海藻酸基双水相萃取铬及还原解毒机理研究

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铬是一种首要战略型资源之一,已被广泛应用于制作皮革、颜料、防火材料、冶金行业还有化工等领域。在长期的生产和使用过程中产生的Cr(VI)废水废渣,缺乏有效处理手段而随意排放,使我国自然水体污染严重。铬离子常以+3和+6价态存在,其中高价态铬离子的毒性是低价态铬离子的50-100倍,将Cr(VI)还原成Cr(III)是处理含铬废水最为有效的手段之一。本论文以水体中Cr(VI)污染问题为主,提出了一种基于生物水凝胶海藻酸钠(SA)为萃取剂的聚乙二醇(PEG)/Na2SO4/H2O双水相新体系(ATPS)用于萃取Cr(VI),然后将Cr(VI)萃取富集至含有水溶性PEG和SA的上相中进行光诱导沉淀过程后回收铬,并运用荧光光谱法(F-S)对整个过程中Cr(VI)去向进行跟踪监测。通过红外光谱、显微红外光谱、X射线光电子能谱和F-S等手段对体系的组成物质以及得到的产物等进行表征,并分析了PEG/SA在该过程中的作用。主要研究结论如下:(1)在PEG-2000+Na2SO4+H2O的基础体系上成功制备了生物质基双水相体系,并利用新型体系萃取Cr(VI),达到了分离富集的目的。室温条件下,Cr(VI)与SA形成络合物,最佳萃取点出现在pH=5.50时,为6.08 mg/(g·min),其动力学方程为=6.86·[@]0.47[HCr4-]1.14,表明CCr(VI)是控制反应的关键点,其表观活化能((6)=23.50kJ/mol,表明萃取反应以化学反应为主且Cr(VI)与SA形成类羰基配合物。(2)将富集至上相的有毒害性的Cr(VI)通过光诱导还原、解毒成为Cr(III)离子。当初始溶液pH值低于3.5时,在300 W的全光谱氙灯光源照射下,溶液介质包含PEG的条件下,Cr(VI)可在10分钟内还原成为Cr(III),且由于SA的协同作用,形成了绿色沉淀。对其进行显微红外扫描和X射线能谱分析,表明沉淀是一种化合物,而不是混合物。(3)利用SA在320 nm的激发波长下,可在420 nm发射出荧光的特点,对整体过程的Cr(VI)去向进行监测。结果表明,在萃取阶段,随着Cr(VI)离子浓度的不断增加,荧光强度值逐渐降低,直至完全猝灭,并证明淬灭类型为静态淬灭。在光还原阶段,对过滤后的上清液进行荧光测定,在最佳发射波长下没有相应的荧光强度出现,这意味着SA在光诱导还原过程中起协同作用,与三价铬离子共同形成绿色沉淀。(4)在Cr(VI)的萃取富集过程中,PEG作为分散剂应用于体系,SA因其可与金属离子形成配合物的官能团而用作萃取剂。在光还原解毒过程中,PEG作为还原剂将Cr(VI)转化为Cr(III),而SA则作为共沉淀剂与Cr(III)形成沉淀。本文通过对水体中Cr(VI)污染问题,提出了“分离富集-还原沉淀-荧光监测”的整体过程,为实现高回收率、低成本的铬回收工艺提供了一条有前景、有吸引力的途径。
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