CN114620874B - 一种回收废水中六价铬的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种回收废水中六价铬的方法，该方法主要是利用水合电子将废水中的六价铬还原成三价铬，然后采用电化学还原法将三价铬还原成单质铬，实现铬元素的回收，具体操作为：向废水中加入还原性物质，对废水进行搅拌的同时采用紫外光对废水进行照射，以激发水体中的还原性物质产生水合电子，将六价铬还原为三价铬。该回收方法可有效解决现有的方法存在的回收效率低的问题。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种回收废水中六价铬的方法。
背景技术
铬在元素周期表中属VIB族，单质为钢灰色金属，是自然界硬度最大的金属。铬在地壳中的含量为0.01%，居第17位，自然界中主要以铬铁矿FeCr2O4形式存在。铬在制备不锈钢材料，汽车零件，磁带和录像带等工业产品中起着非常重要的作用。铬镀在金属上可以防锈，坚固美观。铬被广泛应用在制革、冶金、纺织、印刷电路板、金属表面处理等工业过程中，这些工业活动中产生的大量含铬废水、废物进入环境中，就会造成铬污染。
通常情况下，Cr(III)能够参与人体日常代谢活动，也是人体生命活动必需的微量元素之一。人体对无机铬的吸收利用率极低，不到1%，但人体对有机铬的利用率可达10-25%。在不超标情况下，Cr(III)对人类及其他生物毒性相对较低，而且Cr(III)能够和碱性物质发生化学反应，生成Cr(OH)3沉淀使其在环境中的流动性降低。通常来说，铬的毒性与其存在的价态有关，Cr(VI)比Cr(III)毒性高100倍，并且Cr(VI)比Cr(III)具有更强流动性，使其易被人体及其他动植物吸收且在体内蓄积。六砎铬是强致突变物质，可诱发肺癌和鼻咽癌；三价铬有致畸作用。
从经济角度来看，如果能够将废水中的铬回收利用，将具有很大的经济增益价值。但是，传统的电化学方法和还原剂只能将六价铬还原成三价铬，三价铬性能相对稳定，无法进一步还原成单质铬，使得现有的方法对六价铬的回收效率较低。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种回收废水中六价铬的方法，该回收方法可有效解决现有的方法存在的回收效率低的问题。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种回收废水中六价铬的方法，包括以下步骤：利用水合电子将废水中的六价铬还原成三价铬，然后采用电化学还原法将三价铬还原成单质铬，实现铬元素的回收。
上述方案中，水合电子是自然界还原性最强的物质之一，对多种物质具有较强的还原能力，通过水合电子可将水体中的六价铬还原成三价铬，然后通过电化学沉积法，可将三价铬还原成单质铬，实现废水中铬元素的回收。
进一步地，具体操作如下：向废水中加入还原性物质，对水体进行搅拌的同时采用紫外光对废水进行照射，以激发水体中的还原性物质产生水合电子，将六价铬还原为三价铬。
进一步地，向废水中加入还原性物质之前，先向水体中通入氮气。
上述方案中，通入氮气可排除水体中的溶解氧，以提高后续还原性水合电子的还原效果，提高铬的回收效率。
进一步地，向废水中加入还原性物质之后，调节废水的pH值≥6.5，然后再进行紫外光照射。
上述方案中，通过加入氢氧化钠溶液调节废水的pH值，当其pH值≥6.5时，可提高水合电子的激发效果。
进一步地，水体中还原性物质的摩尔浓度≥5mM。
进一步地，还原性物质为亚硫酸钠、碘化钾和吲哚中的至少一种。
一种废水中六价铬的回收系统，回收系统为电化学系统，电化学系统包括阳极室和阴极室，阳极室和阴极室之间设置有阳离子交换膜，阳极室内的阳极为钛钌铱电极，阴极室内的阴极为不锈钢电极。
本发明所产生的有益效果为：
