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重金属污染问题日益严重,重金属离子易于有机络合剂形成重金属络合物,常规的水处理方法难以对其进行有效去除。本文针对水中的重金属络合物,旨在探索一种能够有效处理重金属络合物并能回收重金属的方法。
本文采用溶胶-凝胶法制备了TiO2/Ti光催化薄膜电极,以制备的电极为阳极,利用光电催化氧化方法氧化降解Cu/Ni-EDTA络合物;同时,利用阴极的电还原作用对释放出来的重金属离子进行电沉积回收。深入分析光电氧化及电还原过程与机制。在此基础上,建立了连续流处理装置,对技术可行性进行了分析。
以Cu-EDTA为目标污染物,分别研究了光催化(PC),电化学(EO),光电催化氧化(PEC)对Cu-EDTA的降解效果。结果表明,反应时间为3h,EO和PC对Cu-EDTA的去除率仅为43%和15%,对Cu2+的回收率为33%和10%;而PEC对Cu-EDTA的去除率和Cu2+的回收率为72%和67%。结果说明PEC呈现出较好的效果,光催化和电化学发生协同效应。Cu-EDTA的去除率和Cu2+的回收率复合假一级动力学模型。Ca2+强烈的促进了Cu-EDTA的去除和Cu2+的回收。检测的中间产物包括Cu-NTA,Cu-EDDA,乙酸,甲酸,草酸;基于上述产物推测了PEC降解Cu-EDTA的降解路径。证明了阳极主要通过羟基自由基实现Cu-EDTA的破络合,借助XPS分析了阴极Cu2+的还原过程。
EDTA可以和Ni形成稳定的络合物,使用以TiO2/Ti薄膜电极为阳极的光电组合技术处理Ni-EDTA,实现Ni-EDTA的去除和Ni2+的回收。比较了PEC和EO,PC处理Ni-EDTA的效果:在60min时,EO和PC对Ni-EDTA的去除率为5%和15%,PEC可达到75%;反应时间达到3h时,PC和EO的去除率分别为21%和18%,而PEC可达90%;与此同时,Ni的回收率PEC为45%,而EO和PEC仅为21%和5%。借助SEM和XPS分析了Ni在阴极的还原过程。随着电流密度的提高Ni-EDTA的去除率和Ni的回收率提高,酸性pH有利于Ni-EDTA的降解和Ni的回收。使用高效液相色谱检测出产物包括:草氨酸,草酸,乙酸,甲酸,羟基乙酸,氨基乙酸,含氮物质包括氨氮和硝酸根。毛细管电泳法测定中间产物包括EDTA,Ni-NTA,Ni-IDA;基于上述产物提出了Ni-EDTA的降解路径。
使用TiO2/Ti网状电极建立了PEC过程的连续流反应体系,连续流考察的参数主要包括电流密度,pH,反应物初始浓度,水力停留时间等参数。主要以Cu-EDTA为目标污染物,研究了连续流装置对Cu-EDTA的去除效果和Cu2+的回收效果,确定了PEC连续流处理Cu-EDTA的最佳反应参数为pH3.5,电流密度1.13A/m2,HRT为1h,初始浓度0.1mM,上述条件下PEC连续流装置可以实现Cu-EDTA去除率85%,Cu的回收率80%;此外,考察了连续流装置对多种金属EDTA络合物的去除效果;分析了PEC过程的能耗,探讨了实际应用的可能性。PEC连续流装置具有较好的稳定性。未来应在优化紫外灯功率,降低能耗以及扩大反应器规模等方面开展工作。