龔盛昭，云智勉
（廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院輕化工程系，廣東 廣州　510300）

　　摘　要：采用纖維素黃原酸鹽處理重金屬?gòu)U水，對(duì)纖維素黃原酸鹽的用量小H值、反應(yīng)時(shí)間等條件進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：1L含氰電鍍廢水（含Cr³⁺15mg／L、Cu²⁺3mg／L、Ni²⁺9.2mg／L、Zn²⁺+6mg／L），加入2g纖維素黃原酸鹽，調(diào)節(jié)pH8，攪拌lh，過濾，處理后的廢水中Cru⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺殘余濃度分別為0.08mg／L0.03mg／L、0.12mg／L、0.10mg/L。含有重金屬鹽的殘?jiān)捎昧蛩峄蛳跛崽幚恚曰厥罩亟饘佟?
　　關(guān)鍵詞：纖維素黃原酸鹽；重金屬；廢水；廢水處理
　　中圖分類號(hào)：X75
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　文章編號(hào)：1009－2455（2002）03－0030－03

Study on the Condition Optimum of Heavy Metal Wastewater Treatment Using Cellulose Xanthogenate
GONG Sheng-zhao. YUN Zhi-mian
(Light Chemical Engineering Department, Guangdong Light Industry Vocational technical College, Guangzhou 510300, China)

　　Abstract:Cellulose xanthogenate was used to treat heavy metal bearing wastewater. Conditions like dose of cellulose xanthogenate, pH value, reaction time and so on were studied. One liter of cyanide containing electroplating wastewater, which contains 15mg/L Cr³⁺, 3mg/L Cu²⁺,9.2mg/L Ni²⁺ and 6 mg/l Zn²⁺, reacted with 2 g cellulose xanthogenate at pH 8 and was stirred for 1 hour, and then was filtrated, the concentrations of Cr³⁺, Cu²⁺, Ni²⁺ and Zn²⁺ of the treated water was 0.08 mg/L, 0.03mg/L, 0.12 mg/L. 0.10 mg/L respectively. Heavy metals were recovered with H₂SO₄ or HNO₃ to dispose heavy metal bearing residues.
　　Key words: cellulose xanthogenate; heavy metal; wastewater; wastewater treatment

前言

　　隨著防治水體污染和保護(hù)水體環(huán)境日益受到廣泛重視，水處理技術(shù)得到了深入研究和迅速發(fā)展，水處理劑的研究和生產(chǎn)也變得日益重要，開發(fā)具有先進(jìn)水平的水處理劑已成為當(dāng)務(wù)之急。高分子黃原酸鹽是一種高分子水處理劑，可用于處理電鍍廢水，回收貴重金屬[1—2]。本文探討了纖維素黃原酸鹽處理重金屬?gòu)U水的機(jī)理，并研究了影響處理效果的一些因素。
　　纖維素是分布最廣的天然高分子物質(zhì)，價(jià)格便宜。纖維素黃原酸鹽是纖維素中葡萄糖基經(jīng)化學(xué)改性引入—C—S-官能團(tuán)制成，合成反應(yīng)式為[1]：

　　至于官能團(tuán)在葡萄糖基上的位置隨條件變化而變化，取代的位置一般遵循C₆＞C₂＞C₃的規(guī)律。
　　鈉鹽可用硫酸鎂處理而成鎂鹽，使纖維素黃原酸鹽更穩(wěn)定：

1 纖維素黃原酸處理重金屬?gòu)U水的機(jī)理

　　纖維素黃原酸鈉不溶于水，但在水中存在如下電離和水解平衡：

　　黃原酸根陰離子官能團(tuán)為SP2雜化，具有Ⅱ64共軛體系，使得硫原子的負(fù)電荷能在較大的空間分散，即可在較大的范圍呈現(xiàn)負(fù)場(chǎng)，捕集重金屬陽(yáng)離子，生成溶解度小的螫合物或鹽，如纖維素黃原酸鋅、纖維素黃原酸鐵螫合物的結(jié)構(gòu)如下：

　　