本申请中通过向废水中加入还原性物质，然后利用紫外光对废水进行照射，以激发还原性物质产生还原性更强的水合电子，利用水合电子将难以去除的六价铬还原成相对容易去除的三价铬，然后对含有三价铬的废水进行电解，可将三价铬还原成单质铬，以实现对水体中铬元素的去除。由于水合电子的还原能力更强，可充分提高六价铬的还原效果，提高体系的还原效率，进而提高废水中铬元素的去除效率。而且，本申请中铬元素的去除方法具有稳定性好、重复性好的优点。
附图说明
图1为本发明回收系统的示意图；
附图标记：1、直流电源；2、阳极；3、阳离子交换膜；4、阳极室；5、阴极室；6、紫外灯；7、阴极。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
以下实施例中的双室反应器的结构见附图1所示，其中，阳极室和阴极室之间的分隔膜为阳离子交换膜（磺酸型），阳极为钛钌铱电极（面积为100×50mm2），阴极为不锈钢（面积为100×50mm2），所采用的紫外灯额定功率为8W，中心波长为265nm。
实施例1
一种回收废水中六价铬的方法，包括以下步骤：
1）采用醋酸钠缓冲液作为电解质，向阳极室加入300 mL醋酸钠缓冲液（100 mg/L），向阴极室加入150 mL 含有100 mg/L Cr(VI)和100 mg/L醋酸钠溶液；需要指出的是，醋酸钠溶液既做电解质溶液又做缓冲溶液，以使水体的pH维持在7.5左右；
2）反应前，向阴极室中通入氮气1小时，以去除水体中的溶解氧；
3）向阴极室中加入10 mM亚硫酸钠和碘化钾，搅拌溶解；
4）打开紫外灯，对阴极室中的水体进行光照，并不断搅拌，以激发溶液产生水合电子；与此同时，开启电化学工作站，向阴极施加-1.5 V的电压，以使三价铬在阴极通过电沉积作用得到回收；
5）每隔0.5小时取样，测定阴极室中铬的浓度变化。
反应2.5 小时后，通过GB7467-87：二苯碳酰二肼分光光度法测定水体中六价铬还原效率达到99%以上，反应4小时后，水体中单质铬的回收率达98.9%。
实施例2
一种回收废水中六价铬的方法，包括以下步骤：
1）向阳极室加入300 mL醋酸钠缓冲液（100 mg/L），向阴极室加入150 mL 含有100mg/L Cr(VI)和100 mg/L醋酸钠溶液；需要指出的是，醋酸钠溶液既做电解质溶液又做缓冲溶液，以使水体的pH维持在8.2左右；
2）反应前，向阴极室中通入氮气1小时，以去除水体中的溶解氧；
3）向阴极室中加入10 mM亚硫酸钠和吲哚，搅拌溶解；
4）打开紫外灯，对阴极室中的水体进行光照，并不断搅拌，以激发溶液产生水合电子；与此同时，开启电化学工作站，向阴极施加-1.5 V的电压，以使三价铬在阴极通过电沉积作用得到回收；
5）每隔0.5小时取样，测定阴极室中铬的浓度变化。
反应2.5 小时后，通过GB7467-87：二苯碳酰二肼分光光度法测定水体中六价铬还原效率达到98.7%以上，反应3小时后，水体中单质铬的回收率达96.4%。
在紫外-亚硫酸钠体系中，亚硫酸钠受紫外光激发后，产生的主要产物为硫酸钠，而硫酸钠在电化学体系中可以充当支持电解质降低溶液电阻提高电流效率。
SO3 2- + hν → SO3·- + eaq -
SO3·-+ SO3·-→S2O6 2-
S2O6 2-→SO4 2-
实施例3
一种回收废水中六价铬的方法，包括以下步骤：
1）向阳极室加入300 mL醋酸钠缓冲液（100 mg/L），向阴极室加入150 mL 含有100mg/L Cr(VI)和100 mg/L醋酸钠溶液；需要指出的是，醋酸钠溶液既做电解质溶液又做缓冲溶液，以使水体的pH维持在8.2左右；
2）反应前，向阴极室中通入氮气1小时，以去除水体中的溶解氧；
3）向阴极室中加入10 mM碘化钾和吲哚，搅拌溶解；
4）打开紫外灯，对阴极室中的水体进行光照，并不断搅拌，以激发溶液产生水合电子；与此同时，开启电化学工作站，向阴极施加-1.5 V的电压，以使三价铬在阴极通过电沉积作用得到回收；
5）每隔0.5小时取样，测定阴极室中铬的浓度变化。
反应2.5 小时后，通过GB7467-87：二苯碳酰二肼分光光度法测定水体中六价铬还原效率达到99.3%以上，反应4小时后，水体中单质铬的回收率达95.6%。
