[發(fā)明專利]一種通過光化學(xué)反應(yīng)富集水體中六價鉻的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110290053.1
• 申請日: 2021-03-16
• 公開（公告）號: CN113023973B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙桂霞;姚玲;王祥科
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類號: C02F9/08
• 分類號: C02F9/08;C02F9/04;C22B34/32;C22B7/00;C02F1/30;C02F1/52;C02F1/66;C02F1/70;C02F1/44;C02F101/22
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11562
• 代理人: 王穎

本發(fā)明公開了一種通過光化學(xué)反應(yīng)富集水體中六價鉻的方法，屬于重金屬廢水處理領(lǐng)域，該方法包括將電子供體與含Cr(Ⅵ)水體混合，調(diào)節(jié)pH至3.3?6.1，形成混合反應(yīng)液，對混合反應(yīng)液進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)；本發(fā)明操作步驟少，操作簡單，易于工業(yè)化應(yīng)用，直接將配制的溶液進(jìn)行混合并攪拌均勻，調(diào)節(jié)pH后即可進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)；本發(fā)明原材料成本低，反應(yīng)效果好；本發(fā)明采用均相光化學(xué)反應(yīng)，無催化劑材料，且配體為價格低廉的醇類物質(zhì)，可大規(guī)模應(yīng)用；本發(fā)明既可去除水體中重金屬鉻離子，同時能將鉻離子以沉淀的形式析出，達(dá)到富集鉻的目的，可作為廢物資源，回收利用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及重金屬廢水處理領(lǐng)域，特別是涉及一種通過光化學(xué)反應(yīng)富集水體中六價鉻的方法。

背景技術(shù)

鉻不僅是生命必需的微量元素，而且是工業(yè)中廣泛應(yīng)用的一種金屬元素，如電鍍、金屬加工、制革、油漆、顏料、印染工業(yè)等。但同時，鉻也是一種致癌物質(zhì)。隨著鉻工業(yè)化的應(yīng)用，大量的重金屬鉻排放到水體中引起水污染，危害人和動物、植物的健康。

水體中的鉻主要以六價的形式存在。目前，對水體中鉻的處理方法有很多，如光催化反應(yīng)、電催化反應(yīng)等，其目的和反應(yīng)途徑均為將毒性較高的六價鉻還原為毒性較低的游離態(tài)三價鉻。但以上方法反應(yīng)后，重金屬鉻離子仍然存在于水體當(dāng)中，污染風(fēng)險依然很大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種通過光化學(xué)反應(yīng)富集水體中六價鉻的方法，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，該方法能將鉻以沉淀的方式從水體中提取出來，既能達(dá)到治理污染、降低水體污染物的目的，又能使提取的含金屬鉻的沉淀作為資源進(jìn)行二次利用。

傳統(tǒng)的光化學(xué)反應(yīng)的水處理方法其原理是利用光驅(qū)動電子供體與六價鉻發(fā)生顯著氧化還原反應(yīng)，將六價鉻還原為游離態(tài)三價鉻，并基于此來處理六價鉻水體，具體來講，就是直接利用光照射突破電子供體與六價鉻發(fā)生氧化還原反應(yīng)的能壘，電子供體與六價鉻形成配合物，配合物吸收光子后被激發(fā)，其直接發(fā)生內(nèi)部有機(jī)配體向金屬中心的光致電子轉(zhuǎn)移(LMCT)過程，將電子供體上的電子轉(zhuǎn)移到六價鉻的鉻原子上，使得電子供體與六價鉻發(fā)生快速的光化學(xué)反應(yīng)，實現(xiàn)將劇毒的六價鉻還原為游離態(tài)三價鉻，電子供體氧化為二氧化碳和水。該方法處理成本低廉，操作簡單，反應(yīng)體系溫和，然而，處理過后的三價鉻仍存在于水體中，要想重新利用鉻，需要采用過量堿或其他方法使三價鉻絮凝。

發(fā)明人偶然發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)整反應(yīng)液體系的pH值，可以使六價鉻在光化學(xué)反應(yīng)中直接形成含金屬鉻的沉淀，并從反應(yīng)液體系中析出。六價鉻與醇在溶液中充分接觸并通過絡(luò)合作用，脫去一分子水生成鉻酸酯，在光照條件下，鉻酸酯被激發(fā)，通過光化學(xué)反應(yīng)，將配體中氧原子的2p軌道上的電子轉(zhuǎn)移至六價鉻金屬中心，達(dá)到鉻還原的目的。被還原的反應(yīng)產(chǎn)物以及絡(luò)合的六價鉻通過碰撞生成大分子物質(zhì)并從溶液中析出。反應(yīng)液需保持在酸性條件中，因醇中氧原子的質(zhì)子化作用會使醇帶正電，更易于與鉻的陰離子進(jìn)行絡(luò)合；同時，酸性條件下，六價鉻保持一定程度的氧化性，能夠氧化醇同時自身被還原為五價鉻，而部分六價鉻絡(luò)合物也能通過與五價鉻的絡(luò)合物在攪拌條件下相互碰撞，通過靜電吸附、共沉淀等作用下析出；但過酸的條件下，如pH值低于3時，六價鉻將被直接完全被還原為游離態(tài)的三價鉻離子，而醇會被過度氧化，生成為二氧化碳和水，打破原反應(yīng)產(chǎn)物—鉻與醇的配位絡(luò)合形式。因此，該發(fā)明所提出的六價鉻的去除與已有的報道并不相同，重點在于控制反應(yīng)液體系pH，使得六價鉻部分還原，并與醇的部分氧化產(chǎn)物絡(luò)合成為絡(luò)合物而析出，達(dá)到六價鉻以固體形式移出溶液的目的。發(fā)明人通過大量實驗探究了反應(yīng)液體系pH對光化學(xué)反應(yīng)過程的影響，根據(jù)發(fā)明人的研究，以異丙醇作為電子供體為例，其可能的反應(yīng)機(jī)理如下：

KHCrO₄+(CH₃)₂CHOH→KCrO₃-OCH(CH₃)₂(VI)