CN113461114A - 一种处理含铜有机废水并回收铜的三维电化学方法 - Google Patents

一种处理含铜有机废水并回收铜的三维电化学方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113461114A
CN113461114A CN202110772958.2A CN202110772958A CN113461114A CN 113461114 A CN113461114 A CN 113461114A CN 202110772958 A CN202110772958 A CN 202110772958A CN 113461114 A CN113461114 A CN 113461114A
Authority
CN
China
Prior art keywords
copper
dimensional electrochemical
organic wastewater
containing organic
electrochemical reactor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110772958.2A
Other languages
English (en)
Inventor
盛国平
郭璞璨
张信
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Science and Technology of China USTC
Original Assignee
University of Science and Technology of China USTC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Science and Technology of China USTC filed Critical University of Science and Technology of China USTC
Priority to CN202110772958.2A priority Critical patent/CN113461114A/zh
Publication of CN113461114A publication Critical patent/CN113461114A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109—Electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C1/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions
    • C25C1/12—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions of copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
    • C25C7/02—Electrodes; Connections thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
    • C25C7/06—Operating or servicing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/46—Apparatus for electrochemical processes
    • C02F2201/461—Electrolysis apparatus
    • C02F2201/46105—Details relating to the electrolytic devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Abstract

本发明公开了一种处理含铜有机废水并回收铜的三维电化学方法，其是：以碳材料作为颗粒电极、以钛片作为阴极、以二氧化钌/钛片作为阳极，构建三维电化学反应器；含铜有机废水流入三维电化学反应器中后，在外加直流电条件下同步催化有机物氧化破络以及破络后铜离子还原沉积，从而实现含铜有机废水的处理并回收铜。本发明的方法无需外加其它化学试剂，在合适电压下能同步实现络合态铜破络与铜回收过程，去除与回收效率高达100％，耗材廉价易得，设备要求以及占地面积要求低，操作工艺简单、无害、普适性强。

