二硫代氨基甲酸盐类重金属捕集剂对络合态 Cu2+的深度处理研究

二硫代氨基甲酸盐类重金属捕集剂对络合态 Cu2+的深度处理研究

【摘要】：针对传统化学沉淀法采用NaOH、Ca(OH)2等常规试剂对痕量络合重金属离子深度处理效果差、难以达标的问题，本文采用二硫代氨基甲酸盐（DTCS）重金属清除剂对三种常见络合Cu2+即Cu-NH3、Cu-Cit、Cu-EDTA进行深度处理研究。与游离Cu2+相比，络合Cu2+需要更多的重金属清除剂才能达标排放，当初始Cu2+浓度为5mg/L时，需15、30、30mg/L的DTCS清除剂才能达到Cu2+0.5mg/L的排放标准，而相同浓度的游离Cu2+仅需8mg/L的清除剂即可达标。 考察了初始pH、反应沉淀时间、反应温度以及Cu2+与清除剂不同浓度配比对最终重金属去除效果的影响。实验结果表明：pH越高越有利于络合Cu2+的去除，Cu-NH3、Cu-Cit、Cu-EDTA三种络合Cu2+的最佳初始pH范围分别约为9～10.5、9～11、12。当pH值进一步升高时，各自的去除率均降低。反应沉淀时间的延长有利于絮体的形成和沉淀，使废水中Cu2+的浓度进一步降低，沉淀时间为60 min可使Cu2+的去除率逐渐稳定。

反应温度对络合Cu2+的去除影响有限，在20~50℃下，每升高10℃，平均去除率仅提高1.3个百分点。络合剂浓度对铜的最终去除效率影响很大，当EDTA、柠檬酸和Cu2+的摩尔比由0增大至1时，两种络合Cu2+的去除率分别由95%降至60%和63%，当络合剂浓度继续增大时，络合Cu2+的去除率基本保持不变。研究探讨了溶液中添加其他离子或氧化剂对络合铜离子去除的影响，结果表明，水中Ca2+和Fe3+的存在对Cu-EDTA的去除有抑制作用，而添加Fe2+和Fe0可以提高Cu-EDTA的去除率。 当Fe2+投加量为Cu2+的4倍时，Cu2+的去除率可提高5个百分点；当Fe0投加量为3.3g/L时，Cu2+的去除率可提高10个百分点以上。在Cu-Cit和Cu-EDTA溶液中加入与Cu2+等摩尔量的过氧化氢后，络合Cu2+的去除率略有提高；氧化剂过量时，去除率明显下降。这是因为氧化剂在适当的时候可以破坏络合剂，络合剂的破坏使Cu2+游离出来，从而提高去除率。氧化剂还作用于DTCS，破坏了捕集剂功能基团的分子结构，导致络合Cu2+的去除率下降。采用紫外可见光谱扫描、红外、SEM、XRD等手段对捕集剂和沉淀物进行了表征。 结果表明，DTCS中含有碳硫单键和双键，证明其为二硫代氨基甲酸酯类物质；3种沉淀物的红外和XRD谱图基本一致，而电子显微镜所见的表面形貌有所不同。结合机理分析，表明DTCS沉淀法去除络合Cu2+采用络合竞争机理，捕集剂与原络合剂相互竞争，取代原络合剂并生成稳定常数较大的Cu(DTCS)2，而原络合剂则残留在溶液中。原含铜络合物的稳定常数越小，捕集剂的去除效率越高，生成的沉淀物的结晶性越好。由于沉淀物中金属含量不同，在电子显微镜图像上呈现出不同的表面形貌。