤对电子，与Cr(III)产生络合作用。因此，其Cr(VI)
‑
草酸的工业废水处理是一个值得长期关注的问题。
[0005]在过去的研究中发现，Cr(VI)
‑
草酸根(Ox)共存体系经NaBH4处理后，Cr(VI)的还原率和TCr去除率与Ox浓度密切相关，高浓度的Ox(大于1mM)具有强化NaBH4还原Cr(VI)的
作用，但是低浓度(小于1mM)的Ox不仅对Cr(VI)还原增效作用不明显，反而强烈影响体系的浊度，使生成的Cr(III)难以沉淀，从而影响TCr的去除。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了解决工业废水中六价铬难去除的问题，提供一种催化还原耦合膜过滤强化去除六价铬的方法。
[0007]NaBH4作为一种常见的强还原剂，可以使用酸和金属盐或其络合物作为均相催化剂加速其水解。在Fe或Al催化作用下，采用NaBH4处理水中高浓度Cr(VI)单一体系是可行的，并且生成的Cr(III)在短时间内可以通过自然沉降的方法得以去除。因此，专利技术中针对低浓度Ox和Cr(VI)共存体系中Cr(VI)的去除问题，开发了一种Fe、Al催化NaBH4/微膜过滤同步除浊除污方法，高效还原Cr(VI)的同时解决Cr(III)残留问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0009]一种催化还原耦合膜过滤强化去除六价铬的方法，所述方法步骤如下：
[0010]步骤一：将初始pH小于3.07的混合溶液在650rpm的连续搅拌情况下，向混合溶液中添加NaBH4粉末，其中温度保持在23～27℃内恒定，从而导致六价铬还原；控制混合溶液中六价铬与草酸根、三价铁、三价铝和硅酸根的摩尔浓度比在1.92mM：0～0.40mM：0～3.0mM：0～3.0mM：0～3.0mM范围内；
[0011]步骤二：连续搅拌停止于还原反应进行至5min时，静置15min～24h，得到含有悬浮物(SS)的非均相溶液；
[0012]步骤三：经MCE膜进行过滤处理。
[0013]本专利技术相对于现有技术的有益效果为：本专利技术中Cr(VI)
‑
Ox共存体系中Cr(VI)的去除采取两步法：还原自沉淀处理和过滤处理。选择常见的Fe(III)和Al(III)为催化剂，成本低廉，在非强酸性条件下，便能明显增强NaBH4对高浓度Cr(VI)的还原效果，以及Cr(III)
‑
Ox共存体系中Cr(III)的自然沉淀效果(适宜的Fe(III)和Al(III)浓度，使得TCr去除率在98.49％～99.90％之间)。Fe(III)和Al(III)的引入，增大Cr(III)悬浮物的尺寸，Cr(III)可有效且几乎全部被微滤膜截留。过滤处理可以有效地进一步去除悬浮态Cr(III)浓度，保证出TCr浓度在1mg/L以下。Fe(III)和Al(III)的引入可使得更多的Ox留在液相，有利于Ox的回用。
附图说明
[0014]图1为Ox浓度对Cr(VI)转化的影响图；
[0015]图2为Ox浓度对多组分混合溶液中TCr去除自然沉降15min的影响图；
[0016]图3为Ox浓度对浊度的影响图；
[0017]图4为Fe、Al和Si的自沉效果图；
[0018]图5为Ox浓度对多组分混合溶液中TCr去除自然沉降15min后经孔径为0.45μm的微滤膜过滤的影响图；
[0019]图6为Fe、Al、Si的浓度均为2.0mM时的对比图；
[0020]图7为NaBH4投加量对体系浊度的影响图；
[0021]图8为NaBH4投加量对体系终点pH的影响图；
[0022]图9为NaBH4用量对各组分混合溶液中TCr去除的影响图；
[0023]图10为Fe离子浓度对Cr(VI)转化率和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种催化还原耦合膜过滤强化去除六价铬的方法，其特征在于：所述方法步骤如下：步骤一：将初始pH小于3.07的混合溶液在650rpm的连续搅拌情况下，向混合溶液中添加NaBH4粉末，其中温度保持在23～27℃内恒定，从而导致六价铬还原；控制溶液中六价铬与草酸根、三价铁、三价铝和硅酸根的摩尔浓度比在1.92mM：0～0.40mM：0～3.0mM：0～3.0mM：0～3.0mM范围内；步骤二：连续搅拌停止于还原反应进行至5mi...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晟锌，孔星宇，陈忠林，高珊，沈吉敏，康晶，王斌远，恩乔亚，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：