一种利用生物质光化学提取水体中六价铬的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用生物质光化学提取水体中六价铬的方法，属于重金属废水处理技术领域，该方法包括将生物质与含Cr(

【技术实现步骤摘要】
一种利用生物质光化学提取水体中六价铬的方法


[0001]本专利技术涉及重金属废水处理
，特别是涉及一种利用生物质光化学提取水体中六价铬的方法。

技术介绍

[0002]六价铬广泛存在于各种工业废水中，如电镀、印刷、制革、染料和陶瓷等。由于六价铬具有急性毒性、致癌性和高溶解度，大量含铬工业废水的排放严重危害人类和生态系统的安全。同时，由于工业化的发展，铬的消耗量大，需求量大，因此，从含铬废水中移除并回收铬十分必要。传统的回收铬的方法是利用亚硫酸钠等有毒的还原剂将六价铬还原为三价铬，并在碱性条件下将三价铬以氢氧化铬的形式回收。此方法在回收过程中会产生大量碱性废水，且用有毒的还原剂，产生二次污染。
[0003]应可持续发展的要求，大量的学者利用无毒无害且在环境中大量存在的生物质解决环境问题。然而，为了使生物质具有更好的性能，一般需要在浓酸溶液中，经高温高压处理将生物质进行转化为催化剂，或将生物质转化为金属
‑
生物质络合物的吸附剂。但这些制作方法操作复杂、成本高、环境不友好，违背了可持续发展的要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种通过直接用生物质光化学提取水体中六价铬的方法，以解决上述现有技术存在的问题。该方法在可见光的照射下，直接利用不经任何改性的生物质将铬提取并富集于生物质上，既能达到处理含铬废水的目的，又能使铬富集于生物质上，通过煅烧提取铬后的生物质能够得到纯的三氧化二铬，作为资源进行二次利用。该方法能够避免额外的有毒试剂的添加和能源的消耗，直接将生物质与含铬溶液混合，在较温和的pH条件下将六价铬溶液提取出来，既能够移除六价铬，又能够达到富集回收铬的目的，且在反应过程中不产生任何二次污染，符合可持续发展的要求。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种利用生物质光化学提取水体中六价铬的方法，包括以下步骤：将生物质与含Cr(
Ⅵ
)水体混合，调节pH至4.0
‑
6.0，形成混合反应液，对混合反应液进行光化学反应。
[0007]生物质表面含有大量的羟基基团，在酸性条件下，羟基会质子化，使生物质表面带正电，有利于对六价铬阴离子的吸附，并进一步络合形成铬酸酯。以淀粉为例，在淀粉中，由氢键通过C2、C3、C6位置的
‑
OH基团和葡萄糖中
‑
C
‑
O
‑
C
‑
的O原子连接同一链(分子内键)和不同链(分子间键)中的单体单元之间形成的双螺旋结构。在Cr(VI)的光化学提取过程中，氢键可以被打破。当pH低于6时，主要的Cr(VI)将在C6处与质子化的
‑
OH络合形成铬酸盐酯，这是氧化还原反应的先决步骤。在可见光照射下，在质子的参与下，电子将通过配体
‑
金属电荷转移(LMCT)从O 2p轨道转移到铬酸酯的Cr(
Ⅵ
)中心。在此过程中，Cr(VI)被还原为Cr(V)和Cr(IV)中间态物种，同时
‑
OH配体被氧化形成羰基(
‑
CHO)。形成的Cr(V)和Cr(IV)物种可能与双螺旋结构中新生成的
‑
CHO基团和淀粉中其他
‑
OH基团配位，形成更稳定的五配位络
合物，并使Cr在淀粉中均匀分布。中间态的Cr(IV)和Cr(V)可以通过与淀粉中的氧原子结合在多糖结构中稳定存在。同时，由于配位的淀粉体积较大，较大的空间位阻也避免了Cr(IV)和Cr(V)的歧化作用，进一步稳定了Cr(IV)和Cr(V)，保证了铬的提取效率。
[0008]在最佳反应条件下，经提取后的含铬废水中剩余的六价铬和总铬的浓度分别为0.16mg/L和0.25mg/L，符合电镀废水排放标准(GB21900
‑
2008)。以淀粉为例，推测的反应过程如下：
[0009][0010]进一步地，光化学反应之后还包括固液分离，将沉淀从混合反应液中分离出来，达到铬提取的目的。
[0011]进一步地，所述生物质包括淀粉、甲壳素和壳聚糖中的一种或几种。
[0012]进一步地，所述含Cr(
Ⅵ
)水体的初始浓度为5
‑
500mg/L。
[0013]进一步地，所述生物质的加入量为50
‑
1000mg/L含Cr(
Ⅵ
)水体。
[0014]进一步地，所述光化学反应的光源为可见光。
[0015]进一步地，所述光化学反应的反应温度为10
‑
30℃，反应时间为1
‑
10h。
[0016]进一步地，所述光化学反应在搅拌状态下进行。
[0017]进一步地，搅拌转速为200
‑
1000rpm。
[0018]进一步地，所述固液分离包括离心或过滤。
[0019]本专利技术公开了以下技术效果：
[0020]1.本专利技术能够用固态的生物质在光照条件下直接富集回收将铬，避免了工业处理上对含六价铬废水先酸性条件还原再碱性条件沉淀回收铬的复杂操作步骤，避免了大量碱性废水的产生。
[0021]2.本专利技术用的生物质可直接作为反应原材料，无需进一步改性即可达到非常好的提取效果，避免了昂贵且复杂的催化剂及有毒的还原剂等的应用。
[0022]3.本专利技术用纯天然的生物质，成本低廉，反应过程中不产生任何二次污染，是一种环境友好的含铬废水处理和铬资源回收的方法。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施
例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1为实施例1光化学提取后与暗反应吸附后淀粉的图片；
[0025]图2为不同pH条件下光反应后铬的提取效率对比图；
[0026]图3为加入不同量淀粉光反应后铬的提取效率对比图；
[0027]图4为不同生物质对铬的提取效率；
[0028]图5为提取铬以后的淀粉煅烧后的XRD图谱(插入的图片为淀粉煅烧后的固体。)
[0029]图6为实施例1中提取铬后的淀粉的XPS图谱。
具体实施方式
[0030]现详细说明本专利技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本专利技术的限制，而应理解为是对本专利技术的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
[0031]应理解本专利技术中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本专利技术。另外，对于本专利技术中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值，以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本专利技术内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用生物质光化学提取水体中六价铬的方法，其特征在于，包括以下步骤：将生物质与含Cr(
Ⅵ
)水体混合，调节pH至4.0
‑
6.0，形成混合反应液，对混合反应液进行光化学反应。2.根据权利要求1所述利用生物质光化学提取水体中六价铬的方法，其特征在于，光化学反应之后还包括固液分离，将沉淀从混合反应液中分离出来，达到铬提取的目的。3.根据权利要求1所述利用生物质光化学提取水体中六价铬的方法，其特征在于，所述生物质包括淀粉、甲壳素和壳聚糖中的一种或几种。4.根据权利要求1所述利用生物质光化学提取水体中六价铬的方法，其特征在于，所述含Cr(
Ⅵ
)水体的初始浓度为5
‑
500mg/L。5.根据权利要求1所述利用生物质光化学提取水体中六价铬的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵桂霞，姚玲，王祥科，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：