　　不同金屬元素與纖維素黃原酸鹽親和力不同，并遵循 Cu≈Pb＞Cd＞Ni＞Zn＞Mn＞Mg＞Ca＞Na，纖維素黃原酸鹽中的鎂和鈉均可被重金屬離子取代。纖維素黃原酸鹽在處理重金屬?gòu)U水中，因重金屬離子性質(zhì)不同而發(fā)生如下不同的反應(yīng)：
　　①離子交換反應(yīng)：

　　能進(jìn)行以上反應(yīng)的離子有：Zn²⁺、Ag⁺、Au⁺、Ni²⁺、Mn²⁺、Cr³⁺、Fe²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺等。
　　②氧化還原反應(yīng)：

　　纖維素黃原酸鈉（或鎂）鹽能與Cu²⁺、Fe³⁺、CrO₄^2-發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成的Cu⁺、Fe²⁺、Cr³⁺再與纖維素黃原酸鈉（或鎂）發(fā)生離子交換反應(yīng)生成相應(yīng)的纖維素黃原酸鹽。

2 纖維素黃原酸鹽處理重金屬?gòu)U水的條件實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)試劑
　　纖維素黃原酸鹽[1]（自制，有效成分以疏計(jì)）：干固體，含硫 10％；30mg／L銅溶液；30mg／L鎳溶液；含氰電鍍廢水：取自廣州某電鍍廠。
2.2 實(shí)驗(yàn)方法
　　取金屬溶液100mL加入250mL燒杯中，以稀HCl或稀NaOH溶液調(diào)節(jié)pH，加入一定量的纖維素黃原酸鹽（干固體），電動(dòng)攪拌，在室溫下反應(yīng)一定時(shí)間沖速定量濾紙過濾，測(cè)定濾液中殘余金屬濃度。濾渣用水、酒精洗滌后，用不同的浸取液浸取18h，過濾，測(cè)定浸取液中重金屬離子的濃度，計(jì)算浸取率。
2.3 結(jié)果和討論
2.3.1 纖維素黃原酸鹽用量的影響
　　纖維素黃原酸鹽用量與殘余金屬濃度關(guān)系見表1。

表1 纖維素黃原酸鹽用量與殘余金屬濃度的關(guān)系 用量/g 0 0.05 0.1 0.15 0.20 0.25 殘余銅/（mg.L^-1) 30 5.45 1.23 0.65 0.17 0.8 殘余鎳/（mg.L^-1) 30 7.34 1.35 0.83 0.30 0.21

　　由表1可知，隨著纖維素黃原酸鹽用量的增加，殘余金屬濃度急劇降低，但當(dāng)纖維素黃原酸鹽（干固體）用量達(dá)到0.1g以上時(shí)降低速度明顯減慢，當(dāng)用量達(dá)到0.2g時(shí)，CU²⁺、Ni²+的去除率已達(dá)到99.4％和99％。
2.3.2 pH值的影響
　　固定纖維素黃原酸鹽（干固體）用量為2g，改變?nèi)芤簆H值進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見圖1。
　　由圖1可知小H值對(duì)纖維素黃原酸鹽處理金屬?gòu)U水影響很大，在pH4以下時(shí)幾乎無(wú)多大處理效果，但隨著pH值的不斷增大，處理能力大為改善。當(dāng)PH8以上時(shí)的去除率可達(dá)99％以上。所以纖維素黃原酸鹽用于處理重金屬?gòu)U水時(shí)宜在中性或堿性條件下使用。

　　另外，用20％氫氧化鈉代替纖維素黃原酸鹽進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在pH8以下時(shí)，纖維素黃原酸鹽對(duì)重金屬離子去除能力比氫氧化鈉強(qiáng)得多，這說明在pH8以下時(shí)重金屬的處理效果主要是生成纖維素黃原酸銅或鎳，而不是生成Cu（OH）₂、Ni（OH）₂所致。
2.3.3 反應(yīng)時(shí)間的影響
　　固定纖維素黃原酸鹽（于固體）用量為2g，改變反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見圖2。
　　由圖2可知，纖維素黃原酸鹽與Cu²⁺反應(yīng)比較迅速，反應(yīng)不到10min就可將殘余Cu²⁺的濃度降至2mg／L以下，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。而纖維素黃原酸鹽與 Ni²⁺的反應(yīng)較慢，需50min才能將殘余Ni²⁺濃度降低至0.5mg/L以下，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。這是由于Cu²⁺親和力大于Ni²⁺，反應(yīng)速度比Ni²⁺快。另外，從圖2也可看出，開始時(shí)金屬離子濃度迅速降低，而反應(yīng)一定時(shí)間后，由于濃度下降，分子間的有效碰撞減少，反應(yīng)速度下降，所以隨后的關(guān)系曲線變得平緩。

