高分子重金属絮凝剂对镍离子螯合能力的研究_于明泉

Ｋｅｙｗｏｒ ｄｓ： ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｆｌｏｃｃｕｌａｎｔ； ｎｉｃｋｅｌ－ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ； ｃｈｅｌａｔｉｏｎ； ＥＤＴＡ
一般重金属废水中均含有螯合剂， 因而， 重金 属离子易于被稳定化［１］， 相当部分重金属以溶解态 存在于水中， 主要为各种配合物， 例如各种配体不 同及配位数不同的羟基配离子、氯配离子、氨配离 子、腐殖质配合物及其它无机和有机配体的配合物 等［２］。由于这些配合物具有一定的稳定性， 一方面 使重金属的溶解度大大提高了， 另一方面也使常规 高分子絮凝剂分子中的配位基（ 如羧基） 难于与上述 配合物中的配位体发生竞争。
由 图 １ 可 见 ： ＰＥＸ 处 理 低 浓 度 含 Ｎｉ２＋ 废 水 效
在水样中加入一定量的 ＥＤＴＡ 或 Ｃａ２＋， 做絮凝 试验， 试验结果见表 １。
ＰＥＸ 投加量 ／ （ ｍｇ·Ｌ－１）
１８ １８ ３０ １８ １８ ３０
表 １ ＥＤＴＡ、Ｃａ２＋ 对 ＰＥＸ 去除 Ｎｉ２＋ 的影响 Ｔａｂ． １ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ＥＤＴＡ， Ｃａ２＋ ｏｎ ｒｅｍｏｖａｌ ｏｆ Ｎｉ２＋ ｗｉｔｈ ＰＥＸ
取 含 Ｎｉ２＋、 ＥＤＴＡ 的 质 量 浓 度 分 别 为 ２５、 ５０ ｍｇ ／Ｌ 的水样， 投加 ＰＥＸ 做絮凝试验。结果见图 ２。
取含 பைடு நூலகம்ｉ２＋ 的质量浓度为 ２５ ｍｇ ／Ｌ 的水样， 加入 不 同 量 的 ＥＤＴＡ， 投 加 相 同 的 ＰＥＸ（ ４８ ｍｇ ／Ｌ） 做 絮 凝试验。结果见图 ３。
关键词： 高分子重金属絮凝剂； 含镍废水； 螯合作用； ＥＤＴＡ 中图分类号： Ｘ７０３．１ 文献标识码： Ａ 文章编号： １００９ － ２４５５（ ２００７） ０１ － ００２５ － ０３
Ｃｈｅ ｌａ ｔｉｏｎ ｃａ ｐａ ｃｉｔｙ ｏｆ ｍａ ｃｒｏｍｏｌｅ ｃｕｌｅ ｈｅ ａ ｖｙ ｍｅ ｔａ ｌ ｆｌｏｃｃｕｌａ ｎｔ ｔｏ ｎｉｃｋｅ ｌ ｉｏｎｓ
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｅ ｃｈｅｌａｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｆｌｏｃｃｕｌａｎｔ（ＰＥＸ） ｔｏ ｎｉｃｋｅｌ ｉｏｎｓ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ， ａ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｍａｄｅ ｗｉｔｈ ｎｉｃｋｅｌ－ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｗａｔｅｒ ａｓ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔａｒｇｅｔ， ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｔｅｓｔｉｆｉｅｄ ｔｈａｔ： ＰＥＸ ｈａｄ ａ ｇｒｅａｔ ｃｈｅｌａｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｔｏ ｎｉｃｋｅｌ ｉｏｎｓ， ｔｈｅ ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈｅｌａｔｅ ｗａｓ ｓｍａｌｌ， ｗｈｉｃｈ ｓｈｏｗｅｄ ａ ｇｏｏｄ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｌｏｗ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｎｉｃｋｅｌ ｉｏｎｓ． Ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ ｏｆ ｓｏｍｅ ＥＤＴＡ ｏｒ Ｃａ２ ＋ ｉｎ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｈａｄ ｌｉｔｔｌｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｍｏｖａｌ ｏｆ ｎｉｃｋｅｌ ｉｏｎｓ ｗｉｔｈ ＰＥＸ， ｂｕｔ ａｌｓｏ ｐｒｏｍｏｔｅｄ ｔｈｅ ｓａｉｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｇｒｅａｔｌｙ．
镍离子易与水中的碱性物质生成难溶的沉淀 物 ， 因 此 ， 在 试 验 过 程 中 ， 严 格 控 制 水 样 的 ｐＨ 值， 避免氢氧化镍产生而影响试验结果。同时水 样的含盐量， 尤其是高价阳离子的含量对试验结 果影响较大， 应尽量减少这部分因素引起的误差。 ２ 结果和讨论
ＰＥＸ 处 理 重 金 属 离 子 浓 度 较 高 或 成 分 较 简 单 的废水比较容易， 且有较高的去除率。在浓度较 低或有其它螯合剂存在的情况下， 去除率是否会 受到影响， 取决于 ＰＥＸ 与重金属离子螯合能力的 强弱。 ２．１ ＰＥＸ 对低浓度镍离子的去除效果
ＹＵ Ｍｉｎｇ－ ｑｕａｎ１， ＣＨＡＮＧ Ｑｉｎｇ２
（ １． Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｕｒｂａｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ， Ｊｉｎａｎ ２５０００１， Ｃｈｉｎａ； ２． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ａｎｄ Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｌａｎｚｈｏｕ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００７０， Ｃｈｉｎａ）
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ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ ＷＡＴＥＲ ＆ ＷＡＳＴＥＷＡＴＥＲ
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废水处理及回用
工业用水与废水
Ｖｏｌ ． ３８ Ｎｏ ． １ Ｆｅｂ．， ２００７
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高分子重金属絮凝剂对镍离子螯合能力的研究
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于明泉 １， 常青 ２
（ １．山东省城建设计院， 济南 ２５０００１； ２．兰州交通大学 环境与市政工程学院， 兰州 ７３００７０）
