基于金属盐催化法的重金属络合物高效破络技术原理

Efficient removal of heavy metal complexes from metal-laden industrial effluents is a key factor to meet the wastewater discharge standard. As a promising technology for heavy metal complexes wastewater treatment, metal salt/oxidant oxidation processes feature low cost and simple operation. While it still suffers from poor performance at neutral-alkaline condition and low reagents efficiency. Moreover, the decomplexation mechanism of the technology is still unclear. Here, we select several metal salt/oxidant systems for effective decomplexation of typical heavy metal complexes, establishing the mechanism studying method for these processes. The proposal mainly aims at (1) elucidating the effect of solution chemistry and reaction conditions on the properties of these processes; (2) identifying the metal species in solution, suspension and sediment, unraveling the catalytic properties and complexation stability of each species; (3) characterizing reactive species during each process, illustrating their generation, transformation and oxidation mechanisms; (4) unveiling the mechanism of heavy metals removal. We anticipate that this work will make both theoretical and technical contributions to the development of efficient process for heavy metal wastewater treatment.

重金属络合物是制约众多行业重金属废水达标排放的关键因素。金属盐催化法由于成本低廉、操作简便，在重金属络合废水的处理上具有良好应用前景。但目前已报道的金属盐催化破络技术存在pH使用范围窄，药剂利用率低等瓶颈。并且，针对该过程所涉及的机理至今仍缺乏认识。本项目拟对多种金属盐催化破络技术展开研究，构建金属盐催化法破络机理的研究方法。在评价各技术对典型络合物破络性能的基础上，考察溶液化学性质及反应条件对破络过程的影响规律；分析反应过程中金属元素在溶液、悬浮、沉淀三相中的形态分布规律，并阐明各形态金属物质的催化特性与沉淀性能；探究反应涉及的活性物质种类并明确各活性物质的产生、转化及对络合物的降解机制；揭示金属去除原理。本项目有望为重金属络合废水的高效处理提供理论与技术参考。

重金属络合物是制约重金属废水深度处理的关键。金属盐催化氧化技术由于成本低廉、操作简便，在重金属络合物处理方面具有良好应用前景。然而，金属盐催化氧化技术在破络方面的应用鲜有报道。同时，对相关过程的机理亦缺乏研究。为此，本项目评价了21种金属盐催化氧化体系对典型重金属络合物的破络性能；从中鉴别出可行性较高的氧化体系并考察操作参数与溶液化学性质对破络性能的影响规律；建立了金属盐催化氧化技术破络机理研究方法，进而阐明决定破络效率的关键机制；探索了含铜络合废水资源化方法。研究结果表明，Co2+/过一硫酸氢钾体系对多种典型络合物均展现出优异破络性能，其pH适用范围广，且仅需ppb量级的Co2+即可实现高效破络。此外Fe2+/H2O2与Fe3+/H2O2体系可用于处理酸性Ni(II)-EDTA废水。从破络路径、金属形态以及活性物种的角度对破络机理进行了探究，发现金属间置换反应是影响金属盐催化氧化技术破络效率的关键机制。在中、碱性条件下，胶体与颗粒态金属对破络的贡献较小。然而，pH值与投加的氧化剂对金属沉淀物的形貌、晶形结构等性质具有重要影响。基于此发现，发展了基于配体和氧化剂共调控的重金属络合物资源化策略，成功制备了CuO纳米片，并利用该材料实现了二氧化碳的高效电化学还原。本项目较好的填补了金属盐催化氧化破络方面认识的空白，对相关行业废水的高效处理与资源化提供了提供理论与技术参考。