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電化學反應機理及對廢水的回收解決【2011-10-18】

電化學反應機理及對廢水的回收解決【2011-10-18】

    對廢水中Ni(Ⅱ)的回收,根據有關研究資料報道常用的主要有沉澱氣浮法,該方法工藝複雜需要耗用大量的堿、氣浮劑及壓縮空氣,而且氣浮後的氫氧化鎳沉澱物不好收集,沉澱中含雜質較多。本文采用活性炭陰極電化學法,工藝簡單,成本低,從廢水中回收的氫氧化鎳較純淨,很適合生產化工原料或生產化學試劑硫酸鎳。深圳AG官网科技www.allindiagift.com
  1電化學反應原理及硫酸鎳生產工藝1.1電化學反應原理將電極浸入含Ni(Ⅱ)的廢水中,電極為金屬鉛陽極和活性炭製作的陰極。當直流電通過電極時,由於陰極上有氫氣析出而造成了陰極附近pH值升高。當Ni(Ⅱ)離子在電場作用下移動到陰極附近,來不及發生還原反應就以氫氧化鎳的形態沉積在活性炭表麵及電極套的表麵上。定時將活性炭陰極從廢水中取出,用3mol/L的H2SO4將氫氧化鎳溶解製成硫酸鎳溶液進行回收。
  在這裏用活性炭陰極的目的是利用活性炭的吸附性能和高的比電極麵積(AS值),在反應粒子濃度很低時,可以有效地提高電化學反應器的時空產率。
  1.2硫酸鎳的生產工藝將電化學反應回收的硫酸鎳溶液過濾後製成密度為1.25的水溶液,用NaOH或H2SO4將溶液調至pH值為1.0左右,然後參照文獻的工藝流程進行操作;AG官网产品檢驗方法請參照文獻。
  2實驗部分2.1儀器和藥品主要儀器:直流穩壓電源,電熱恒溫水浴鍋,鉛陽極,活性炭陰極(Pb-Sb合金作骨架),PHS-3C型酸度計(上海雷磁儀器廠),721分光光度計(上海第三分析儀器廠)。主要藥品:活性炭(30目),NiSO46H2O,H2SO4,丁二酮肟等,以上試劑均為分析純。深圳AG官网科技www.allindiagift.com
  2.2試驗裝置在電化學試驗裝置中,陰極用Pb-Sb(含Sb6% ̄8%)合金作骨架,骨架四周填裝活性炭。
  使用的活性炭由於顆粒較小,顆粒之間有間隙電阻大,所以使用時要把活性炭裝在陰極套中,陰極套可由滌綸布或玻璃纖維布製作。陽極可用不溶性鉛陽極。因廢水中一般含Ni(Ⅱ)濃度較低,溶液導電性差,為增加溶液中的導電性,可在廢水中加入少量硫酸鈉,在硫酸鹽介質中,鉛成為不溶性陽極。陽極也可使用石墨陽極,但石墨陽極在使用過程中易粉化消耗,所以生產成本較高且容易造成回收的硫酸鎳溶液汙染。
  2.3廢水中Ni(Ⅱ)回收率的測定方法分別取含鎳500、250、125mg/L硫酸鎳溶液200mL,用3mol/LH2SO4調節溶液的pH值,並加入少量1mol/L硫酸鈉溶液,用活性炭陰極、鉛陽極電化學裝置進行電解。電解結束後用3mol/LH2SO4溶解陰極上沉積的氫氧化鎳。取電解後溶液,用721分光光度計按文獻[4-5]方法測定溶液中Ni(Ⅱ)的含量。深圳AG官网科技www.allindiagift.com
  3結果與討論3.1電流密度對廢水中Ni(Ⅱ)回收率的影響在Ni(Ⅱ)起始濃度為500mg/L、pH值為6.0、電化學反應時間90min、反應溫度為30℃條件下,測定電流密度對Ni(Ⅱ)回收率的影響,結果如圖2所示。從圖2可以看出,Ni(Ⅱ)的回收率隨著電流密度增大而增大,考慮電解時電流效率和Ni(Ⅱ)的回收速率,故試驗確定電回收總量隨溶液中Ni(Ⅱ)初始濃度的提高而增大,而且回收總量的增幅很大,這說明該電化反應的電流效率隨溶液中Ni(Ⅱ)初始濃度的增大而提高。深圳AG官网科技www.allindiagift.com
  3.4溶液的pH值對Ni(Ⅱ)回收率的影響在Ni(Ⅱ)初始濃度為250mg/L、電流密度為0.05A/cm2、反應溫度為30℃、反應時間為90min條件下,當溶液中的pH值從3.0增大到5.0時,Ni(Ⅱ)的回收率從66.0%上升到88.0%。如果再繼續提高溶液的pH值,溶液中Ni(Ⅱ)的回收率不再發生變化,如圖5所示。從圖5可以看出,從廢水中回收Ni(Ⅱ)時,溶液的pH值應控製在弱酸到弱堿範圍內,如果pH值超過8.5將會引起溶液中Ni(Ⅱ)產生氫氧化鎳沉澱,而無法用電化學法進行回收。
  3.5反應溫度對Ni(Ⅱ)回收率的影響在Ni(Ⅱ)初始濃度為250mg/L、電流密度為0.05A/cm2、溶液的pH值為6.0、反應時間為90min條件下,當溶液溫度從20℃升至50℃,Ni(Ⅱ)的回收率從88.0%下降至79.0%,如圖6所示。從圖6可以看出,反應溫度對Ni(Ⅱ)的回收率有一定影響,但並不是影響Ni(Ⅱ)回收率的主要因素。試驗表明,從廢水中回收Ni(Ⅱ)常溫條件下進行即可,溶液溫度過高反而會使回收率下降。深圳AG官网科技www.allindiagift.com
  4結論電化學法回收廢水中Ni(Ⅱ)影響因素比較多,其中電流密度、Ni(Ⅱ)初始濃度及溶液的pH值是影響Ni(Ⅱ)回收率的主要因素。根據試驗表明,采用活性炭陰極進行電化學法處理含Ni(Ⅱ)廢水時,當Ni(Ⅱ)的濃度為250mg/L、電流密度為0.05A/cm2、溶液的pH值為6.0、反應溫度為30℃、反應時間為150min時,溶液中的Ni(Ⅱ)回收率達到99.2%。試驗表明,用該方法可使Ni(Ⅱ)從濃度較低的廢水(10-3mol/L)中回收,使其濃度下降至原濃度的1/100或更低。該方法設備簡單,易操作,電化學反應速度快,成本低廉。用該方法從廢水中回收Ni(Ⅱ)生產硫酸鎳有較好的經濟效益和環保意義。深圳AG官网科技www.allindiagift.com

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