Description

一种处理含铜有机废水并回收铜的三维电化学方法
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，特别涉及一种处理含铜有机废水并回收铜的三维电化学方法。
背景技术
工业活动所产生的含铜废水中铜离子往往与共存有机物配位，以络合态形式存在。传统物理分离手段(例如吸附、沉淀)对络合态铜分离回收效果差。“先破络，再分离”方式可以有效的解决因络合配体存在而导致的铜难以回收去除的问题。基于此思路，一系列处理工艺被开发利用，例如氯氧化耦合化学沉淀、臭氧氧化耦合化学沉淀等。大量实验证明这些技术对铜离子去除与回收具有一定效果，但是也存在如下问题：过度依赖化学试剂，存在二次污染风险；操作过程步骤繁琐，对设备要求高等。因此急需开发高效、清洁、易操作的含铜有机废水处理方式。
电化学技术是一种化学品需求少、简便易操作的废水处理技术。但是受限于电极面积与催化活性，利用电化学手段实现含铜废水破络与铜离子回收效率较低。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种处理含铜有机废水并回收铜的三维电化学方法，能简单便捷高效实现铜离子的去除与回收。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种处理含铜有机废水并回收铜的三维电化学方法，其特点在于：以碳材料作为颗粒电极、以钛片作为阴极、以二氧化钌/钛片作为阳极，构建三维电化学反应器；含铜有机废水流入所述三维电化学反应器中后，在外加直流电条件下同步催化有机物氧化破络以及破络后铜离子还原沉积，从而实现含铜有机废水的处理并回收铜。具体包括如下步骤：
(1)将钛片、二氧化钌/钛片分别作为阴极和阳极平行放置于电化学反应器中，并在两电极间填充碳材料作为颗粒电极，构建成三维电化学反应器；
(2)将含铜有机废水流入步骤(1)所构建的三维电化学反应器中，并在两电极板间施加直流电进行处理，排出处理后溶液；
(3)多次重复步骤(2)，铜离子在钛片以及填充的碳材料上沉积，实现铜的回收。
作为优选，所述碳材料为有序介孔碳块体、颗粒活性碳和/或生物碳。
作为优选，在三维电化学反应器中，通过序批式或者连续流运行方式对含铜有机废水进行处理。
本发明的原理是：该三维电化学反应器的阴极与阳极不仅仅为氧化破络和铜离子还原沉淀提供反应位点，还可以为所填充的颗粒电极提供极化电场。在电场的极化下，颗粒电极两端产生极化电压，并同时发生氧化破络与铜离子还原沉淀反应，提高了反应体系的破络效率和铜回收效率。
本发明提供的一种处理含铜有机废水并回收铜的三维电化学方法具有以下有益效果：
本发明的方法无需外加其他化学试剂，在合适电压下能同步实现络合态铜破络与铜回收过程，去除与回收效率高达100％，耗材廉价易得，设备要求以及占地面积要求低，操作工艺简单、无害、普适性强。本发明的工艺可广泛适用于不同pH下有机含铜废水的处理。
附图说明
图1为本发明实施例中所构建的三维电化学反应器的示意图；
图2为实施例1中含铜工业废水在四个循环周期中的COD变化；
图3为实施例1中含铜工业废水在四个循环周期中的铜浓度变化，图中C0为初始浓度、C为测试时浓度；
图4为实施例2中不同有机络合配体对络合态铜去除以及铜回收性能的对比图；
图5为对比例1中三维电化学体系与二维电化学体系的铜回收率对比图；
图6为对比例1中三维电化学反应器内的颗粒电极在处理Cu-EDTA废水后的XRD图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。以下内容仅仅是对本发明的构思所做的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施案例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式代替，只要不偏离发明的构思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。
本发明对三维电化学反应器的阴极、阳极以及颗粒电极材料无特殊限制，具体实施例中以Ti片为阴极、RuO2/Ti片为阳极、有序介孔炭块体材料为颗粒电极。
本发明对需要处理的有机含铜废水组成成分以及来源无特殊限制，具体实施例中络合态铜存在形态可为Cu-EDTA、Cu-氨三乙酸、Cu-酒石酸、Cu-柠檬酸以及实际含铜工业废水。
实施例1
如图1所示，本实施例构建的三维电化学反应器是将Ti片(6*10cm)、RuO2/Ti片(6*10cm)分别作为阴极和阳极平行放置于电化学反应器中，并在两电极间填充有序介孔炭块体材料作为颗粒电极。颗粒电极通过多孔板支撑，多孔板下设置曝气搅拌装置，并设置排水口。
