电化学氢化物发生法处理含锑废水的实验研究

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锑是一种广泛分布的有毒元素,对动植物及人体有慢性毒性并可以致癌,已被美国国家环保局(EPA)和欧盟(EU)列为优先控制污染物。在一般地表环境中锑含量很低,但在锑矿区周围环境中锑含量明显升高,部分水体中锑含量已超国家饮用水标准,严重危害到矿区周围水生态环境健康和居民的饮用水安全。在我国矿山开采和金属冶炼过程是环境中锑的重要来源,同时我国又是居世界首位的锑储量和产量大国,这使得我国矿区锑污染更为严重,因此亟需有效并合理可行的锑污染处理技术用于解决矿区水体锑污染问题。目前国内外对含锑废水的治理技术研究相对较少,基本都存在处理时间过长,成本过高或二次污染等问题,大部分在去除锑的过程中没有进行回收方面的研究。  本文采用电化学氢化物发生法对模拟含锑废水进行处理,锑与水电解产生的氢形成氢化物从溶液中脱除,达到去除的目的。实验分析了不同因素对去除效果的影响,包括:电极材料、pH、初始浓度、温度、搅拌方式和电流密度。同时探讨了锑的去除途径并设计研究了加热分解锑化氢得到金属锑的回收实验。本文还对新型质子膜(Nation膜)在电化学氢化物法处理锑矿废水方面的应用进行了初步研究。取得的主要结论有:  (1)试用了铅、石墨、钨这3种电解阴极材料,铅电极处理效果最佳。在酸性条件下对Sb(Ⅲ)去除效果较好,pH=4时去除率为76.1%;在一定范围内升高温度有利于提高锑的去除速率,30℃时去除效率最高,达到86.5%;超声搅拌在电化学氢化物发生实验开始时能加快锑的去除速度,浓度降低后加速效果不明显;高电流密度(105.06 mA·cm-2)不仅使耗能增加并且锑的去除率降低(68.27%),合适的电流密度(32.89 mA·cm-2)有利于提高锑的去除率(79.52%)并节约能源。  (2) Sb(Ⅲ)与电解水产生的氢结合形成锑化氢从溶液中逸出是溶液中锑去除的最主要途径(回收率为66.2%),电沉积和膜吸附也对锑的去除做出少量贡献。对锑的回收实验显示,生成SbH3为电化学氢化物发生法去除Sb(Ⅲ)的主要途径,可采用加热法回收金属锑,而Sb(Ⅴ)的去除则需要一个预还原为Sb(Ⅲ)过程。  (3) Nation膜做为一种新型的产氢方式,可以更好的控制电解溶液的pH保持不变,且能在纯水条件下进行电解有利于实验的单因素控制,实验研究了电流强度对锑去除实验的影响,发现电流强度的增加有利于加快锑化氢生成,提高去除率;相比与高电流强度(0.5A),在低电流强度(0.1 A)下进行实验时的电流效率更高。
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