制革鞣制废水中多金属协同去除机理研究

本项目针对鞣制废水处理技术研究远远滞后于制革技术发展需求的现状，提出以多金属复合鞣制废水处理为背景，在确定鞣制废水中金属污染物残留量及形态变化与鞣制工艺参数定量关系模型的基础上，研究多级沉淀或共沉淀去除鞣制废水中多种金属及其配合物的机制，利用Zr(VI)鞣、Al(III)鞣、Ti(III)鞣废水处理产生的沉淀，通过直接利用或赋于其纳米特性和特定活性基团制成高效吸附剂，进一步深度去除Cr(III)、Cr(VI)等阴阳离子并存、多核、异核配聚体混杂、富含金属有机配合物、且含盐量较高的预沉后鞣制废水，探索锆（钛、铝）水合氧化物粉体或其颗粒吸附剂制备并回用于废水的可行性，并通过沉淀池、吸附床传质模型，建立"沉淀-吸附"处理鞣制废水模式，以丰富鞣制废水重金属污染控制理论，为实现多金属鞣后废液直接达标提供理论和技术依据。

项目的背景：制革含Cr(III)废水具有高有机物、高盐度、多离子形态分布等特点，与电子电镀、矿冶等行业重金属废水存在显著区别，废水中多组份络合态重金属的高选择性吸附一直是个难题。近年来，各种纳米金属氧化物、有机-无机复合材料等新型吸附剂层出不穷，但用于高盐、配体复杂、富有机物的重金属废水时均出现选择性和稳定性下降的问题，粉体的流失性并未能得到有效解决，此类吸附剂及其吸附机制研究成为重金属废水深度处理的共性需求。.主要研究内容和重要结果：本课题利用Zr(VI)、Al(III)、Ti(III)等多金属鞣制废水中异核配聚体水解和协同沉淀的独特性质，筛选出对Cr(III)具有高效选择吸附性的Al2O3、ZrO2多金属氧化物。为解决金属氧化物在大范围pH内不稳定问题，采用物理法增大MMT层间距；导入Zr(Ⅳ)离子对蒙脱土（MMT）插层，然后采用原位化学沉积法使Zr(Ⅳ)离子固定长大，同时调控MMT层间距，使其稳定存在于MMT层间。采用凝胶注模法对Zr-MMT纳米粉体进行了成型研究并制备出了Zr-MMT复合吸附材料成型体，所获得的成型材料孔径可控、孔径分布均匀的特点，为成功开发系列复孔吸附剂提供了理论和技术基础。.关键数据：研究发现，有机配体影响Cr(III)耐碱稳定性，Al、Zr、Cr异核配聚体可降低Cr(III)的碱稳性，Al-Zr双氧化物吸附性能好，ZrO2对Cr(Ⅲ)吸附具有高效选择性；Al2O3-ZrO2/MMT比表面积大，对溶液中Cr(III)去除率最高，pH 适应范围宽，抗Na+、Ca2+干扰。重金属吸附时，Cr(III)主要与Zr-MMT中的Na(I)交换。凝胶注模法形成的多孔成型材料（P-ZMt）可保持MMT原土比表面积，孔结构完整，孔壁、断面片层结构清晰，保持了原有Zr-MMT粉体适应pH范围宽，抗Na+、Ca2+干扰，可去除有机物态铬，且不吸附有机物的特别，其脱附再生能力好。.科学意义：本课题利用MMT层间可控特性，将MMT层间增大后，使将Zr着床于MMT层间，随后引发金属颗粒原位生长，并调控MMT层间距，使金属粒子与MMT实现稳定复合，且保持MMT层间可变性。成功解决了金属氧化物颗粒负载MMT后不稳定、易流失的难题。首次采用凝胶注模法制备MMT基成型多孔吸附材料，解决了纳米粉体工程化应用的技术难题，并适用于高有机物、高盐离子、多配合态含铬水的深度处理。