含镉废水不溶性淀粉黄原酸酯处理含镉废水的研究

第25卷第 5期 2OO6年 1O月 四 川 环 境 SICHUAN ENⅥRONMENr Vo1．25．No．5 October 20o6 · 试验研究 · 不溶性淀粉黄原酸酯处理含镉废水的研究 刘志昌，刘 凡，唐 琼，张 一 (乐山师范学院化学与生命科学系，乐山 614004) 摘要：本文以环氧氯丙烷与淀粉进行交联反应，然后再进行黄原酸化反应制得不溶性淀粉黄原酸酯 (ISX)，用 ISX对 含镉废水进行了处理试验，对其去除效果及影响因素进行了实验研究，并对其去除机理进行了初步探讨。试验结果表 明，当其用量为651 mg／L时，cd2 离子去除率达99．30％。与其它 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 相比，该法具有成本低、操作简单、无毒无害、 易于分离、去除率高，回收废渣处理不会引起二次污染等优点。 关 键 词：淀粉黄原酸酯；合成；含镉废水处理 中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1001—3644(2006}05—0012—03 Study on the Treaanent of Cd-containing Wastewater by Insoluble Starch Xanthate LIU Zhi—chang，LIU Fan，TANG Qiong，ZHANG Yi (Depo,rtment ofChemistry& Science，Leshan Teachers co2 ，Leshan，Sichuan Province 614004，China) Abstract：The insoluble starch xanthate(ISX)was p pared with the material of starch，1-chloro-epoxypropane，carbon disulfide and metal salt etc．The performance of treatment and the factor influence were studied by treating wastewater containing cadmium． Furtherm ore，the mechanism of removal of ISX is discussed．It is shown that the removal e~ciency of ca： in wastewater is 99 ，30％ when the dosage of ISX is 65 1 mg／L，By comparison with other treatment technique，this method exhibits some advantages，such as easy operation，low cost，non-hazards，lligh removal efficiency and no secondary pollution，etc． Keywords：Starch xanthate；synthesis；Cd-containing wastewater treatment 重金属镉作为原料或催化剂被广泛地应用于工 业生产中，如电池、塑料、颜料等生产。在镉被大 量应用的同时，也带来了严重的镉污染。镉对环境 的污染主要是由含镉的 “三废”被排放到环境中， 污染土壤和水体。又因为重金属离子进入环境后， 不象有机污染物那样能被微生物降解，而往往通过 食物链作用，进入人体，在人体中积累、放大，导 致人体中毒，危害人体健康。人体镉中毒往往表现 为肾功能障碍、骨质疏松和软化，使人感到终日疼 痛不止。1968年日本发生的疼痛病，便是典型的 镉中毒事件。在我国也出现了镉中毒的情况⋯I。因 此镉对人体的危害已引起了世界各国的重视。含镉 废水在排放前必须进行处理，实行达标排放。目前 收稿日期：2006-04．29 作者简介：刘志昌(1943一)，男，四川邻水人，1966年7月毕业于西 南师范学院化学系，教授。研究方向为有机化学。 对含镉废水的处理方法主要有化学沉淀法、吸附 法、氧化法、离子交换法、膜分离法、生物法 等_2 J。