重金属捕集剂 广东工业大学孙水裕教授课题组在 Chemical Engineering Journal 发表论文

重金属捕集剂 广东工业大学孙水裕教授课题组在 Chemical Engineering Journal 发表论文

论文 DOI：10.1016/j.cej.2021。

图形摘要

简单的介绍

近日，广东工业大学孙水玉教授课题组在该期刊发表题为《中试制备Ni和Cu的制备方法》的研究论文（DOI: 10.1016/j.cej.2021.），探索了在连续中试系统下采用催化臭氧化和螯合沉淀组合工艺同时去除化学电镀废水中有机Ni、Cu配合物的可行性，并分析了实际化学处理过程中有机Ni、Cu配合物的存在形式及降解机理。电镀废水。研究人员构建了连续中试系统装置，采用催化臭氧分解与重金属捕集相结合的工艺，在最佳运行条件下，出水中总Ni和总Cu浓度可稳定控制在0.1和0.3以下mg·L-1,在300天的连续运行试验中,达到了《电镀污染物排放标准》(-2008)中表3中水污染物特别排放限值。 同时根据分解产物分析推断了有机Ni、Cu配合物的降解机理及潜在的降解途径。

全文概览

针对化学电镀废水中稳定性高、难降解的有机Ni、Cu配合物，本文建立了催化臭氧化耦合重金属捕获组合工艺，并按照工艺要求设计组装了连续中试系统。联合工艺。本研究首次采用同步双向气液流动模式，探索并优化初始溶液pH、固液比、水力停留时间（HRT）等最佳操作参数。在最佳处理条件下系统连续运行300天，出水总Ni去除率达95%，总Cu去除率达100%，COD、TOC去除率均在50%左右。进水pH值差异出水pH（△pH）可作为判断反应体系中总Ni去除率的指标，有利于实际运行中处理工艺的快速调整优化，保持反应体系的稳定性。 此外，通过调查分析得知，化学电镀废水中有机Ni、Cu配合物的主要存在形式分别为EDTA-Ni和CA-Cu，EDTA-Ni的降解为分级脱羧和不完全氧化，而降解产物为EDA-Ni；而CA-Cu则一步破坏复合物，将Cu(II)释放到溶液中。

介绍

化学电镀废水中含有大量的重金属离子、难降解螯合剂及有害副产物，采用复杂的物理化学处理方法很难去除化学电镀废水中的持久性有机重金属络合物，目前大多数去除有机重金属络合物的研究工艺都是采用模拟废水用于实验室静态试验，而工业生产中的化学电镀废水成分复杂多变，除难降解的有机Ni、Cu络合物外，还含有多种复合污染物。基于此，本文提出了一种催化臭氧化法耦合重金属捕获组合工艺高效去除有机Ni和Cu复合物。为了进一步验证所提组合工艺的有效性、可行性和稳定性，本研究独立建立了连续中试系统（CPSS）处理Ni和Cu污染物在实际化学电镀废水中连续多日。

图文指引（本文图片及说明文字顺序与原文相比有部分改变）

连续中试装置示意图及连接方式

图 1。2021, Inc.

本研究设计建立的连续中试系统（CPSS）如图1所示，主要包括两级催化臭氧化反应器、重金属捕获槽、絮凝-混凝装置和沉淀池。同步双向气液流动模式，在单个反应器内同时存在逆流和并流两种气液流动状态。首先，化学电镀废水中的有机Ni、Cu络合物在催化臭氧化反应器内被氧化破碎使大分子有机物Ni、Cu配合物分解(或释放出重金属离子)，再由重金属捕获剂竞争螯合重金属Ni、Cu，形成不溶性沉淀，进一步絮凝、混凝、沉淀，生成固-碳复合沉淀。进行液体分离以去除废水中的Ni和Cu。

中试装置连续运行300天后总Ni、总Cu的去除效果

图为 TNi（a）和 TCu（b）的中试规模为 300 天；（c）TCu 上的 EPE 的水；（d）和罐上方的。2021，Inc.

连续中试系统（CPSS）在最佳运行参数下连续运行300天，出水总Ni浓度稳定低于0.1mgL-1（去除率高于95%）；总Cu几乎100%去除在连续试​​验运行过程中发现，夏季总Ni、总Cu去除率有所下降，这与水温升高有关，有研究表明，水温与传质效率和总Cu呈负相关。臭氧溶解度大，水温过高不利于反应系统运行，根据现场施工工艺特点，在每个反应池上方增加挡板，防止化学镀废水直接暴露于并保持水温恒定，以使该过程能够持续稳定地运行。

△pH与重金属去除率关系

图 3(a) EPE 的 pH 值、最终值及其 300 天内的（△pH），(b) △pH。2021, Inc.

