本發(fā)明涉及廢水處理領(lǐng)域，具體是一種電磁耦合電控離子交換處理金屬離子廢水方法，尤其是一種連續(xù)重復(fù)循環(huán)的電磁耦合電控離子交換處理金屬離子廢水方法。

背景技術(shù)：

近年來，水溶液中毒性金屬陽離子的去除研究得到了廣泛的關(guān)注。其主要原因?yàn)槎拘越饘匐x子可進(jìn)入食物鏈對(duì)生物和人類造成危害，易患有皮炎、肺炎、腎功能衰竭、心血管系統(tǒng)、呼吸道癌、生殖系統(tǒng)等疾病。水體中多數(shù)毒性金屬陽離子來源于采礦、選礦、冶煉、電鍍、化工、核工業(yè)、制革和電子制造等行業(yè)，這些行業(yè)排放的毒性金屬?gòu)U水不僅污染了地表水，同時(shí)對(duì)地下水造成了一定程度的污染。如何控制毒性金屬陽離子污染一直是世界環(huán)保領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。

目前，有多種去除水溶液中毒性金屬陽離子的方法與技術(shù)，如化學(xué)沉淀，吸附、離子交換，膜過濾、溶劑萃取等。但這些方法都有一定的局限性。如化學(xué)沉淀法容易產(chǎn)生大量的有毒沉淀污泥，溶劑萃取法只適合于濃度高于1g /L的毒性金屬溶液，離子交換法是處理低濃度毒性金屬?gòu)U水的有效方法，但存在著一次性投資大、占地面積較大、再生洗脫液易造成二次污染、樹脂易受污染等問題。電磁耦合電控離子交換是電磁性、離子交換、吸附和電化學(xué)相結(jié)合的新型離子選擇性分離技術(shù)與工藝，將具有磁性和識(shí)別離子功能的電活性（即電位響應(yīng)型）離子交換功能材料通過電磁鐵吸附到金屬電極板上，通過電化學(xué)方法調(diào)節(jié)磁性電活性離子交換功能材料的氧化/還原狀態(tài)來控制離子的置入/釋放，實(shí)現(xiàn)溶液中離子的分離；磁性離子交換基體通過電化學(xué)電位再生而無需化學(xué)再生，消除了二次污染，同時(shí)還可回收毒性金屬陽離子實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排及資源化利用。

目前有關(guān)磁分離技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于礦業(yè)、微生物學(xué)、環(huán)保等領(lǐng)域，但是電磁耦合電控離子交換處理毒性金屬陽離子廢水的理論和工藝尚未見報(bào)道。通過對(duì)電磁耦合電控離子交換處理毒性金屬陽離子廢水的理論和工藝研究來提高處理廢水效率，并且快捷、節(jié)能、高效分離回收溶液中毒性重金屬陽離子，且該顆?；厥赵偕菀?、無二次污染。故該工藝是一種清潔環(huán)境友好的新型處理毒性金屬陽離子廢水工藝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種清潔環(huán)境友好的新型處理毒性金屬陽離子廢水工藝，具體是一種電磁耦合電控離子交換處理金屬離子廢水方法。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種電磁耦合電控離子交換處理金屬離子廢水方法，將具有離子空位的磁性電控離子交換功能顆粒投入到金屬陽離子廢水中，使磁性電控離子交換功能顆粒與廢水充分接觸發(fā)生吸附反應(yīng)；施入電磁場(chǎng)將吸附飽和的磁性電控離子交換功能顆粒從廢水中分離并吸引粘附在電極板上；對(duì)帶有吸附飽和的磁性電控離子交換功能顆粒的電極板施加氧化電位，目標(biāo)金屬陽離子從磁性電控離子交換功能顆粒中釋放出來，對(duì)磁性電控離子交換功能顆粒施加還原電位使磁性電控離子交換功能顆?？瘴辉偕?/p>

所述磁性電控離子交換功能顆粒是由磁性顆粒及其表面沉積的電活性離子交換功能材料構(gòu)成的。

按照本發(fā)明所述方法，可實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水中的金屬陽離子連續(xù)可控重復(fù)分離去除，尤其是中毒性金屬陽離子。

本發(fā)明所述電磁耦合電控離子交換處理金屬離子廢水方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其創(chuàng)新之處在于：（1）耦合了磁性顆?；厥瘴絼┡c電控離子交換技術(shù)，以電極電位氧化（還原）為主要推動(dòng)力，消除了由化學(xué)再生劑造成的二次污染；（2）可控制該功能顆粒氧化還原狀態(tài)提高該功能顆粒與毒性金屬陽離子親和力有助于低濃度廢水中金屬陽離子的快速置入，并通過電化學(xué)氧化還原實(shí)現(xiàn)功能顆粒再生和毒性金屬陽離子的回收等；（3）磁性電控離子交換功能顆?？裳h(huán)重復(fù)利用；（4）具有毒性金屬陽離子去除率高，實(shí)現(xiàn)了短時(shí)、節(jié)能、高效分離回收溶液中毒性金屬陽離子；（5）操作簡(jiǎn)單、連續(xù)性強(qiáng)易于工業(yè)化。