本文用自制的不溶性淀粉黄原酸酯 (简称 ISX)对含镉废水进行了处理实验，探讨了 ISX的 用量、pH值、反应时间等因素对废水中镉离子去 除率的影响，并对其去除机理进行了初步探讨。 l 实验部分 1．1 主要试剂和仪器 淀粉 (工业品)；氢氧化钠；氢氧化钾；环氧 氯丙烷；氯化钠；二硫化碳；丙酮；氯化镁等试剂 均为分析纯。 WFX一1F2B2原子吸收光度仪 (北京第二光学 仪器厂)， 一2S往返水浴恒温振荡器 (江苏大 地自动仪器厂)，PHS一25型自动电位滴定计 (上海 精科雷磁)，IRPrestige．21红外光谱测定仪 (日本岛 津公司)。 维普资讯 http://www.cqvip.com 5期 刘志昌等：不溶性淀粉黄原酸酯处理含镉废水的研究 13 1．2 淀粉黄原酸酯的制备 在 100 mL的三口烧瓶中加入 l5 g粗淀粉和 1％的氯化钠溶液 22．5 mL， 昆合均匀，加热至 40℃～55℃反应 8 h，再加入水稀释，加入 15％氢 氧化钠4．5 mL，滴加环氧氯丙烷0．4 mL，于45℃ 反应 8 h后，再加人 20 mL水稀释，加人 27％氢氧 化钠2．5 mL和二硫化碳 6．0 mL，在30℃～50℃反 应2～3 h，再加入可溶性镁盐 5．5 g，搅拌、抽滤 后依次用蒸馏水、丙酮、乙醚洗涤，产品为淡黄色 固体[6,7]。 1．3 废水处理实验 试验采用间歇操作在烧杯中进行。在 500 mL 烧杯中，加入废水 200 mL，用稀硫酸或氢氧化钠 溶液调节体系 pH值，加入一定量的 ISX，磁力搅 拌，室温反应一段时间后，静置、沉淀，取上层清 液测 Cd2 离子浓度。 2 结果与讨论 2．1 废水成分 实验废水取自某冶炼厂，其主要成分如表 1所 示。 表 1 某冶炼厂含镉废水成分 (mg／L) 注：废水中阴离子主要为硫酸根离子。 2．2 反应时间对 ca2 离子去除率的影响 取废水 200 mL，加入 ISX 200 mg，调节 pH为 5．0左右，室温下磁力搅拌反应，考察反应时间对 镉离子去除率的影响。结果见图1。 反应t~,-JIN(rain) 图1 反应时间对 c 离子去除率的影响 从图1可以看出，废水中Cd2 的去除率随着 时间的延长而增加，而且在开始 15 min内反应非 常迅速，15 min时的去除率约为40 min时去除率的 95％，反应进行到 30 min时，Cd2 去除率基本达 最高值。故后面的实验，均取反应时间30 min。 2．3 ISX用量对 Cd2 离子去除率的影响 取废水 200 mL，调节 pH为5．0左右，加入不同量 的ISX，室温下磁力搅拌反应 30 min后静置。考察 ISX用量对Cd2 离子去除率的影响，结果见图2。 醑 t 0 ISX的用量(rng／I．) 图2 ISX用量对c 离子去除率的影响 从图2可以看出随着 ISX用量的增加，ca2 离 子的去除率增大。当 ISX用量在 0．1302 g以上时， Cd2 离子的去除率增加缓慢，由此可得出，增加 ISX的用量 (以上)对 Cd2 离子的去除没有多大帮 助，反而会增加成本，所以，在后面的实验中，取 ISX的用量为 651 mg／L． 2．4 pH对 Cd2 离子去除率的影响 取废水200 mL，加入 130．3 rng ISX，不同 pH条件 下，室温下磁力搅拌反应 30 min后静置。考察不同 pH对 ca2 离子去除率的影响，结果见图3。 12O 1OO 8O 爨60 4O 0 2O O 图3 pH对 C 离子去除率的影响 从图3可以看出，pH对 cd2 离子的去除率的 影响是非常大的，但适宜的 pH范围较宽，在 4～8 之间。当pH小于2时，Cd2 离子去除率很小，随 着pH的升高，cd2 离子的去除率迅速上升，当溶 液的pH在 4～8之间时，有较好的去除效果。这主 要是由于 pH值的改变会影响金属溶液的化学特 性，ISX官能团的活性等。pH值大于8时，金属离 子会发生沉淀，所以未进行探讨。 2．5 ISX去除机理的探讨 取废水 200 mL，加入 ISX 130．2 rng，调节 pH为 5．0左右，室温下搅拌反应30 min后静置、分离，并将 沉淀物干燥，用红外光谱仪测其谱图，并与其它重金 属络合物的IR谱图进行比较，结果见表2。 维普资讯 http://www.cqvip.com 14 四 川 环 境 25卷 注：SIX化合物一OH峰 3430 cln" ，一cn2峰2932 cm。。