量取300mL含铜工业废水(Cu浓度为160mg/L)加入到图1所示的三维电化学反应器中，在7V电压下反应，以180min为一次循环周期循环运行四次。每个周期结束后处理后的水排出，并重新加入300mL含铜工业废水进行下一个周期反应。
本实施例考察了如图1所示的三维电化学反应器对实际含铜工业废水中的有机物氧化效率以及Cu回收效率。如图2、3所示，该反应器在180min内能使COD下降至50mg-O2L-1以下，且Cu去除效率达到100％，说明该反应器具有优异的破络以及同步回收铜的能力。在四次循环过程中，该反应体系仍保有较高的破络效率与铜回收效率，说明利用三维电化学体系可以稳定实现对含铜有机废水的去除与铜回收。
实施例2
构建与实施例1相同的维电化学反应器。称取一定质量的Na2SO4配置成5mM硫酸钠溶液作为支撑电解质；以CuSO4为铜源，以酒石酸钾钠、氨三乙酸、柠檬酸三钠为络合剂，用上述电解质溶液分别配置含有0.2mM Cu-酒石酸或者0.2mM Cu-柠檬酸或者0.2mM Cu-氨三乙酸的混合溶液共三份，调节混合液pH至7。量取300mL溶液加入到图1所示的三维电化学反应器装置中，在7V电压下反应240min。
本实施例考察了不同有机络合配体对络合态铜去除以及铜回收性能的影响，图4结果表明对于不同的络合态铜，破络、矿化以及铜回收均能通过三维电化学反应系统实现，表明了该方法在处理含铜有机废水具有普适性。
对比例1
构建与实施例1相同的三维电化学反应器，同时构建不填充颗粒电极的二维电化学反应器作为对比。
称取一定质量的Na2SO4配置成5mM硫酸钠溶液作为支撑电解质；以CuSO4为铜源，以EDTA为络合剂，用上述电解质溶液配置含有0.2mM Cu-EDTA的混合溶液，调节混合液pH至7。量取300mL溶液分别加入到两反应器装置中，在7V电压下反应240min。
本实施例比较了没有颗粒电极的二维电化学体系与图1所示的三维电化学体系对铜去除回收的影响。如图5所示，二维电化学体系在240min内仅能实现溶液中50％铜去除回收，而在三维电化学体系中其去除回收效率可达100％，说明三维电化学体系工艺可以提高含铜有机废水在二维电化学体系中的处理与回收效率。图6为使用后颗粒电极的XRD图，由图中可以观测到单质铜物相的存在，进一步说明破络后的Cu离子可以在颗粒电极上被还原沉积下来，从而实现铜回收。
以上仅为本发明的示例性实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种处理含铜有机废水并回收铜的三维电化学方法，其特征在于：以碳材料作为颗粒电极、以钛片作为阴极、以二氧化钌/钛片作为阳极，构建三维电化学反应器；含铜有机废水流入所述三维电化学反应器中后，在外加直流电条件下同步催化有机物氧化破络以及破络后铜离子还原沉积，从而实现含铜有机废水的处理并回收铜。
2.根据权利要求1所述的一种处理含铜有机废水并回收铜的三维电化学方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将钛片、二氧化钌/钛片分别作为阴极和阳极平行放置于电化学反应器中，并在两电极间填充碳材料作为颗粒电极，构建成三维电化学反应器；
(2)将含铜有机废水流入步骤(1)所构建的三维电化学反应器中，并在两电极板间施加直流电进行处理，排出处理后溶液；
(3)多次重复步骤(2)，铜离子在钛片以及填充的碳材料上沉积，实现铜的回收。
3.根据权利要求1或2所述的一种处理含铜有机废水并回收铜的三维电化学方法，其特征在于：所述碳材料为有序介孔碳块体、颗粒活性碳和/或生物碳。
4.根据权利要求1或2所述的一种处理含铜有机废水并回收铜的三维电化学方法，其特征在于：在三维电化学反应器中，通过序批式或者连续流运行方式对含铜有机废水进行处理。
CN202110772958.2A 2021-07-08 2021-07-08 一种处理含铜有机废水并回收铜的三维电化学方法 Pending CN113461114A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110772958.2A CN113461114A (zh) 2021-07-08 2021-07-08 一种处理含铜有机废水并回收铜的三维电化学方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110772958.2A CN113461114A (zh) 2021-07-08 2021-07-08 一种处理含铜有机废水并回收铜的三维电化学方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113461114A true CN113461114A (zh) 2021-10-01

