通过脉冲电压强化废水中重金属络合物去除与重金属定向回收的反应方法

本发明属于电化学，尤其涉及一种通过脉冲电压强化废水中重金属络合物去除与重金属定向回收的反应方法。

背景技术：

1、电子电镀、金属冶炼、制革等行业会产生大量的重金属废水，一旦重金属进入到地表水、土壤和地下水等并通过生物链的富集作用进入人体，将严重威胁人类健康。电镀废水是重金属废水主要来源，电镀生产中同时会使用大量络合剂(如乙二胺四乙酸、次氮基三乙酸、柠檬酸和酒石酸等)，这些络合剂会与重金属离子形成重金属络合物，该络合物具有稳定的化学结构，难以自然降解。传统的化学沉淀、吸附和混凝技术可有效去除离子态重金属，但对络合态重金属去除效率低。同时，重金属也是一种宝贵的资源，其资源化回收越来越受到重视。因此，发展重金属络合物废水的高效资源化处理技术，对于生态环境保护和电镀行业健康可持续发展具有重要的现实意义。

2、电化学水处理技术通常指通过施加电流或电压，使电子发生定向移动，从而在电极表面发生氧化还原反应实现水中污染物的降解。与传统的化学法相比，电化学技术需要的药剂及排放的污泥明显减少，具有反应速率快、反应条件温和、易于自动化等优点。电芬顿可以通过阴极还原o2原位产生h2o2，外加金属离子或水中本身存在的重金属(络合物)诱发(类)芬顿反应产生氧化性自由基，是一种相对绿色安全的高级氧化技术。传统的单阴极电化学体系在处理重金属络合物废水时，由于阴极沉积了大量的重金属，会抑制电极表面的两电子orr(oxidation-reduction reaction，氧还原反应)过程，无法有效实现同步电产h2o2和回收重金属。

技术实现思路

1、本发明提出一种通过脉冲电压强化废水中典型重金属络合物去除与重金属定向回收的反应方法，将双阴极类电芬顿系统用于处理重金属络合物，并且使用两个电化学工作站分别连接两个阴极、一个阳极、一个参比电极，通过电化学工作站为其中一个阴极提供脉冲电压以提高对重金属络合物(如cu-edta)的氧化破络能力和重金属(如cu)的定向回收效能。

2、本发明提出一种通过脉冲电压强化废水中重金属络合物去除与重金属定向回收的反应方法，包括如下步骤：

3、所述反应方法采用两个电化学工作站，以及内含第一阴极、第二阴极、阳极、参比电极的反应器；其中一个电化学工作站为第一阴极或第二阴极提供脉冲电压时，另一个电化学工作站为剩余一个阴极提供恒定电压；

4、反应过程中，持续向反应器内的反应液中通空气或氧气。

5、进一步地，所述第一阴极为碳气凝胶、碳纤维或碳毡；

6、优选的，第一阴极为碳气凝胶。

7、进一步地，所述第二阴极为钛板或不锈钢；

8、优选的，第二阴极为钛板。

9、进一步地，所述脉冲电压包括方波脉冲电压、三角脉冲电压或差分脉冲电压。

10、进一步地，所述脉冲电压的范围为：0～-2.0v；

11、优选的，第一阴极的脉冲电压的范围为0～-1.5v，第二阴极的脉冲电压的范围为0～-2.0v；

12、更优选的，第一阴极上，方波脉冲的电压范围为0～-0.9v，三角脉冲的电压范围为-0.6～-0.9v，差分脉冲的电压范围为-0.6～-0.9v；

13、第二阴极上，方波脉冲的电压范围为0～-1.35v，三角脉冲的电压范围为-1.05～-1.35v，差分脉冲的电压范围为-1.05～-1.35v。

14、进一步地，所述方波脉冲电压的占空比为0-300％；

15、优选的，第一阴极上方波脉冲电压的占空比为100％，第二阴极上方波脉冲电压的占空比为100％。

16、进一步地，所述脉冲电压的脉冲宽度为0～60s；

17、优选的，第一阴极的脉冲宽度为2.5～10s，第二阴极的脉冲宽度为5～15s。

18、进一步地，所述恒定电压中，第一阴极的恒定电压为-0.6～-1.5v，第二阴极的恒定电压为-0.8～-2.0v；

19、优选的，所述恒定电压中，第一阴极的恒定电位-0.90v；第二阴极的恒定电位-1.35v。

20、进一步地，所述阳极为钛钌铱网；所述参比电极为ag/agcl电极。

21、进一步地，第一阴极、第二阴极与阳极相互平行设置。

22、本发明具有以下优势：

23、本发明提出的通过脉冲电压强化废水中重金属络合物去除与重金属定向回收的反应方法，将双阴极类电芬顿系统用于处理重金属络合物，有效强化了对重金属络合物的氧化破络，且实现了重金属定向回收。并且，使用两个电化学工作站分别连接两个阴极(第一阴极、第二阴极)、一个参比电极、一个阳极，根据实际废水水质，对第一阴极或第二阴极其中一个阴极施加不同脉冲模式电压，第一阴极通过发生两电子orr反应原位生成h2o2，被重金属废水中的络合态或离子态重金属活化诱发类芬顿反应，第二阴极则定向回收释放的cu离子，进而实现对双阴极体系重金属络合物破络降解与重金属定向回收的进一步强化。该方法可在高效去除废水中重金属络合物的同时实现重金属定向回收，无需外加fe2+或任何化学药剂，且施加脉冲模式电压，电极会间断性处于不工作或者低电压的状态，可降低能耗。

技术特征：

1.一种通过脉冲电压强化废水中重金属络合物去除与重金属定向回收的反应方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的反应方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的反应方法，其特征在于，

4.根据权利要求1～3任一项所述的反应方法，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的反应方法，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的反应方法，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的反应方法，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的反应方法，其特征在于，

9.根据权利要求1所述的反应方法，其特征在于，

10.根据权利要求1所述的反应方法，其特征在于，

技术总结
本发明提出一种通过脉冲电压强化废水中重金属络合物去除与重金属定向回收的反应方法，属于电化学技术领域。所述反应方法包括如下步骤：所述反应方法采用两个电化学工作站，以及内含第一阴极、第二阴极、阳极、参比电极的反应器；其中一个电化学工作站为第一阴极或第二阴极提供脉冲电压时，另一个电化学工作站为剩余一个阴极提供恒定电压；反应过程中，持续向反应器内的反应液中通空气或氧气。本发明所提出的双阴极类电芬顿体系，无需外加Fe<supgt;2+</supgt;或任何化学药剂，氧化剂H<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;由阴极还原溶解氧原位生成，活化H<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;则由阳极电氧化降解的中间产物—低配位数重金属络合物或离子态重金属诱导进行。

技术研发人员：赵旭,冒冉,胡可
受保护的技术使用者：中国科学院生态环境研究中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13