CN106622402A - 一种电镀废水处理用离子交换纤维及电镀废水处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电镀废水处理用离子交换纤维及电镀废水处理方法，该离子交换纤维通过下述步骤制得：取适量特定纤维缓慢加入到适量的有机醇中，并加入定量的胺基化试剂，搅拌状态下反应，产物用水洗涤、晾干,得到中间产物；向中间产物中加入适量有机醛、含氯类溶剂、水，常温搅拌，加入磷酸化试剂，回流反应，结束后除去溶剂，依次用水、盐酸清洗产物，最后用水洗至中性得到离子交换纤维产物。将所述电镀废水处理用离子交换纤维放置于离子交换器中，以一定流速通入电镀废水，吸附分离有效态重金属及无机磷。本发明离子交换纤维制备方法简单、快捷，适合工业化生产，且通过吸附、交换可快速去除电镀废水中的重金属，达到处理重金属污染的目的。

Description

一种电镀废水处理用离子交换纤维及电镀废水处理方法
技术领域
本发明涉及一种离子交换纤维，具体涉及一种电镀废水处理用离子交换纤维、以及利用该离子交换纤维处理电镀废水的方法。
背景技术
电镀工业是我国重要的加工业，其产品广泛地应用于各个行业中，同时电镀行业也是当今我国三大污染工业之一，其生产过程中产生的大量含镍、铬等重金属废水给环境带来严重的污染。据有关资料统计，目前我国电镀企业已达到2万多家，其每年向环境排放的废水多达4亿吨。
电镀废水的成分非常复杂，其中重金属废水是电镀业潜在危害性极大的废水类别。根据重金属废水中所含重金属元素进行分类，一般可以分为含铬(Cr)废水、含镍(Ni)废水、含镉(Cd)废水、含铜(Cu)废水、含锌(Zn)废水、含金(Au)废水、含银(Ag)废水等。传统的电镀废水处理方法有：化学沉淀法、生物法、电解法、膜分离、离子交换法等。其中化学沉淀法是加入化学试剂，在碱性条件下将重金属离子沉淀的一种方法。中和沉淀法操作简便，但该法只是使重金属转移，容易产生二次污染。生物法无毒安全，不产生二次污染，但是活体生物絮凝剂不易保存，絮凝剂生产成本高。电解法能有效回收重金属，但是不适用于低浓度电镀废水。膜分离方法的优点是设备简单、操作方便、占地少、效率高、不需添加化学试剂等，但膜组件价格昂贵、膜使用过程中易受污染等。离子交换具有选择性吸附及浓缩富集功能，能将重金属离子从废水中分离出来，得到浓度较高、杂志含量较低的回收液，具有较好的发展前景，但是目前处理重金属电镀废水的离子交换材料主要是颗粒状离子交换树脂，交换容量不高、单位时间处理水量也小、流通阻力大。离子交换纤维是继离子交换树脂之后出现的一种新型吸附分离材料，具有传质距离短、吸附速率快、净除率高等明显的动力学优势。离子交换纤维吸附材料综合了颗粒状离子交换树脂与纤维过滤材料的各自优点，因此，在化工分离、清洁生产及资源回收利用等工业、环保领域中具有广阔的应用前景。
CN201110150940.5公开了一种含镍、铜离子的废水处理方法，将废水在压力作用下通过离子交换柱，150ppm的镍可处理至1ppm以下，但是颗粒状离子交换树脂的交换容量低，单位时间水处理量小，且易堵塞。
CN201310560417公开了一种利用弱酸离子交换纤维处理含镍/含铜电镀废水的方法，使用自制的弱酸离子交换纤维可有效将电镀废水中铜、镍提取出来，且离子交换纤维可重复利用200次。但是处理对象单一，仅对体系中阳离子重金属有作用。
发明内容
基于以上方法及发明存在的不足，本发明提供一种电镀废水处理用离子交换纤维以及利用该离子交换纤维处理电镀废水的方法，主要是通过构建特定结构的官能团，实现对于Cr(VI)、Cu2+、Ni2+的高性能吸附，可在很宽的pH范围内(pH＝1～13)对废水中Cr(VI)、Cu2+、Ni2+处理率达98.0％以上；该离子交换纤维可在室温下长期保存五年以上，其吸附性能不变。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种电镀废水处理用离子交换纤维，该离子交换纤维通过下述步骤制得：
(1)胺基化反应：取适量特定纤维缓慢加入到适量的有机醇中，并加入定量的胺基化试剂，搅拌状态下于90-130℃反应3-10h，产物用水洗涤、晾干,得到中间产物；
(2)磷酸化反应：向中间产物中加入适量有机醛、含氯类溶剂、水，常温搅拌5-10min，加入磷酸化试剂，回流反应1-6h，结束后除去溶剂，依次用水、1-5％盐酸清洗产物，最后用水洗至中性得到离子交换纤维产物。
所述特定纤维选自聚烯烃、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚乙烯-丙烯腈共聚物中的一种或多种。
所述有机醇为乙二醇、三甘醇、丙三醇或多羟基醇中的一种或多种。
所述胺基化试剂选自乙二胺、三乙醇胺、三异丙醇胺、三乙烯四胺、三缩四乙二胺中的一种或多种。
