[发明专利]一种催化还原耦合膜过滤强化去除六价铬的方法

说明书

一种催化还原耦合膜过滤强化去除六价铬的方法，属于水处理技术领域。所述方法为：将初始pH小于3.07的混合溶液在650rpm的连续搅拌情况下，向混合溶液中添加NaBH₄粉末，其中温度保持在23～27℃内恒定，从而导致Cr(VI)还原；连续搅拌停止于还原反应进行至5min时，静置15min～24h，得到非均相溶液；经MCE膜进行过滤处理。本发明中Cr(VI)‑Ox共存体系中Cr(VI)的去除采取两步法：还原自沉淀处理和过滤处理。选择常见的Fe(III)和Al(III)为催化剂，成本低廉，在非强酸性条件下，便能明显增强NaBH₄对高浓度Cr(VI)的还原效果，以及Cr(III)‑Ox共存体系中Cr(III)的自然沉淀效果(适宜的Fe(III)和Al(III)浓度，使得TCr去除率在98.49％～99.90％之间)。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种催化还原耦合膜过滤强化去除六价铬的方法。

背景技术

铬作为重要的战略物资之一，因具有质硬、耐磨、耐高温和抗腐蚀等优良特性，而广泛应用于冶金、化学、电镀、木料防腐、皮革鞣制等行业。铬的毒性与其价态有关，废水中的铬主要以Cr(VI)和Cr(III)存在，其中Cr(VI)不仅具有较高的毒性，还有极强的移动性，因此将Cr(VI)还原为Cr(III)再通过沉淀法去除，一般被认为是Cr(VI)的最好归宿，这也是Cr(VI)废水常用的实际处理工艺。然而，随着表面处理技术的不断发展与更新，大量有机化合物被广泛应用于各行业，其中包括草酸、柠檬酸、酒石酸、甲酸等天然有机配体，以及EDTA、各种表面活性剂、医药中间体等合成有机配体。这些有机物与Cr(III)在水中可形成多核配位化合物，因而成为稳定的Cr(III)配合物废水，阻碍Cr(III)向固相转化，采用碱沉淀法难以实现铬的达标排放，这向传统化学沉淀处理Cr(VI)工艺提出挑战。

上述有机物对含铬废水处理的影响主要表现为：一是具有还原能力的有机配体(如草酸、柠檬酸以及酒石酸等含有α-羟基的有机物)与所投加的还原剂，都可以与Cr(VI)发生氧化还原反应，但是一般前者还原Cr(VI)的速率很慢；二是有机配体中通常含有能提供孤对电子的N或O原子，会与还原产生Cr(III)或共存阳离子形成金属有机络合物，从而对Cr(III) 的沉淀过程产生影响。目前，关于有机物对Cr(VI)还原效果的影响研究较多，Mario等人考察了自然界普遍存在的α-羟基羧酸、α-羰基羧酸、羧酸、酚类及抗坏血酸等有机还原剂以及EDTA、乙酰丙酮等络合剂对零价铁还原Cr(VI)的影响，结果表明，在Cr(VI)的初始浓度和pH较低情况下，有机还原剂使得Cr(VI)还原速率最高提高了近50倍。Liu等研究结果表明，在柠檬酸存在的情况下，零价铁的活性和耐久性不能得到有效地改善，只有引入光激发的情况下才能显著的增加Cr(VI)还原率。然而，他们的研究大多数仅考虑有机分子对还原剂还原Cr(VI)的强化作用，而未考虑Cr(III)的后续去除问题。残余的Cr(III)将在特定环境中会转化为Cr(VI)，这是不可忽视的。因此，从废水中将残余的Cr(III)去除才是真正消除Cr(VI)污染。故对于由Cr(VI)-有机化合物-还原剂所组成氧化还原新体系，兼顾Cr(VI) 还原和总Cr(TCr)去除十分必要。

含Cr(VI)-有机化合物的工业废水治理是环境领域中一个值得长期关注的问题。草酸及其盐类通常用于许多工业过程，如化学合成、制药、木材防腐、金属表面清洁和处理、纺织印染、皮革加工和冶金等。由于其在工业过程中的广泛应用，可能与木材防腐、染色和电镀等各种废水中的Cr(VI)共存。草酸及其盐类虽然结构相对简单，但其含有-COO^-官能团， O原子能提供孤对电子，与Cr(III)产生络合作用。因此，其Cr(VI)-草酸的工业废水处理是一个值得长期关注的问题。