重金屬捕捉劑DTC-3去除化學(xué)鎳實(shí)驗(yàn)研究

李楊

（深圳市碩創(chuàng)環(huán)?？萍加邢薰?，深圳 518115）

隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，電鍍行業(yè)在工業(yè)化過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)電鍍行業(yè)每年年均消耗鎳資源13萬(wàn)噸，在工藝加工過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的含鎳廢水[1]，其主要來(lái)自鍍件預(yù)處理廢水、鍍槽廢液、鍍件漂洗水和車間清洗水等?；瘜W(xué)鍍鎳廢水因其含有大量的絡(luò)合劑，處理難度相比電鍍鎳廢水更大。如果含鎳廢水不經(jīng)過(guò)處理，直接排放到環(huán)境中，會(huì)對(duì)動(dòng)植物和人體造成嚴(yán)重危害[2]。目前，含鎳廢水處理方法主要有中和沉淀法[3]、硫化法[4]、吸附法[5]、離子交換法[6]、螯合沉淀法[7-8]。中和沉淀法主要是通過(guò)投加堿性藥劑與Ni2+形成氫氧化物沉淀，然后經(jīng)過(guò)固液分離，達(dá)到去除Ni2+的目的，該方法原料來(lái)源廣泛，操作簡(jiǎn)單，處理成本低，但是具有污泥產(chǎn)生量大、處理效果不達(dá)標(biāo)等缺點(diǎn)；硫化法主要是通過(guò)投加硫化鈉與Ni2+形成更加難溶的硫化物沉淀，將Ni2+從水中去除，它相對(duì)于中和沉淀法處理效果更好，形成的鎳沉淀物更加穩(wěn)定，但是其投加量大，硫化物沉淀細(xì)小，沉降緩慢，導(dǎo)致其綜合處理成本高；吸附法是利用具有大表面積和多微孔結(jié)構(gòu)的吸附材料對(duì)廢水中的Ni2+進(jìn)行吸附，從而使廢水中Ni2+濃度降低的方法，吸附法有成本低、材料來(lái)源廣泛、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，但是吸附劑易飽和，再生困難，不適合處理排放量大的廢水；離子交換法是以離子交換樹(shù)脂為主體，將廢水中的Ni2+置換到選擇性交換基團(tuán)上，達(dá)到了分離和富集Ni2+的目的，該方法具有選擇性高、使用方便、資源回收方便等優(yōu)點(diǎn)，但是離子交換樹(shù)脂價(jià)格昂貴、再生液產(chǎn)生量大、處理效率低等缺點(diǎn)也限制了它的大規(guī)模應(yīng)用；螯合沉淀法主要是利用重金屬捕捉劑中O、N、P、S等原子基團(tuán)與Ni2+形成不溶于水的穩(wěn)定沉淀物，達(dá)到將其分離去除的目的，螯合沉淀法具有反應(yīng)速度快、處理效率高、重金屬沉淀穩(wěn)定、無(wú)二次污染，并具有良好的選擇性等眾多優(yōu)點(diǎn)，使其成為化學(xué)鎳廢水處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 藥劑與儀器

實(shí)驗(yàn)藥劑：氫氧化鈉（AR）、硫酸（AR）、硫酸亞鐵（AR），均購(gòu)于國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；二硫化碳（AR）、三乙烯四胺（AR），購(gòu)于北京百靈威科技有限公司；重金屬捕捉劑DTC-3，自制。

實(shí)驗(yàn)廢水：深圳某電鍍企業(yè)生產(chǎn)廢水。

實(shí)驗(yàn)儀器：HJ-6AS六聯(lián)磁力攪拌器，常州金壇良友儀器有限公司；FA2004電子分析天平，上海津平科學(xué)儀器有限公司；SHZ-D循環(huán)水式多用真空泵，上海保玲儀器設(shè)備有限公司；SP-3520AA 原子吸收分光光度計(jì)，上海光譜儀器有限公司；DF-101S 恒溫磁力攪拌器，天津市予華儀器科技有限公司。