Family

ID=77879204

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110772958.2A Pending CN113461114A (zh) 2021-07-08 2021-07-08 一种处理含铜有机废水并回收铜的三维电化学方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113461114A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114014414A (zh) * 2021-10-08 2022-02-08 华南理工大学 一种铜离子处理方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090114654A (ko) * 2008-04-30 2009-11-04 한국기초과학지원연구원 유기물 함유 시료에 대한 중금속 분석용 전기화학적측정장치
CN105253960A (zh) * 2015-11-23 2016-01-20 雅本化学股份有限公司 一种废水处理装置及通过该装置处理废水的方法
CN110015723A (zh) * 2019-05-08 2019-07-16 山西大学 一种催化废水处理反应装置
CN209778546U (zh) * 2019-03-21 2019-12-13 生态环境部南京环境科学研究所 一种新型三维电极水处理系统
US20200062624A1 (en) * 2017-12-22 2020-02-27 Dalian University Of Technology High-efficiency bio-electrochemical wastewater treatment system for copper removal
CN111517428A (zh) * 2020-06-19 2020-08-11 中国石油化工股份有限公司 一种脱除pta废水中重金属离子的处理工艺及系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090114654A (ko) * 2008-04-30 2009-11-04 한국기초과학지원연구원 유기물 함유 시료에 대한 중금속 분석용 전기화학적측정장치
CN105253960A (zh) * 2015-11-23 2016-01-20 雅本化学股份有限公司 一种废水处理装置及通过该装置处理废水的方法
US20200062624A1 (en) * 2017-12-22 2020-02-27 Dalian University Of Technology High-efficiency bio-electrochemical wastewater treatment system for copper removal
CN209778546U (zh) * 2019-03-21 2019-12-13 生态环境部南京环境科学研究所 一种新型三维电极水处理系统
CN110015723A (zh) * 2019-05-08 2019-07-16 山西大学 一种催化废水处理反应装置
CN111517428A (zh) * 2020-06-19 2020-08-11 中国石油化工股份有限公司 一种脱除pta废水中重金属离子的处理工艺及系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李雪: "有序介孔碳离子电极的制备及降解腐殖酸的研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库（硕士）（工程科技Ⅰ辑）》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114014414A (zh) * 2021-10-08 2022-02-08 华南理工大学 一种铜离子处理方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Rajoria et al. Treatment of electroplating industry wastewater: a review on the various techniques
Chen et al. Recovery of precious metals by an electrochemical deposition method
JP5881727B2 (ja) 廃液処理用の炭素床電解槽及びそのプロセス
US20160039698A1 (en) Method to remediate effluents containing metals complexed with organic and/or inorganic species
US11661356B2 (en) Method and device for removing chloride ion in desulfurized wastewater by electrochemical coupling
CN104496094B (zh) 一种实验室高危废水处理仪及处理方法
WO2019159197A1 (en) Method and apparatus for regenerating a working salt solution in salt purification
Finzgar et al. The two-phase leaching of Pb, Zn and Cd contaminated soil using EDTA and electrochemical treatment of the washing solution
CN106315947A (zh) 一种含重金属工业污水的处理系统及处理工艺
CN216998076U (zh) 一种工业废水的处理系统
CN110038647A (zh) 一种电解盐溶液高效再生树脂的方法
CN107298489A (zh) 电化学反应器及去除废水中共存高钙高氯离子的方法
CN113461114A (zh) 一种处理含铜有机废水并回收铜的三维电化学方法
CN109293100B (zh) 一种重金属污水的处理方法
CN204779181U (zh) 一种电镀废水处理系统
CN111995145A (zh) 一种含重金属废液处理方法及系统
CN115340230B (zh) 一种从络合态重金属废水中回收重金属的资源化处理设备
CN111333152A (zh) 一种电解氧化处理高浓度含镍含磷有机废液的方法
CN204325051U (zh) 一种实验室高危废水处理仪
CN108358375A (zh) 一种工业污水处理方法
JPH06121978A (ja) プリント基板洗浄排水中の不純物除去方法
Kanapathy et al. Recovery of copper using an electro MP–Cell operated in an electrogenerative mode
JP3988473B2 (ja) 被酸化性物質含有水の処理方法
US20150361570A1 (en) Method for electrochemical modification of liquid stream characteristics
AU2009241272A1 (en) Integrated electrolytic and chemical method for producing clean treated water wherein cyanide species concentration is less than 1 milligram per liter

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20211001

RJ01 Rejection of invention patent application after publication