[發明專利]一種處理含貴/重金屬廢水并回收高純度金屬單質的還原性離子交換膜及其方法與應用

有效

• 申請號: 202010858191.0
• 申請日: 2020-08-24
• 公開（公告）號: CN112044477B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 王挺;董順
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B01J39/12
• 分類號: B01J39/12;C02F1/42;C22B7/00;C22B11/00;C22B13/00;C22B15/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 鄭平

本發明屬于重金屬處理領域，涉及一種處理含貴/重金屬廢水并回收高純度金屬單質的還原性離子交換膜及其方法與應用，該技術以鈉快離子導體型NaTi₂(PO₄)₃制備的膜用作還原性離子交換膜材料，首先在含鈉離子溶液中充鈉使其變為高的還原態，然后將其置于含金屬離子廢水中使得貴/重金屬離子在還原性離子交換膜表面被還原為金屬單質，還原出來的金屬單質極易被回收。該方法裝置簡單，還原過程不需要對電極參與，器件設計具有很高的靈活性，不需要消耗大量的化學試劑，使用清潔的電能還原金屬離子，對貴/重金屬離子具有高度的選擇性，能夠很方便的以單質態回收貴金屬。制備的還原性離子交換膜材料經過50次循環仍能保持良好的儲鈉性能，具有優秀的循環使用性能。

技術領域

本發明屬于重金屬處理領域，尤其涉及一種處理貴/重金屬廢水并回收高純度金屬單質的還原性離子交換技術。

背景技術

公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

隨著世界人口的快速增長、工業和農業活動的不斷擴大，可用水資源逐漸減少，水污染以及淡水資源的匱乏問題日益嚴峻。目前，全世界約12億人遭受著水資源短缺以及水資源的安全問題。據世界水理事會估計，未來幾十年受水資源影響的人口將會達到39億。除了人類對水資源的過度開發外，工業排放的難降解污染物對水資源的污染也使富水區的缺水問題更加嚴重，另外工業活動的擴大導致自然界游離態的重金屬離子的濃度越來越高，有毒金屬離子進入食物鏈，進而進入人體，一旦它們在器官中積累超過標準限度，就可能導致嚴重的與健康有關的疾病。過度攝入鋅會引起皮膚刺激、嘔吐、胃痙攣等健康問題，過度攝入鎳會導致肺癌、腎癌，過多攝入汞會造成精神、呼吸道、消化道損傷等。

目前去除工業廢水中的重金屬離子主要有化學沉淀法、離子交換法、電化學法、吸附法以及膜過濾法等。化學沉淀法需要消耗大量化學試劑，操作成本高，去除效率低，產物為含重金屬離子的污泥，降低了金屬的價值(如金、銀、鈀、鉑等貴金屬)；離子交換法操作周期長且只能處理低濃度重金屬廢水；電化學法受限于擴散電流密度對低濃度重金屬廢水處理成本較高；吸附法容量受限，能夠處理的廢水量較低。最近，有研究人員采用直流(DC)/交流(AC)電化學方法來處理高濃度和低濃度的重金屬污染的方法，該方法需要大量的電能輸入，難以避免電極表面產氫、產氧副反應，并且實現金屬單質的回收比較困難。還有研究人員采用一種新型的離子交換方法由層狀的磷酸鋯(a-ZrP)納米片和導電聚苯胺 (PANI)插層鏈組成的復合膜來處理重金屬廢水，通過切換復合膜電極上的工作電位，重金屬即可從水溶液被吸收到膜上，再次切換電位釋放金屬離子就完成了膜的再生，但發明人發現：該方法只實現了金屬離子的處理濃縮，并未達到回收金屬單質的效果。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種處理貴/重金屬廢水并回收高純度金屬單質的還原性離子交換技術，該技術以NaTi₂(PO₄)₃作為還原性離子交換膜材料，利用NaTi₂(PO₄)₃較負的氧化還原電勢將貴/重金屬離子從水溶液中還原為金屬單質進而被回收。該方法裝置簡單，還原過程不需要對電極參與，器件設計具有很高的靈活性，不需要消耗大量的化學試劑，使用清潔的電能還原金屬離子，對貴/重金屬離子具有高度的選擇性，能夠很方便的以單質態回收貴金屬。制備的還原性離子交換膜材料經過50次循環仍能保持良好的儲鈉性能，具有優秀的循環使用性能。

為實現上述技術目的，本發明采用的技術方案如下：

本發明的第一個方面，提供了一種處理貴/重金屬廢水并回收高純度金屬單質的還原性離子交換膜，包括以下原料：NaTi₂(PO₄)₃/C復合材料、導電劑，粘結劑。