CN106396033B - 电磁耦合电控离子交换处理金属离子废水方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及废水处理领域，具体是一种电磁耦合电控离子交换处理金属离子废水方法，将具有离子空位的磁性电控离子交换功能颗粒投入到金属阳离子废水中，使磁性电控离子交换功能颗粒与废水充分接触发生吸附反应；施入电磁场将吸附饱和的磁性电控离子交换功能颗粒从废水中分离并吸引粘附在电极板上；对带有吸附饱和的磁性电控离子交换功能颗粒的电极板施加氧化电位，目标金属阳离子从磁性电控离子交换功能颗粒中释放出来，对磁性电控离子交换功能颗粒施加还原电位使磁性电控离子交换功能颗粒空位再生。通过电化学方法实现对磁性电控离子交换功能颗粒的再生利用，再生过程为电化学过程，无二次污染并提高了磁性电控离子交换材料的稳定性。

Description

电磁耦合电控离子交换处理金属离子废水方法
技术领域
本发明涉及废水处理领域，具体是一种电磁耦合电控离子交换处理金属离子废水方法，尤其是一种连续重复循环的电磁耦合电控离子交换处理金属离子废水方法。
背景技术
近年来，水溶液中毒性金属阳离子的去除研究得到了广泛的关注。其主要原因为毒性金属离子可进入食物链对生物和人类造成危害，易患有皮炎、肺炎、肾功能衰竭、心血管系统、呼吸道癌、生殖系统等疾病。水体中多数毒性金属阳离子来源于采矿、选矿、冶炼、电镀、化工、核工业、制革和电子制造等行业，这些行业排放的毒性金属废水不仅污染了地表水，同时对地下水造成了一定程度的污染。如何控制毒性金属阳离子污染一直是世界环保领域的热点问题。
目前，有多种去除水溶液中毒性金属阳离子的方法与技术，如化学沉淀，吸附、离子交换，膜过滤、溶剂萃取等。但这些方法都有一定的局限性。如化学沉淀法容易产生大量的有毒沉淀污泥，溶剂萃取法只适合于浓度高于1g /L的毒性金属溶液，离子交换法是处理低浓度毒性金属废水的有效方法，但存在着一次性投资大、占地面积较大、再生洗脱液易造成二次污染、树脂易受污染等问题。电磁耦合电控离子交换是电磁性、离子交换、吸附和电化学相结合的新型离子选择性分离技术与工艺，将具有磁性和识别离子功能的电活性（即电位响应型）离子交换功能材料通过电磁铁吸附到金属电极板上，通过电化学方法调节磁性电活性离子交换功能材料的氧化/还原状态来控制离子的置入/释放，实现溶液中离子的分离；磁性离子交换基体通过电化学电位再生而无需化学再生，消除了二次污染，同时还可回收毒性金属阳离子实现节能减排及资源化利用。
目前有关磁分离技术已经广泛应用于矿业、微生物学、环保等领域，但是电磁耦合电控离子交换处理毒性金属阳离子废水的理论和工艺尚未见报道。通过对电磁耦合电控离子交换处理毒性金属阳离子废水的理论和工艺研究来提高处理废水效率，并且快捷、节能、高效分离回收溶液中毒性重金属阳离子，且该颗粒回收再生容易、无二次污染。故该工艺是一种清洁环境友好的新型处理毒性金属阳离子废水工艺。
发明内容
本发明旨在提供一种清洁环境友好的新型处理毒性金属阳离子废水工艺，具体是一种电磁耦合电控离子交换处理金属离子废水方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种电磁耦合电控离子交换处理金属离子废水方法，将具有离子空位的磁性电控离子交换功能颗粒投入到金属阳离子废水中，使磁性电控离子交换功能颗粒与废水充分接触发生吸附反应；施入电磁场将吸附饱和的磁性电控离子交换功能颗粒从废水中分离并吸引粘附在电极板上；对带有吸附饱和的磁性电控离子交换功能颗粒的电极板施加氧化电位，目标金属阳离子从磁性电控离子交换功能颗粒中释放出来，对磁性电控离子交换功能颗粒施加还原电位使磁性电控离子交换功能颗粒空位再生；
所述磁性电控离子交换功能颗粒是由磁性颗粒及其表面沉积的电活性离子交换功能材料构成的。
按照本发明所述方法，可实现对废水中的金属阳离子连续可控重复分离去除，尤其是中毒性金属阳离子。
本发明所述电磁耦合电控离子交换处理金属离子废水方法，与现有技术相比，其创新之处在于：（1）耦合了磁性颗粒回收吸附剂与电控离子交换技术，以电极电位氧化（还原）为主要推动力，消除了由化学再生剂造成的二次污染；（2）可控制该功能颗粒氧化还原状态提高该功能颗粒与毒性金属阳离子亲和力有助于低浓度废水中金属阳离子的快速置入，并通过电化学氧化还原实现功能颗粒再生和毒性金属阳离子的回收等；（3）磁性电控离子交换功能颗粒可循环重复利用；（4）具有毒性金属阳离子去除率高，实现了短时、节能、高效分离回收溶液中毒性金属阳离子；（5）操作简单、连续性强易于工业化。
附图说明
图1为电磁耦合装置中磁性电控离子交换功能颗粒与废水接触发生吸附反应过程的原理图。
图2为吸附饱和的磁性电控离子交换功能颗粒粘附在电极板过程的原理图。
图3为磁性电控离子交换功能颗粒空位再生的原理图。
图中：1-容器，2-直流电源，3-搅拌器，A-电磁铁，B1-左电极板，B2-右电极板，C-磁性电控离子交换功能颗粒，D-进水阀，E-出水阀。
具体实施方式
下面对本发明技术方案作出进一步说明。
本发明所述方法是在电磁耦合装置中实现的，所述的电磁耦合装置包括用于盛放金属阳离子废水的容器1，相对的置于容器1内两侧的左、右电极板B1、B2，连接于左、右电极板B1、B2之间的直流电源2，附于左电极板B1一侧的电磁铁A，安装于容器1内的搅拌器3，分别安装于容器1上下端的进水阀D和出水阀E。其基本原理是利用磁性电控离子交换功能颗粒特有的磁性以及离子交换性能，通过给吸附磁性电控离子交换功能颗粒的金属电极板施以还原氧化电压，结合外部液体供给系统及控制系统实现毒性金属阳离子的连续可控分离。
如图1所示，直流电源2先不对左、右电极板B1、B2施加电压，打开进水阀注入待处理液，加入磁性电控离子交换功能颗粒C并采用搅拌器3进行搅拌、离子吸附。
如图2所示，待吸附饱和后，打开电磁铁A，磁性电控离子交换功能颗粒C吸附在左电极板B1的一侧，待吸净后，打开出水阀E排出再生液。打开进水阀D注入清洗液，对左电极板B1施加氧化电位，左电极板B1上的磁性电控离子交换功能颗粒C发生氧化反应，为保持容器1中溶液的电中性，目标金属阳离子从磁性电控离子交换功能颗粒C中释放到溶液中，实现了目标金属阳离子的排出。
如图3所示，打开出水阀E排出清洗液、关闭，打开进水阀D注入处理液，对左电极板B1施加还原电位，左电极板B1上的磁性电控离子交换功能颗粒C发生还原反应，实现了磁性电控离子交换功能颗粒的电化学还原再生。
以上述工艺循环进行，通过不断的切换施加在电磁铁A一侧左电极板B1的电极电位，实现了对中毒性金属阳离子的连续选择性吸附及排出，同时也实现了磁性电控离子交换功能颗粒吸附及电化学还原再生的循环重复利用。
具体应用时, 所述磁性电控离子交换功能颗粒为四氧化三铁磁性纳米材料表面包覆有铁氰化铁、亚铁氰化铁、铁氰化镍、聚苯胺/磷酸锆复合物或聚吡咯/磷酸锆复合物的电活性离子交换材料。
具体实施时，所述电极板是由不锈钢材料制成的惰性电极板。
在一些实施例中，磁性电控离子交换功能颗粒的制备方法为化学浸渍沉淀或化学氧化法聚合法。
采用上述电磁耦合电控离子交换处理金属离子废水方法，当电活性离子交换功能材料为铁氰化铁时，该功能颗粒对铯离子最大平衡吸附量为93~162mg·g-1。当电活性离子交换功能材料为亚铁氰化铁时，该功能颗粒对铯离子最大平衡吸附量为80~151mg·g-1。当电活性离子交换功能材料为铁氰化镍时，该功能颗粒对铯离子最大平衡吸附量为100~170mg·g-1。当电活性离子交换功能材料为聚苯胺/磷酸锆复合物时，该功能颗粒对镍离子最大平衡吸附量为113~185mg·g-1，对镉离子最大平衡吸附量为157~236mg·g-1。当电活性离子交换功能材料为聚吡咯/磷酸锆复合物时，对铅离子最大平衡吸附量为382~450mg·g-1；对锌离子最大平衡吸附量为185~250mg·g-1。