，C=S峰 1509 cm" ，C-C峰 1080 cm一，C-S峰 1024 cm-I，羟基峰931 tin-1。 从表2中可知，ISX化合物的吸收峰的位置与 ISX和重金属cd2 离子络合物吸收峰的位置基本没 有什么变化。但是，上述化合物 c—s键，c=s键 的吸收峰的吸收强度随金属离子的不同有所变化， 表明 c—s键，C=S键与金属离子的络合能力随金 属不同有差异。同时，C—S键，C=S键的吸收峰的 强度变化也说明 ISX能去除废水中的cd2 ，主要 是因为ISX中的 c—s键、c=s键上的硫元素提供 配位中心，与CA2 形成稳定的络合物沉淀，从而 从水中分离去除。 3 结 论 以环氧氯丙烷为交联剂，与粗淀粉进行交联反 应，再进行黄原酸化反应而制得不溶性淀粉黄原酸 酯 (Isx)，用 ISX处理含镉废水时，当废水中 cd2 浓度为28．50 mg／L，其最佳条件为：ISX用量 651 mg／L，pH=4—8，反应时间30 min，CA2 去除 率可达99％以上。ISX去除cd2 的机理为ISX分子 的基团与cd2 离子作用，形成稳定的络合物沉淀， 从而将Cd2 从水中分离去除。其作用为化学吸附。 用ISX处理含镉废水，具有成本低、操作简 单、无毒无害、易于分离、去除率高，回收废渣处 理不会引起二次污染等优点，有希望成为一种新的 处理较低浓度含镉废水的途径。 参考文献： [1] 邱廷省，成先雄 ．含镉废水处理技术现状及发展[J]．四川有 色金属，2002，(4)：38．41． [2] 陈芳艳 ．活性碳纤维对水中镉离子的吸附研究[J]．抚顺大石 油学院学报，2000，20(3)：26—29． [3] 张彩云 ．膨润土对废水中镉离子吸附的研究[J]．广西化工， 2002，31(2)：18—19． [4] 木冠南，李 琳，杨立英 ．氧化活性碳吸附镉(Ⅱ)及表面活性 剂对其吸附量的影响[J]．离子交换与吸附，1999，15(5)：468 471． [5] 姜述芹，周保学，于秀娟，刘军深，蔡伟民，周 定 ．氢氧化镁 处理含镉废水的研究[J]．环境化学，2003，22(6)：601-604． 【6 J Wing R E，Doane W M．Removal of heavy metal ions from aqueous solutions with insoluble eYo$$一linked—starch—xanthates[P]．us： 3979286，1976． [7] 张淑嫒，等 ．不溶性淀粉黄原酸酯的合成[J]．高分子材料科 学与工程，1991，7(5)：114． (上接第3页) 加，消除能力迅速提高，停留时间为33．9 s时净化效 率达到最高为98％。 3．3 改变液体流量的结果表明，要提高生物滴滤器 对苯的净化效率，选择一个合适的循环液流量是比 较可行的方法。本实验中最佳的液体流量为0．8 L／h。 3．4 同一气体停留时间下，生物滴滤器对苯的去除 率受进13浓度影响较大。同时，入13气体苯浓度的 高低对所需要的填料层高度有很大的影响。 [2] [3] [4] [5] [6] [7] 参考文献： [ ] [1] 国家环境保护局科技 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 司．大气污染物综合排放标准详解 [M]．北京：中国环境科学出版社，1997． 郝吉明，马广大．大气污染控制工程(第二版)[M]．北京：高等 教育出版社，2002． 樊 奇，羌 宁．挥发性有机废气净化技术研究进展[J]．四川 环境，2005，24(4)：4o-44． 羌 宁．气态污染物的生物净化技术及应用[J]．环境科学， 1996，17(3)：87—90． 蒋文举，等．生物法废气脱硝研究[J]．环境科学，1999，20(3)： 34_37． 中国商品大词典编委会．中国大商品大词典：化学试剂分册 [M]．北京：中国商业出版社，1994． 羌 宁，等．气体生物滴滤池载体性能比较实验研究[J]．环境 科学，2002，21(1)：45．48． 季学李，羌 宁，何 坚．生物滴滤器净化甲苯废气研究[J]． 上海环境科学，2000，19(8)：369—372． 维普资讯 http://www.cqvip.com