1.2 DTC-3的合成步驟

準(zhǔn)確稱取14.62 g三乙烯四胺加入到裝有81 mL 去離子水的三頸燒瓶中，邊攪拌邊加入16 g 氫氧化鈉固體，攪拌至完全溶解后，打開(kāi)循環(huán)冷卻水，緩慢滴加20 mL 二硫化碳于三頸燒瓶中，控制整個(gè)反應(yīng)體系溫度在15℃～40℃范圍內(nèi)，滴加完全后，室溫繼續(xù)攪拌熟化2 h，最后得到紅棕色透明液體。

1.3 DTC-3除鎳實(shí)驗(yàn)方法

準(zhǔn)確移取100 mL 含鎳廢水加入燒杯中，用硫酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至適宜值，依次加入適量的DTC-3和硫酸亞鐵溶液，然后置于六聯(lián)磁力攪拌器上攪拌反應(yīng)，反應(yīng)一定時(shí)間后抽濾，濾液用原子吸收分光光度計(jì)分析Ni2+濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 DTC-3投加量對(duì)Ni2+去除效果的影響

在反應(yīng)攪拌時(shí)間為20 min，pH值為9，F(xiàn)eSO4加藥量為80 mg/L的條件下，重金屬捕捉劑DTC-3投加量分別為25 mg/L、50 mg/L、75 mg/L、100 mg/L、125 mg/L、150 mg/L，考查DTC-3對(duì)Ni2+去除效果的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 DTC-3投加量對(duì)Ni2+去除效果的影響

從圖1 可知，重金屬捕捉劑DTC-3 加藥量對(duì)Ni2+的去除效果有較明顯的影響：隨著DTC-3藥劑量的增加，殘留Ni2+濃度逐漸減小，同時(shí)其去除率逐漸增大。當(dāng)DTC-3投加量為50 mg/L時(shí)，剩余Ni2+濃度為1.19 mg/L，去除率達(dá)到69.17%；當(dāng)投加量增加到100 mg/L時(shí)，殘留Ni2+濃度為0.37 mg/L，去除率為90.41%，達(dá)到國(guó)家要求的排放標(biāo)準(zhǔn)；繼續(xù)增加藥劑量至150 mg/L，Ni2+去除率為93.01%，相比100 mg/L 投藥量，去除率增加了2.6%，增加效果不明顯。分析其原因可能是廢水中所含部分絡(luò)合劑與鎳形成的配合物穩(wěn)定性大于DTC-3配合鎳的穩(wěn)定性，DTC-3置換廢水配合鎳中Ni受到限制，導(dǎo)致其去除率無(wú)明顯變化?？紤]實(shí)際應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性，選擇DTC-3最佳投加量為100 mg/L。

2.2 pH值對(duì)Ni2+去除效果的影響

在反應(yīng)攪拌時(shí)間為20 min，DTC-3 加藥量為100 mg/L，F(xiàn)eSO4加藥量為80 mg/L的條件下，pH值分別為6、7、8、9、10、11，考查pH 對(duì)Ni2+去除效果的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 pH值對(duì)Ni2+去除效果的影響

從圖2 可知，pH 對(duì)Ni2+的去除率有一定程度的影響：隨著pH 值的增大，Ni2+去除率先增大后減小，當(dāng)pH 值為6 時(shí)，殘留Ni2+濃度為0.92 mg/L，去除率達(dá)到76.16%；當(dāng)pH 值增加到9 時(shí)，這時(shí)Ni2+濃度為0.41 mg/L，去除率達(dá)到最大，即89.38%，達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)；繼續(xù)增加溶液的pH 值至11，去除率反而減小，分析其原因可能是在強(qiáng)堿性的環(huán)境下，Ni2+易與-OH 基團(tuán)配位形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，出現(xiàn)再溶解現(xiàn)象，導(dǎo)致去除率減小。由上面實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，最佳pH值為9。