所述有机醛选自甲醛、乙醛、正丁醛、异丁醛、十二醛、苯甲醛中的一种或多种。
所述含氯类溶剂包括1,2-二氯乙烷、三氯甲烷、四氯甲烷、氯乙烷、氯丙烷中的一种或多种。
所述磷酸化试剂包括三氯氧磷、三氯化磷、五氧化二磷、磷酸、焦磷酸中的一种或多种。
步骤(1)中所述纤维、有机醇与胺基化试剂质量比为1:5-50:1-20；步骤(2)中所述中间产物、有机醛、含氯类溶剂、水与磷酸化试剂质量比为1:5-20:0.5-10:2-20:5-20。
一种电镀废水处理方法，该处理方法包括下述步骤：将所述电镀废水处理用离子交换纤维放置于离子交换器中，以一定流速通入电镀废水，通过交换器内离子交换纤维进行吸附分离，以去除电镀废水有效态重金属及无机磷。
所述电镀废水通过的流速为3-15ml/(min·g)；所述离子交换纤维吸附Cr(VI)、Cu2+、Ni2+重金属及无机磷。
本发明的有益效果：
1、本发明提供的电镀废水处理用离子交换纤维制备方法简单、快捷、易操作，适于工业化生产；
2、制得的离子交换纤维同时对电镀废水中有效态阳离子、阴离子重金属及无机磷都有螯合能力强、性能稳定，可快速从溶液中分离目标离子；
3、电镀废水处理用离子交换纤维具备独特的纤维结构，可循环再生500次以上，使用寿命高，相对成本低。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步说明本发明，但不是对本发明的限制。
本发明提供一种电镀废水处理用离子交换纤维及其制备方法，该方法以特定纤维为骨架，通过胺基化、磷酸化反应，形成高选择性吸附材料；本发明的产品对体系中阴阳重金属离子均有较好的离子交换作用，吸附容量大，螯合能力强，能够有效地从废水中把Cr(VI)、Cu2+、Ni2+等重金属离子吸附出来，同时有效去除废水中无机磷；
本发明所述的离子交换纤维制备方法简单、快捷，适合工业化生产，且通过吸附、交换可快速去除电镀废水中的重金属，达到处理重金属污染的目的。
以下实施例中：电镀废水取自马鞍山一厨房配件制造公司，废水成分为Cr6+87ppm、Cu2+56ppm、Ni2+26ppm、Tp65ppm。
特定纤维选自聚烯烃、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚乙烯-丙烯腈共聚物中的一种或多种。
有机醇为乙二醇、三甘醇、丙三醇或多羟基醇中的一种或多种。
胺基化试剂选自乙二胺、三乙醇胺、三异丙醇胺、三乙烯四胺、三缩四乙二胺中的一种或多种。
有机醛选自甲醛、乙醛、正丁醛、异丁醛、十二醛、苯甲醛中的一种或多种。
含氯类溶剂包括1,2-二氯乙烷、三氯甲烷、四氯甲烷、氯乙烷、氯丙烷中的一种或多种。
磷酸化试剂包括三氯氧磷、三氯化磷、五氧化二磷、磷酸、焦磷酸中的一种或多种。
实施例1
(1)胺基化反应：取聚丙烯腈纤维10g，缓慢加入到150ml丙三醇中搅拌均匀，再加入50g乙二胺，110℃反应8h，过滤，用自来水充分清洗至洗脱液接近中性后晾干；
(2)磷酸化反应：取第一步反应后的中间产物，加入到200ml乙醛、45ml1,2-二氯乙烷中、50ml水，常温搅拌10min，再加入60g磷酸，回流下反应5h，结束后除去溶剂，依次用水、2％盐酸清洗产物，最后用水洗至中性得到产物；
(3)电镀废水处理：取10ml产物装入离子交换柱。将1200mL电镀废水以7ml/(min·g)速度过交换柱。
测量、计算吸附前后的溶液中Cr6+、Cu2+、Ni2+、Tp量可得：Cr60.02ppm、Cu2+0.03ppm、Ni2+0.02ppm、Tp3ppm。
实施例2
(1)胺基化反应：取聚丙烯腈纤维10Kg，缓慢加入到150L丙三醇中搅拌均匀，再加入50Kg三乙醇胺，110℃反应8h，过滤，用自来水充分清洗至洗脱液接近中性后晾干；
(2)磷酸化反应：取第一步反应后的中间产物，加入到200L正丁醛、45L三氯甲烷、50L水中，常温搅拌10min，再加入70g五氧化二磷，回流下反应5h，结束后除去溶剂，依次用水、2％盐酸清洗产物，最后用水洗至中性得到产物；
(3)电镀废水处理：取10L产物装入离子交换柱。将1200L电镀废水以10ml/(min·g)速度过交换柱。
测量、计算吸附前后的溶液中Cr6+、Cu2+、Ni2+、Tp量可得：Cr60.05ppm、Cu2+0.03ppm、Ni2+0.03ppm、Tp5ppm。
实施例3
(1)胺基化反应：取聚丙烯腈纤维10Kg，缓慢加入到150L丙三醇中搅拌均匀，再加入65Kg三乙烯四胺，100℃反应6h，过滤，用自来水充分清洗至洗脱液接近中性后晾干；
(2)磷酸化反应：取第一步反应后的中间产物，加入到180L正丁醛、50L氯乙烷、60L水中，常温搅拌10min，再加入60g五氧化二磷，回流下反应5h，结束后除去溶剂，依次用水、2％盐酸清洗产物，最后用水洗至中性得到产物；
