多金属鞣制废水中铬沉淀行为及其影响因素研究

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铬鞣法是目前制革工业中最成熟、产品质量最可靠、成本最低的鞣革方法。针对铬资源消耗和Cr(Ⅵ)污染等问题,国内外化学家研究采用各种无铬鞣(锆、钛、铝)鞣制技术来取代铬鞣。由于鞣剂分子的化学性质差异,导致鞣制结束后排入废水中的金属类物质形态和结构发生了较大的变化,且在废水中是很难用简单的沉淀法得到有效去除。多金属在皮革废水中存在的结构形态、分布规律、变化形式,已成为目前皮革废水处理中亟待解决的问题。本课题以单一金属鞣制废水为基础,以多金属复合鞣制废水处理为背景,对废水沉淀过程中的重金属的行为及其差异性进行了分析,并且研究和评价了多金属结合鞣制废水中金属共沉淀去除效率及其影响因素,建立实际鞣制废水中不同类型金属离子的去除模型;为鞣制过程产生的废水治理奠定基础,为后续废水的深度处理提供依据。主要研究结果如下所述。针对皮革废水中单一金属或多金属与有机物配合,通过加碱沉淀法进行去除研究,通过研究发现:1.单一金属铬的沉淀点比较延后,最佳沉淀效果的pH为8左右,沉淀的处理率为92.5%,残余溶液中的Cr的浓度为20.49mol·L-1,未达到国家允许的排放标准。随着多金属加入共混沉淀,最佳去除效率时的pH位置明显前移,基本保持在pH=6左右,处理效率也明显提高,达到99.83%左右,残余溶液中金属离子的浓度小于1.5mol·L-1。当Cr,Al,Zr等多金属有机物共混时,在酸性条件下,金属的最佳去除效率时pH在5左右,由于Zr,Al离子加碱形成的沉淀物Ksp小于铬离子的,故在强碱作用下容易出现水解现象。但是Cr-Zr比Cr-Al的共混加碱形成的沉淀物稳定。总之,随着Al,Zr的加入,有利于金属Cr的沉淀去除。2.随着体系中Zr、Al金属的加入,单独金属溶液与多金属共混加碱过程中耐碱性发生了明显变化,由起初的pH=78左右,转变为pH在89之间。说明Cr,Al,Zr三种金属之间共混配位,可以提供沉淀物的稳定性,使废水的处理效率提高,残余溶液中金属离子的浓度基本小于1.5mol·L-1。3.通过紫外光谱图可观察到,在325480nm与490700nm的可见光范围内的两个吸收带基本消失,而Cr与Cr-Zr、Cr-Al共混结合的紫外区域曲线发生明显的蓝移现象,说明加碱沉淀过程中有新的络合物产生。并且从热重分析得到,硫酸铬在550℃左右没有明显的质量损失,而有Zr、Al及有机物共混过程中高温煅烧后,从DTG曲线发现,在300400℃左右出现新的质量损失台阶,主要是由于沉淀物中有机物脱-COOH所致,在450500℃之间出现新的吸收峰,可能是金属氧化物与新配合物的混合物的。说明在加碱过程中确有新的配合物产生。从能谱分析可以得到,由于Zr,Al和多种有机配体的加入,沉淀物中含有28%(Wt)左右的有机碳存在,多金属与有机物共混沉淀中为复杂配合反应,而非单一的金属加碱沉淀后的氢氧化物。通过红外谱图可以发现,在1650cm-1和1350cm-1处吸收峰出现了不同程度的红移现象,这主要是由于各有机配体中-COO-的官能团个数和位置不同,导致出现了-COO-的非对称和对称伸缩振动峰,在1200cm-1和处出现新的吸收峰,查相关文献为SO2-4中S=O键的伸缩振动吸收峰;并且在700cm-1550cm-1有新的指纹峰出现,查相关文献得知,为M-O的指纹峰,进一步确认新配合物的存在。
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