附圖說明

圖1為電磁耦合裝置中磁性電控離子交換功能顆粒與廢水接觸發(fā)生吸附反應(yīng)過程的原理圖。

圖2為吸附飽和的磁性電控離子交換功能顆粒粘附在電極板過程的原理圖。

圖3為磁性電控離子交換功能顆?？瘴辉偕脑韴D。

圖中：1-容器，2-直流電源，3-攪拌器，A-電磁鐵，B₁-左電極板，B₂-右電極板，C-磁性電控離子交換功能顆粒，D-進(jìn)水閥，E-出水閥。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出進(jìn)一步說明。

本發(fā)明所述方法是在電磁耦合裝置中實(shí)現(xiàn)的，所述的電磁耦合裝置包括用于盛放金屬陽離子廢水的容器1，相對(duì)的置于容器1內(nèi)兩側(cè)的左、右電極板B₁、B₂，連接于左、右電極板B₁、B₂之間的直流電源2，附于左電極板B₁一側(cè)的電磁鐵A，安裝于容器1內(nèi)的攪拌器3，分別安裝于容器1上下端的進(jìn)水閥D和出水閥E。其基本原理是利用磁性電控離子交換功能顆粒特有的磁性以及離子交換性能，通過給吸附磁性電控離子交換功能顆粒的金屬電極板施以還原氧化電壓，結(jié)合外部液體供給系統(tǒng)及控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)毒性金屬陽離子的連續(xù)可控分離。

如圖1所示，直流電源2先不對(duì)左、右電極板B₁、B₂施加電壓，打開進(jìn)水閥注入待處理液，加入磁性電控離子交換功能顆粒C并采用攪拌器3進(jìn)行攪拌、離子吸附。

如圖2所示，待吸附飽和后，打開電磁鐵A，磁性電控離子交換功能顆粒C吸附在左電極板B₁的一側(cè)，待吸凈后，打開出水閥E排出再生液。打開進(jìn)水閥D注入清洗液，對(duì)左電極板B₁施加氧化電位，左電極板B₁上的磁性電控離子交換功能顆粒C發(fā)生氧化反應(yīng)，為保持容器1中溶液的電中性，目標(biāo)金屬陽離子從磁性電控離子交換功能顆粒C中釋放到溶液中，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)金屬陽離子的排出。

如圖3所示，打開出水閥E排出清洗液、關(guān)閉，打開進(jìn)水閥D注入處理液，對(duì)左電極板B₁施加還原電位，左電極板B₁上的磁性電控離子交換功能顆粒C發(fā)生還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了磁性電控離子交換功能顆粒的電化學(xué)還原再生。

以上述工藝循環(huán)進(jìn)行，通過不斷的切換施加在電磁鐵A一側(cè)左電極板B₁的電極電位，實(shí)現(xiàn)了對(duì)中毒性金屬陽離子的連續(xù)選擇性吸附及排出，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了磁性電控離子交換功能顆粒吸附及電化學(xué)還原再生的循環(huán)重復(fù)利用。

具體應(yīng)用時(shí), 所述磁性電控離子交換功能顆粒為四氧化三鐵磁性納米材料表面包覆有鐵氰化鐵、亞鐵氰化鐵、鐵氰化鎳、聚苯胺/磷酸鋯復(fù)合物或聚吡咯/磷酸鋯復(fù)合物的電活性離子交換材料。

具體實(shí)施時(shí)，所述電極板是由不銹鋼材料制成的惰性電極板。

在一些實(shí)施例中，磁性電控離子交換功能顆粒的制備方法為化學(xué)浸漬沉淀或化學(xué)氧化法聚合法。

采用上述電磁耦合電控離子交換處理金屬離子廢水方法，當(dāng)電活性離子交換功能材料為鐵氰化鐵時(shí)，該功能顆粒對(duì)銫離子最大平衡吸附量為93~162mg·g^-1。當(dāng)電活性離子交換功能材料為亞鐵氰化鐵時(shí)，該功能顆粒對(duì)銫離子最大平衡吸附量為80~151mg·g^-1。當(dāng)電活性離子交換功能材料為鐵氰化鎳時(shí)，該功能顆粒對(duì)銫離子最大平衡吸附量為100~170mg·g^-1。當(dāng)電活性離子交換功能材料為聚苯胺/磷酸鋯復(fù)合物時(shí)，該功能顆粒對(duì)鎳離子最大平衡吸附量為113~185mg·g^-1，對(duì)鎘離子最大平衡吸附量為157~236mg·g^-1。當(dāng)電活性離子交換功能材料為聚吡咯/磷酸鋯復(fù)合物時(shí)，對(duì)鉛離子最大平衡吸附量為382~450mg·g^-1；對(duì)鋅離子最大平衡吸附量為185~250mg·g^-1。