(3)电镀废水处理：取10L产物装入离子交换柱。将1200L电镀废水以10ml/(min·g)速度过交换柱。
测量、计算吸附前后的溶液中Cr6+、Cu2+、Ni2+、Tp量可得：Cr60.02ppm、Cu2+0.02ppm、Ni2+0.01ppm、Tp3ppm。
实施例4
(1)胺基化反应：取聚丙烯腈纤维10g，缓慢加入到150ml丙三醇中搅拌均匀，再加入50g三异丙醇胺，110℃反应8h，过滤，用自来水充分清洗至洗脱液接近中性后晾干；
(2)磷酸化反应：取第一步反应后的中间产物，加入到200ml乙醛、45ml1,2-二氯乙烷中、60ml水，常温搅拌6min，再加入磷酸，回流下反应6h，结束后除去溶剂，依次用水、2％盐酸清洗产物，最后用水洗至中性得到产物；
(3)电镀废水处理：取10ml产物装入离子交换柱。将1200mL电镀废水以7ml/(min·g)速度过交换柱。
测量、计算吸附前后的溶液中Cr6+、Cu2+、Ni2+、Tp量可得：Cr60.05ppm、Cu2+0.05ppm、Ni2+0.05ppm、Tp5ppm。
上述实施例1-4步骤(1)中纤维、有机醇与胺基化试剂质量比为1:5-50:1-20；步骤(2)中中间产物、有机醛、含氯类溶剂、水与磷酸化试剂质量比为1:5-20:0.5-10:2-20:5-20；上述实施例仅选取部分具体值参数进行具体说明，并不构成对质量比范围的限制；
上述实施例1-4步骤(3)中电镀废水通过的流速为3-15ml/(min·g)，实施例中仅选取部分具体值参数进行具体说明，并不构成对流速范围的限制。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电镀废水处理用离子交换纤维，其特征在于：该离子交换纤维通过下述步骤制得：
(1)胺基化反应：取适量特定纤维缓慢加入到适量的有机醇中，并加入定量的胺基化试剂，搅拌状态下于90-130℃反应3-10h，产物用水洗涤、晾干,得到中间产物；
(2)磷酸化反应：向中间产物中加入适量有机醛、含氯类溶剂、水，常温搅拌5-10min，加入磷酸化试剂，回流反应1-6h，结束后除去溶剂，依次用水、1-5％盐酸清洗产物，最后用水洗至中性得到离子交换纤维产物。
2.根据权利要求1所述的一种电镀废水处理用离子交换纤维，其特征在于：所述特定纤维选自聚烯烃、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚乙烯-丙烯腈共聚物中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种电镀废水处理用离子交换纤维，其特征在于：所述有机醇为乙二醇、三甘醇、丙三醇或多羟基醇中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种电镀废水处理用离子交换纤维，其特征在于：所述胺基化试剂选自乙二胺、三乙醇胺、三异丙醇胺、三乙烯四胺、三缩四乙二胺中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种电镀废水处理用离子交换纤维，其特征在于：所述有机醛选自甲醛、乙醛、正丁醛、异丁醛、十二醛、苯甲醛中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种电镀废水处理用离子交换纤维，其特征在于：所述含氯类溶剂包括1,2-二氯乙烷、三氯甲烷、四氯甲烷、氯乙烷、氯丙烷中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种电镀废水处理用离子交换纤维，其特征在于：所述磷酸化试剂包括三氯氧磷、三氯化磷、五氧化二磷、磷酸、焦磷酸中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种电镀废水处理用离子交换纤维，其特征在于：步骤(1)中所述纤维、有机醇与胺基化试剂质量比为1:5-50:1-20；步骤(2)中所述中间产物、有机醛、含氯类溶剂、水与磷酸化试剂质量比为1:5-20:0.5-10:2-20:5-20。
9.一种电镀废水处理方法，其特征在于：该处理方法包括下述步骤：将权利要求1-8任一所述电镀废水处理用离子交换纤维放置于离子交换器中，以一定流速通入电镀废水，通过交换器内离子交换纤维进行吸附分离，以去除电镀废水有效态重金属及无机磷。
10.根据权利要求9所述的一种电镀废水处理方法，其特征在于：所述电镀废水通过的流速为3-15ml/(min·g)；所述离子交换纤维吸附Cr(VI)、Cu2+、Ni2+重金属及无机磷。
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