基于Fe(III)-羧络合物光解的重金属废水高效处理新技术原理

How to efficiently remove various heavy metal complexes is still a key but challenging concern for advanced treatment of heavy metal-laden industrial effluents. As inspired by the superior stablilty and efficient photodegradation properties of Fe(III)-carboxyl complexes, here we propose a new combinational process, i.e., Fe(III) replacement/photodegradation/coprecipitation, to remove metal-carboxyl complexes from industrial wastewaters. The proposal mainly aims at probing the variation of metal species in every unit of the process and elucidating the effect of solution chemistry (i.e., the coexisting substances in water) on the properties of the process as well. In particular, we focused on the photoreaction of Fe(III)-carboxyl complexes in the background of the synthetic solution and the real wastewater, the inhibition of Fe(III)/Fe(II) on the re-complexation of the released metals after photoreaction, as well as the properties and mechanism of the co-precipitation of various metal ions. Then, we will examine the feasiblity of the process to respond to the treatment of the real effluent samples. The proposal is believed to gain new insights, both theoretical and techinical, in developing efficient process to face the challenge of metal complexes during elimination of toxic metals in water.

形态多样的重金属络合物是众多行业重金属废水深度处理的难点与关键。本项目针对含重金属-羧基络合物废水的高效处理，在分析Fe(III)强络合性能及Fe(III)羧络合物高效光解特性的基础上，提出一种新型的“Fe(III)置换/光解/共沉淀”组合处理技术，探究重金属络合物在各单元处理过程中形态变化规律，阐明溶液化学性质特别是常见共存物质对重金属去除效率的影响；重点研究复杂组分废水体系中Fe(III)-羧络合物光解的基本特性与原理、Fe(III)/Fe(II)对重金属离子再络合的保护以及有机质背景中多金属离子共沉淀过程的基本特性；在此基础上以实际废水为处理对象，探究该技术实际应用性能并优化相关操作参数，从而为重金属络合废水高效处理新技术的开发提供新思路与理论依据。

重金属络合物的深度去除是实现污废水中重金属深度净化的关键所在。由于重金属络合物的稳定性高、迁移能力强，传统的化学沉淀、吸附、离子交换等工艺难以实现该类污染物的深度去除，而以氧化破络为核心的组合技术因水中共存物质较多、竞争干扰大、再络合等因素，处理效果与经济性依然不够理想。本项目针对含重金属络合物废水高效处理面临的技术挑战，提出了一种基于“Fe(III)置换-光解-共沉淀”组合新工艺，系统探究了该工艺对Cu-COOH（羧酸类配体）、Cu(II)-EDTA（胺羧类配体）等重金属络合物以及Cr(III)、Ni(II)等相关络合物的处理性能和作用机理，揭示了络合物在各单元处理过程中的形态转化规律，阐明了溶液化学性质（共存物质、pH等）与操作参数等的影响，验证了该技术处理实际重金属络合废水的可行性。研究结果表明，组合工艺可以有效实现对相关络合物的深度处理，处理效果显著优于传统的沉淀、Fenton氧化-沉淀等工艺；络合物处理过程中的置换、光解、被释放离子再络合、再络合保护方法、Cr(III)的氧化与同步还原等关键环节也得到了清晰的验证与解释。在此基础上，将上述相关工艺进行放大实验研究(180 L/h)，同样得到了较为满意的效果。本项目研究可为重金属络合废水高效处理新技术的开发提供了新思路与相关理论基础。.围绕上述研究，本项目发表SCI标注论文22篇，授权国家发明专利1项。