实施例4
一种回收废水中六价铬的方法，包括以下步骤：
1）向阳极室加入300 mL醋酸钠缓冲液（100 mg/L），向阴极室加入150 mL 含有100mg/L Cr(VI)和100 mg/L醋酸钠溶液；需要指出的是，醋酸钠溶液既做电解质溶液又做缓冲溶液，以使水体的pH维持在8.2左右；
2）反应前，向阴极室中通入氮气1小时，以去除水体中的溶解氧；
3）向阴极室中加入10 mM碘化钾和吲哚，搅拌溶解；
4）打开紫外灯，对阴极室中的水体进行光照，并不断搅拌，以激发溶液产生水合电子；与此同时，开启电化学工作站，向阴极施加-1.5 V的电压，以使三价铬在阴极通过电沉积作用得到回收；
5）每隔0.5小时取样，测定阴极室中铬的浓度变化。
反应2.5 小时后，通过GB7467-87：二苯碳酰二肼分光光度法测定水体中六价铬还原效率达到99.3%以上，反应4小时后，水体中单质铬的回收率达95.6%。
在紫外-碘化钾体系中，水合电子（eaq -）的产生路径以及溶液中发生的主要反应包含以下几个：
I + hν→eaq - + I·
I· + I·→ I2
对比例1
一种回收废水中六价铬的方法，包括以下步骤：
1）向阳极室加入300 mL醋酸钠缓冲液（100 mg/L），向阴极室加入150 mL 含有100mg/L Cr(VI)和100 mg/L醋酸钠溶液；需要指出的是，醋酸钠溶液既做电解质溶液又做缓冲溶液，以使水体的pH维持在8.2左右；
2）反应前，向阴极室中通入氮气1小时，以去除水体中的溶解氧；
3）向阴极室中加入10 mM亚硫酸钠和吲哚，搅拌溶解；
4）开启电化学工作站，向阴极施加-1.5 V的电压，以使三价铬在阴极通过电沉积作用得到回收；
5）每隔0.5小时取样，测定阴极室中铬的浓度变化。
反应2.5 小时后，通过GB7467-87：二苯碳酰二肼分光光度法测定水体中六价铬还原效率达到65.8%以上，反应3小时后，水体中单质铬的回收率达54.2%。
通过以上实验结果可以得知，实施例1-4中方法六价铬的还原效率以及单质铬的回收效率明显高于对比例1，证明采用本申请中的方法可有效的将废水中的铬元素回收，大大提高铬元素的回收效率。由此可见，本发明实施例提供的利用水合电子从六价铬废水中回收铬的方法以受光照激发可以产生水合电子的还原性物质作为水合电子的来源，二次污染小，受光照激发后产生的水合电子可以高效地将水体中较难去除的六价铬还原为相对容易去除的三价铬。水合电子还原能力强，促进水体中六价铬的去除，提高六价铬的去除效率，体系还原效率高，继而提高单质铬的回收。而且本发明实施例提供的方法进一步结合电化学还原法将水体中的三价铬还原成单质铬，从而可以将难以直接电沉积回收的六价铬转化为单质铬，实现铬的资源化，该方法稳定可靠，重复性好。
Claims (3)
1.一种回收废水中六价铬的方法，其特征在于，包括以下步骤：利用水合电子将废水中的六价铬还原成三价铬，然后采用电化学还原法将三价铬还原成单质铬，实现铬元素的回收；具体操作如下：先向废水中通入惰性气体，然后向废水中加入还原性物质，水体中还原性物质的摩尔浓度≥5mM，对废水进行搅拌的同时采用紫外光对废水进行照射，以激发水体中的还原性物质产生水合电子，将六价铬还原为三价铬；向废水中加入还原性物质之后，调节废水的pH值≥6.5，然后再进行紫外光照射，还原性物质为亚硫酸钠、碘化钾和吲哚中的至少一种；
具体操作方法如下：
（1）将废水和还原性物质加入双室反应器的阴极室中，将电解质溶液加入双室反应器的阳极室中；
（2）对阴极室进行紫外光照，以激发水体中的还原性物质产生水合电子，同时，向阳极和阴极施加电压，使得水体中产生的三价铬被进一步还原为单质铬，进行回收。
2.根据权利要求1所述的回收废水中六价铬的方法，其特征在于，所述阴极的材质为导电惰性电极。
3.根据权利要求1所述的回收废水中六价铬的方法，其特征在于，所述阴极的材质为不锈钢、铜、铁或钛。
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