实验表明，虽然进出水的pH值不完全相同，但进出水的pH差（△pH）会在一定范围内（1.4-2.6）。△pH可以反映总Ni去除率，两者呈正相关，当△pH大于1.7时，出水中总Ni浓度小于0.1mgL-1，而总Cu去除率很难从△pH中反映出来△pH的变化规律。进一步研究发现，有机Ni配合物在氧化分解反应过程中会产生小分子酸等酸性产物，这可能是反应体系pH下降的主要原因。基于其中，有机Ni配合物的分解程度及出水中的总Ni浓度可通过△pH来观察。 因此可将△pH作为判断总Ni去除率的指标/参数之一，有利于实际操作中快速调整优化处理工艺，维持反应体系的稳定性。

反应体系中活性物质的识别

图 2. EDTA-Ni 和 CA-Cu 中的 •OH (a) 和 •O2-(b)；EDTA-Ni 和 CA-Cu 的主要特征为：TNi(c) 和 TCu(d) 中的 •OH (a) 和 •O2-(b) . 2021，公司

结合EPR分析可知催化臭氧化反应体系中存在两种活性物种：羟基自由基（•OH）和超氧自由基（•O2-）。进一步的猝灭实验表明•OH是催化臭氧化反应中的主要活性物种。同时结合EPR和猝灭实验表明，与有机Cu配合物相比，有机Ni配合物需要更多的氧化活性物质来打破配合物。

EDTA-Ni 和 CA-Cu 的中间体和潜在降解途径

图 5 EDTA-Ni 和 CA-Cu 以及重金属；Tm/z：质量比值。2021，Inc.

结合化学镀工艺研究及UPLC-MS分析可知，化学镀废水中的有机Ni、Cu配合物为乙二胺四乙酸-Ni(EDTA-Ni)和柠檬酸-Cu(CA-Cu)。其中其中EDTA-Ni降解产物有8种，CA-Cu降解产物仅有2种。EDTA-Ni经催化臭氧化分解后并未完全矿化释放出Ni(II)，其主要产物为EDA-Ni ；而CA-Cu在第一步被氧化释放出Cu(II)。可见，在化学电镀废水中，Cu比Ni更容易去除。

概括

本工作针对化学电镀废水的特点，建立了催化臭氧化络合物破碎耦合重金属捕获组合工艺，用于同时高效去除废水中难降解的有机Ni、Cu络合物。同时通过自主设计、组装的连续中试装置经过300天的连续试验，出水中总Ni、总Cu均稳定达标排放，为组合工艺的有效性、可行性、稳定性提供了宝贵的数据支持去除Ni、Cu污染物，为进一步工业化应用提供理论支持。本研究通过对污染物降解产物和产物中Ca-Cu的实验，明确了EDTA-Ni和CA-Cu在催化臭氧化耦合重金属捕获反应体系中潜在的降解途径和去除机理。活性物种识别。

关于作者

第一作者：关志杰，广东工业大学环境科学与工程学院博士研究生，导师为孙水玉教授，主要研究方向为工业废水污染控制化学、高级氧化技术及其在废水处理中的应用、固体废物处理与资源化利用等研究，以第一作者或合作者身份在Of The Total、Of、Of等期刊发表多篇SCI论文。E-mail:

通讯作者：孙水玉，博士，二级教授，博士生导师，国务院政府专家特殊津贴获得者。现任广东环境保护工程职业学院院长，广东工业大学导师，理事。广东省重金属污染防治与职业教育重点实验室主任、广东省教育厅“资源综合利用与清洁生产”科研重点实验室主任、广东省高等学校环境科学本科教学指导委员会委员硕士生导师，全国环境保护职业教育行业指导委员会委员。主要从事固体废物污染控制、处理处置与综合利用新技术、传统行业水污染控制的化学与生物原理研究。主持完成国家重点研发计划特别子项目、国家自然科学基金、国家“九五”重点科技攻关课题等纵向、横向科研项目120余项。 在国内外刊物发表学术论文220余篇，出版专著3部，研究成果获国家科技进步一等奖1项、省部级科技进步奖6项、国家发明专利9项。专利。电子邮箱：

通讯作者：梁嘉琳，香港浸会大学博士后，主要研究固体废物处理及资源化利用、水污染控制技术等，重点研究化学调理技术对有机固体废物深度脱水的可行性及评价。其后续无害资源化利用潜力、高级氧化技术及其在污水中的应用。目前已以第一或通讯作者在Water、of等环境期刊上发表SCI论文10余篇。E-mail:.hk

注意：所有可供重复使用的内容均来自。2021，Inc.

参考文献：中试规模中采用和来回收 Ni 和 Cu，，2021，428：。DOI：10.1016/j.cej.2021。

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