高分子絮凝剂除浊度的研究已经比较成熟， ＰＥＸ 性 能 的 优 劣 主 要 取 决 于 对 重 金 属 离 子 螯 合 能 力的大小。因此本试验以含镍水样为处理对象， 研 究了 ＰＥＸ 对重金属离子的螯合能力。 １ 试验 １．１ 试验方法
采用六联搅拌器， 取 ４００ ｍＬ 含镍离子的水样
基金项目： 国家自然科学基金资助项目（ ２０３７７０２０） 收稿日期： ２００６ － ０６ － ０８； 修回日期： ２００７ － ０１ － ０８
与 单 纯 的 ＰＥＸ 的 光 谱 图 比 较 ， 图 ４、 图 ５ 中 明 显 生 成 了 ２ 个 新 的 吸 收 峰 ， 分 别 是 ６２０．０６
（ ６２３．４４） 和 ５１８．８５， 这 ２ 个红外光谱值正好出于黄 原酸根与镍离子配位化合物的红外光谱谱带范围之 内 ， 这 也 进 一 步 证 实 了 Ｎｉ２＋ 与 ＰＥＸ 发 生 螯 合 作 用 而沉淀下来了。同时比较图 ４、图 ５ 可知， 原水样 中含有 Ｃａ２＋， 但在沉淀絮体的红外光谱图中并没有 Ｃａ２＋ 的吸收峰。因此， Ｃａ２＋ 的存在并不影响 Ｎｉ２＋ 与 ＰＥＸ 的螯合作用的发生， 只是起到了压缩双电层， 促进絮体形成， 加速絮体沉降的作用［４］。
２ ９２６．７１ ２ ８５２．９４
３ ５００ ３ ０００ ２ ５００ ２ ０００ １ ８００ １ ６００ １ ４００ １ ２００ １ ０００ ８００ ６００ ４００
波数
图 ４ 不加其它任何药剂时絮体的红外光谱 Ｆｉｇ． ４ Ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｃｈｅｌａｔｉｏｎ
ｗｉｔｈ ｎｏ ａｎｙ ｃｈｅｍｉｃａｌ
３５
９－ ２４（ Ｙｕ２）
３０
２５
２０
１５
１０
透光率 ／％
３ ４３９．７８ ２ ９４０．４８
２ １２７．８５ １ ７４８．４１
１ ６２２．８２ １ ４９６．７６
１ ４２４．７８ １ ３５０．０１ １ ２２９．９１ １ １３９．５５ ９９８．０２ ６２３．４４ ５１８．８５ ４５０．１７
·２５·
ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ ＷＡＴＥＲ ＆ ＷＡＳＴＥＷＡＴＥＲ
工业用水与废水
Ｖｏｌ ． ３８ Ｎｏ ． １ Ｆｅｂ．， ２００７
（ 蒸馏水配制）， 在不同条件下投加实验室合成的 ＰＥＸ， 快搅（ １２０ ｒ ／ｍｉｎ） ２ ｍｉｎ， 慢搅（ ４０ ｒ ／ｍｉｎ） １０ ｍｉｎ， 再 静 置 １０ ｍｉｎ 后 ， 用 移 液 管 吸 取 液 面 下 ２ ｃｍ 处的上清液进行镍离子含量的测定。通过镍离 子去除率的高低， 来判断 ＰＥＸ 与镍离子螯合作用 的大小和生成的螯合体溶解性的大小。 １．２ 试验影响因素
原水 ／（ ｍｇ·Ｌ－１）
出水 ／（ ｍｇ·Ｌ－１）
Ｎｉ２＋
Ｃａ２＋
ＥＤＴＡ
Ｎｉ２＋
Ｃａ２＋
ＥＤＴＡ
Ｎｉ２＋
２５
０
０
１７．６９
０
０
２９．２
２５
０
１００
６．０６
０
２０．０
７５．８
２５
０
１００
３．０３
０
１３．４
８７．９
２５
５０
０
１６．２８
４９．４
０
３４．９
２５
５０
１００
４．９５
８．０
０
８０．２
２５
５０
１００
２．１６
４．０
０
９１．４
去除率 ／％ Ｃａ２＋
ＥＤＴＡ
８０
９６．４
１．２
８４
１００
９２
１００
·２６·
于明泉， 常青： 高分子重金属絮凝剂对镍离子螯合能力的研究