2.3.4 纖維素黃原酸鹽的溶解性試驗(yàn)
　　對(duì)實(shí)驗(yàn)得到的纖維素黃原酸銅或鎳的殘?jiān)謩e用蒸餾水、10％鹽酸、10％硫酸、10％硝酸進(jìn)行浸取試驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表2 纖維素黃原酸鹽殘?jiān)兄亟饘倩厥战Y(jié)果 浸取液 蒸餾水 10%HCl 10%H₂SO₄ 10%HNO₃ Cu浸取率/% 0.2 80 92 97 Ni浸取率/% 0.4 50 53 95

　　由表2可知，水對(duì)纖維素黃原酸銅或鎳的浸取率很低，所以如將纖維素黃原酸重金屬鹽填埋也不會(huì)造成二次污染土壤。如需將重金屬回收，則可用H₂SO₄或HNO₃來處理纖維素黃原酸銅，用HNO₃處理纖維素黃原酸鎳，均可達(dá)到很高的回收率。同樣，可用纖維素黃原酸鹽處理含金、銀等貴重金屬的廢水，然后選擇適當(dāng)浸泡液回收其中的重金屬。
2.3.5 含氰電鍍廢水的處理效果
　　取 IL含氰電鍍廢水（含 Cr³⁺15mg／L、Cu²⁺3mg／L、Ni²⁺9.2mg／L、Zn²⁺6mg／L），加入2g纖維素黃原酸鈉，調(diào)節(jié)PH=8，攪拌1h，過濾，測(cè)定殘余金屬離子濃度，結(jié)果如表3所示。

表3 纖維素黃原酸鈉對(duì)含氰電鍍廢水處理結(jié)果 金屬離子 Cr³⁺ Cu²⁺ Zn²⁺ Ni²⁺ 殘余濃度/（mg.L^-1) 0.08 0.03 0.12 0.10

　　由表3可知，纖維素黃原酸鈉處理含氰電鍍廢水，可取得較好的效果。經(jīng)一次處理，可使Cr³⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺均達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，去除率在99％以上，處理后的廢水由黃綠色渾濁液變?yōu)闊o(wú)色澄清。

3 結(jié)論

　　纖維素黃原酸鹽是一種高效的水處理劑，用于重金屬?gòu)U水的處理是比較理想的。纖維素黃原酸鹽用量、pH值和反應(yīng)時(shí)間均對(duì)纖維素黃原酸鹽處理重金屬?gòu)U水的效果有較大的影響，在使用時(shí)應(yīng)注意這幾個(gè)因素的控制。處理廢水后的纖維素黃原酸殘?jiān)商盥瘢部捎肏2SO4或HNO3浸泡，進(jìn)行重金屬的回收，達(dá)到資源綜合利用的目的。

參考文獻(xiàn)：

　　[1] 龔盛昭.利用甘蔗渣或稻草制備重金屬?gòu)U水處理劑—纖維素黃原酸酯的試驗(yàn)[J].甘蔗糖業(yè)，1999，（5）：43－45.
　 ［2］龔盛昭.淀粉基黃原酸鹽合成新工藝及其在廢水處理中的應(yīng)用[J].化工環(huán)保，2001，21（2）：95－97.

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　　作者簡(jiǎn)介：龔盛照（1970－），男，湖南江永人，講師，工學(xué)碩士，現(xiàn)為廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院應(yīng)用化學(xué)教研室主任，廣東省經(jīng)貿(mào)系統(tǒng)科技開發(fā)項(xiàng)目主持人，主要從事精細(xì)化工產(chǎn)品的合成及應(yīng)用研究，已發(fā)表論文十幾篇，電話（020）34301919。