Claims (4)

1.一种电磁耦合电控离子交换处理金属离子废水方法，其特征在于，将具有离子空位的磁性电控离子交换功能颗粒投入到金属阳离子废水中，使磁性电控离子交换功能颗粒与废水充分接触发生吸附反应；施入电磁场将吸附饱和的磁性电控离子交换功能颗粒从废水中分离并吸引粘附在电极板上；对带有吸附饱和的磁性电控离子交换功能颗粒的电极板施加氧化电位，目标金属阳离子从磁性电控离子交换功能颗粒中释放出来，对磁性电控离子交换功能颗粒施加还原电位使磁性电控离子交换功能颗粒空位再生；
所述磁性电控离子交换功能颗粒是由磁性颗粒及其表面沉积的电活性离子交换功能材料构成的，所述磁性电控离子交换功能颗粒为四氧化三铁磁性纳米材料表面包覆有铁氰化铁、亚铁氰化铁、铁氰化镍、聚苯胺/磷酸锆复合物或聚吡咯/磷酸锆复合物的电活性离子交换材料。
2.根据权利要求1所述的一种电磁耦合电控离子交换处理金属离子废水方法，其特征在于，磁性电控离子交换功能颗粒的制备方法为化学浸渍沉淀或化学氧化聚合法。
3.根据权利要求1所述的一种电磁耦合电控离子交换处理金属离子废水方法，其特征在于，所述电极板是由不锈钢材料制成的惰性电极板。
4.一种电磁耦合装置，其特征在于，权利要求1至3任一权利要求所述方法是在该装置中实现的，所述的电磁耦合装置包括用于盛放金属阳离子废水的容器（1），相对的置于容器（1）内两侧的左、右电极板（B1、B2），连接于左、右电极板（B1、B2）之间的直流电源（2），附于左电极板（B1）一侧的电磁铁（A），安装于容器（1）内的搅拌器（3），分别安装于容器（1）上下端的进水阀（D）和出水阀（E）。
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