图 ２、图 ３、表 １ 表明， 一定量的 ＥＤＴＡ 存在 不仅不会影响 Ｎｉ２＋ 的去除率， 而且会促进 Ｎｉ２＋ 的去 除， 主要原因在于 ＰＥＸ 和 ＥＤＴＡ 与 水 中 的 Ｎｉ２＋ 均 会 发 生 螯 合 作 用 ， ＰＥＸ 和 ＥＤＴＡ 若 与 同 一 个 Ｎｉ２＋ 发生螯合作用， ＥＤＴＡ 与 Ｎｉ２＋ 的螯合体就会和 ＰＥＸ 与 Ｎｉ２＋ 的螯合体紧密地联在一起， 形成不溶性的絮 体而沉降下来。在镍离子总量一定时， 由于 ＥＤＴＡ 螯 合 了 部 分 镍 离 子 ， 因 此 ＰＥＸ 的 负 荷 相 对 减 小 ， 在同样的 ＰＥＸ 投加量的前提下， 处理效果大大提 高。但是 ＥＤＴＡ 的加入量过多， Ｎｉ２＋ 与 ＥＤＴＡ 发生 螯合作用的几率远远大于 Ｎｉ２＋ 与 ＰＥＸ 的螯合作用， 影响了絮体的生成。 ２．３ 红外分析
取含 Ｎｉ２＋ 的质量浓度为 ５ ｍｇ ／Ｌ 的水样 ， 投加 ＰＥＸ， 调节 ｐＨ 值为 ７ 做絮凝试验， 结果见图 １。
果很好， 投药量少， 出水水质好。同时， 取含 Ｎｉ２＋ 的 质 量 浓 度 为 ５ ｍｇ ／Ｌ 的 水 样 ， 调 节 ｐＨ 值 至 ８ ～ ８．５， 不 加 ＰＥＸ 做 絮 凝 试 验 ， 结 果 溶 液 无 任 何 变 化， 根本无絮体产生， Ｎｉ２＋ 也没有被去除。由此可 见 ＰＥＸ 的螯合能力是相当强的。 ２．２ ＰＥＸ 与 ＥＤＴＡ 联合作用去除镍离子的效果
３ ５００ ３ ０００ ２ ５００ ２ ０００ １ ８００ １ ６００ １ ４００ １ ２００ １ ０００ ８００ ６００ ４００
波数
图 ５ 只加 ＣａＣｌ２ 时絮体的红外光谱 Ｆｉｇ． ５ Ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｃｈｅｌａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｏｎｌｙ ＣａＣｌ２
高分子重金属絮凝剂（ ＰＥＸ） 是将重金属离子的 强配位基（ 二硫代羧基） 引入高分子絮凝剂分子中， 从而得到的一种具有重金属捕集和除浊双重功能的 絮 凝 剂 ［ ３］ 。 其 分 子 中 的 配 位 基 团 与 重 金 属 离 子 的 螯 合作用非常强， 可从上述配合物中， 将重金属离子
竞争过来， 絮凝沉淀从而得到去除。同时， 依靠原 有高分子絮凝剂的吸附架桥作用， 水中的致浊物质 含量可大大降低。不用增加水处理设施， 在去除浊 度的同时， 重金属污染也得到了控制。
４７３．８６
１ ４１９．６１ １ ３４９．７５
１ ２２３．６９ １ １３４．１４ １ ０１９．１７
９５５．５１ ８５８．３２
透光率 ／％
１ ７５４．２０ １ ６１８．２７ １ ４９２．９３ １ ４２２．４５ １ ３４３．１３ １ ２２７．７２ １ １３３．５６ ９９５．２７ ９５４．１４
７５５．３９ ６２０．０６ ５１８．８５ ４４７．４８
３６
９－ ２４（ Ｙｕ１）
３４
３２
３０
２８
３ ４２３．６３
２６
２４
２２
２０
１８
１６
取含 Ｎｉ２＋ 的质量浓度为 ２５ ｍｇ ／Ｌ 的水样（ 蒸馏 水配制） ， 不加任何其它药剂或只加入 Ｃａ２＋ 或只加 ＥＤＴＡ， 其 质 量 浓 度 分 别 为 ２５ 和 １００ ｍｇ ／Ｌ， 然 后 投加 ＰＥＸ 做絮凝试验， 用滤纸过滤后， 将所得到 的过滤物置于真空干燥箱中， 在 ４５ ℃ 下烘干至恒 重， 做红外分析， 结果如图 ４、图 ５、图 ６ 所示。
摘要： 研究了高分子重金属絮凝剂（ ＰＥＸ） 对镍离子螯合能力的大小， 以含镍水样作为处 理 对 象 ， 通 过 一 系 列 试验证明： ＰＥＸ 对镍离子的螯合能力强， 生成的螯合体溶解度小， 对低浓度的镍离子废水处理效果好。废水中一 定量的 ＥＤＴＡ 或 Ｃａ２＋ 的存在， 不仅不会影响 ＰＥＸ 对镍离子的去除， 而且会大大促进这一过程。