絡(luò)合-超濾耦合工藝去除水中鎳離子的研究
摘要：以聚丙烯酸鈉(PAANa)和聚乙烯亞胺(PEI)作為絡(luò)合劑,將其與鎳離子絡(luò)合后的溶液轉(zhuǎn)移至超濾杯中,在0.1MPa壓力下通過(guò)聚醚砜超濾膜進(jìn)行分離,研究pH值和絡(luò)合劑/Ni2+裝載質(zhì)量比(L)對(duì)Ni2+去除率的影響,并根據(jù)朗繆爾等溫模型擬合絡(luò)合反應(yīng)平衡常數(shù)。同時(shí)研究超濾時(shí)間對(duì)膜通量和Ni2+去除率的影響。結(jié)果表明,選用PAANa為絡(luò)合劑,在pH值為8、L=5時(shí),Ni2+的去除率達(dá)到最大值99.5%.PEI為絡(luò)合劑時(shí),Ni2+去除率在pH值為7、L為5時(shí)達(dá)到最大值93.0%。不同pH值條件下擬合得到的絡(luò)合平衡常數(shù)表明,pH為7時(shí)最有利于絡(luò)合反應(yīng)。另外,單個(gè)絡(luò)合劑單體所能結(jié)合的Ni2+個(gè)數(shù)隨著pH值的升高而增大。研究結(jié)果還表明,在長(zhǎng)達(dá)12h的超濾時(shí)間內(nèi),PAANa為絡(luò)合劑時(shí),膜通量的衰減<10%；PEI為絡(luò)合劑時(shí),膜通量基本保持不變；Ni2+的去除率都基本保持恒定。因此,在合適條件下,絡(luò)合-超濾耦合工藝能有效去除水中的鎳離子。
關(guān)鍵詞：絡(luò)合-超濾耦合工藝，鎳，聚丙烯酸鈉，聚乙烯亞胺，去除率，絡(luò)合平衡常數(shù)
鎳如今廣泛應(yīng)用于合金制造（如鎳鋼和鎳銀）及用作催化劑和制造貨幣等。化學(xué)、儀表、石油化工、汽車(chē)和飛機(jī)制造工業(yè)、紡織等工業(yè)也會(huì)產(chǎn)生含鎳廢水。直接排放含鎳廢水將會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，一旦遷移進(jìn)入人體，也會(huì)嚴(yán)重威脅人類(lèi)健康。傳統(tǒng)的處理重金屬?gòu)U水的方法有化學(xué)沉淀法、離子交換法、高分子捕集劑法、天然沸石吸附法和活性炭吸附工藝等。新型的絡(luò)合-超濾耦合工藝采用膜技術(shù)達(dá)到去除水中重金屬的目的。水溶性聚合物作為絡(luò)合劑，與金屬離子絡(luò)合生成聚合物-金屬絡(luò)合物，通過(guò)超濾膜將其截留，從而達(dá)到去除水中金屬離子的目的。被超濾膜截留的聚合物-金屬絡(luò)合物經(jīng)過(guò)酸化后發(fā)生解絡(luò)反應(yīng)。對(duì)解絡(luò)后的重金屬離子和大分子聚合物再次進(jìn)行超濾分離，超濾膜將大分子聚合物截留，透過(guò)液中的金屬離子則被大量地富集濃縮，實(shí)現(xiàn)廢水的回用和重金屬的回收。
近年來(lái)，許多學(xué)者對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行了研究，采用絡(luò)合-超濾耦合技術(shù)去除水中的鈷、鋅、鉻、汞、鉛等離子，應(yīng)用范圍涉及核工業(yè)、電鍍、金屬加工、采礦和汽車(chē)行業(yè)等領(lǐng)域。然而，到目前為止，對(duì)于絡(luò)合反應(yīng)平衡常數(shù)及該技術(shù)相關(guān)機(jī)制的研究少有報(bào)道。
聚丙烯酸鈉（PAANa）和聚乙烯亞胺(PEI)是2種常用的絡(luò)合劑,它們可以和包括Ni2+在內(nèi)的多種重金屬離子絡(luò)合。圖1和圖2分別給出了兩者的分子結(jié)構(gòu)式。
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本研究選用PAANa和PEI作為大分子聚合物絡(luò)合劑，采用絡(luò)合-超濾耦合技術(shù)處理實(shí)驗(yàn)室模擬含鎳離子廢水，分析了pH值、裝載比L和超濾時(shí)間對(duì)Ni2+去除率的影響，并根據(jù)朗繆爾等溫模型擬合絡(luò)合反應(yīng)平衡常數(shù)袁對(duì)絡(luò)合反應(yīng)的內(nèi)在機(jī)制進(jìn)行了探討。從而確立并驗(yàn)證了絡(luò)合-超濾過(guò)程處理含鎳溶液的最佳工藝參數(shù)。
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