2.3 FeSO4投加量對(duì)Ni2+去除效果的影響

在反應(yīng)攪拌時(shí)間為20 min，pH 值為9，重金屬捕捉劑DTC-3加藥量為100 mg/L的條件下，F(xiàn)eSO4投加量分別為40 mg/L、60 mg/L、80 mg/L、100 mg/L、120 mg/L、140 mg/L，考查絮凝劑FeSO4投加量對(duì)Ni2+去除效果的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 FeSO4投加量對(duì)Ni2+去除效果的影響

從圖3 可知，當(dāng)FeSO4投加量小于100 mg/L 時(shí)，Ni2+去除率隨著其投加量的增加而明顯增加，因?yàn)镕eSO4在溶液中發(fā)揮網(wǎng)捕卷掃和吸附架橋的作用，加快DTC-3 與Ni2+形成螯合物的沉淀速度；當(dāng)FeSO4的投加量為80 mg/L 時(shí)，殘留Ni2+濃度為0.43 mg/L，達(dá)到國(guó)家要求的小于0.5 mg/L 的排放標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)FeSO4的投加量為100～140 mg/L 時(shí)，Ni2+去除率基本保持不變。因此，絮凝劑FeSO4的最佳投加量為80 mg/L。

2.4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)Ni2+去除效果的影響

在反應(yīng)pH 值為9，重金屬捕捉劑DTC-3 加藥量為100 mg/L，F(xiàn)eSO4投加量為80 mg/L 的條件下，反應(yīng)時(shí)間分別為5 min、10 min、15 min、20 min、25 min、30 min，考查反應(yīng)時(shí)間對(duì)Ni2+去除效果的影響，結(jié)果如圖4 所示。

圖4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)Ni2+去除效果的影響

從圖4可知，DTC-3與Ni2+的螯合反應(yīng)速率快。在攪拌時(shí)間為5 min和15 min時(shí)，殘留Ni2+濃度分別為0.61 mg/L和0.43 mg/L，去除率也分別達(dá)到84.20%和88.86%，滿足電鍍行業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。隨著攪拌反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，Ni2+的去除率變化不大。綜合考慮實(shí)際能耗低的原則，選擇DTC-3除化學(xué)鎳的最佳攪拌反應(yīng)時(shí)間為15 min。

2.5 與市售重捕劑除鎳效果對(duì)比實(shí)驗(yàn)

通過(guò)上面的實(shí)驗(yàn)得到了DTC-3除鎳的最佳反應(yīng)條件：在pH值為9，反應(yīng)時(shí)間為15 min，絮凝劑FeSO4加藥量為80 mg/L的條件下，對(duì)比市售的重金屬捕捉劑CL-30，具體結(jié)果如圖5所示。從圖5可知，DTC-3在同等反應(yīng)條件下，除鎳效果優(yōu)于CL-30，具有較好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

圖5 與市售重捕劑除鎳效果對(duì)比實(shí)驗(yàn)

3 結(jié)論

（1）利用三乙烯四胺制備的重金屬捕捉劑DTC-3處理Ni2+初始濃度為3.86 mg/L 的深圳某電鍍企業(yè)綜合廢水，廢水中Ni2+可與DTC-3發(fā)生螯合反應(yīng)生成穩(wěn)定的沉淀物，在DTC-3 投加量為100 mg/L，F(xiàn)eSO4投加量為80 mg/L，反應(yīng)pH 值為9，反應(yīng)時(shí)間為15 min 的條件下，Ni2+去除率可達(dá)到88.86%，濃度為0.43 mg/L，處理后滿足電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 21900-2008）中表2要求。

（2）在最佳的反應(yīng)條件下，DTC-3的除鎳效果優(yōu)于市售重金屬捕捉劑CL-30，處理后廢水中的Ni2+含量達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，具有較好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。