[发明专利]一种新型富集与分离污水中金属离子的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及富集分离领域，特别是涉及一种富集与分离污水中金属离子的方法，本发明还涉及一种富集与分离污水中金属离子的装置。

背景技术

随着生产力和科学技术的发展，重金属污染已经成为全球性的环境污染问题，严重影响着人类的身体健康乃至生命。由于存在于环境样品及食品中的重金属的含量很低，经常要求检测痕量甚至更低含量的组分，现代分析化学的任务越来越艰巨。尽管现在有很多选择性和灵敏度很高的仪器分析方法，但由于样品中待分析污染元素的含量极低，一般在pg/L甚至ng/L或ppb乃至ppt的水平，要检测分析它们的含量，需要灵敏度高、检出限低的检测方法。

现代分析方法如电化学分析法、色谱分析法、质谱分析法、核磁共振波谱分析法、分子光谱分析法及原子光谱分析法等在化学领域中的应用越来越广泛，并且现代分析仪器也有了很大的发展，但是由于待分析样品性质复杂多样，其中的目的物浓度也很低，组成成分繁多，测定过程中基体干扰程度很大，使得测定结果不准确，给分析过程带来了很大的困难。为了消除干扰，提高待测组分的浓度，分离富集技术在分析前处理过程中是必不可少的。

目前，金属离子分离富集方法主要有以下几种：沉淀-共沉淀法、蒸发浓缩法、离子交换法、吸附法、膜分离法、萃取分离方法、电解和修饰电极富集、流动注射在线法、毛细管电泳法、反相萃取色谱法以及控电氯化法等。

这些方法对污水中金属离子的分离富集还存在缺陷，尤其是对痕量金属离子的富集倍数不高，难以排除其他离子的干扰。沉淀法虽然能除去废水中大部分重金属离子，但反应速度较慢，且堆放的沉渣会造成二次污染。蒸发浓缩法工艺能耗大，操作费用高，杂质干扰重金属离子的回收。吸附法是利用多孔性固态物质吸附去除水中重金属离子的一种有效方法，吸附法的关键技术是吸附剂的选择，传统吸附剂是活性炭，活性炭有很强的吸附能力，去除率高，但活性炭再生效率低，处理水质很难达到回用要求，价格贵，应用受到限制。膜分离方法存在的主要问题是膜组件昂贵，且在使用过程中膜容易受到污染而导致通量下降，影响去除效果。萃取分离法虽然有较大的优越性，但溶剂在萃取过程中的流失和再生过程中能源消耗大，存在一定的局限性。

因此，如何提高污水中金属离子的富集倍数，提高富集效率和富集速度，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种富集与分离污水中金属离子的方法，该方法可以提高污水中金属离子的富集倍数。本发明的另一目的是提供一种实现上述方法的富集与分离污水中金属离子的装置，该装置使用方便，结构简单，富集效率高，富集速度快。

为解决上述技术问题，本发明提供一种富集与分离污水中金属离子的方法，所述方法原理的步骤如下：

11)配置高浓度背景离子溶液；用离子交换分离介质填充分离柱，并用所述高浓度背景离子溶液浸润所述分离柱；将所述分离柱的两端连接容器，在所述容器中分别注入污水样本和所述背景离子溶液，并分别插入惰性电极板；连接高压直流电源，将所述装有污水样本的容器连接所述电源的正极，将所述装有背景离子溶液的容器连接所述电源的负极，在整个回路中串联电流表；

12)接通电源施加高直流电压，将污水样本中的金属离子富集到所述离子交换分离介质上；观察电流表的读数，当电流降低到一个稳定值时金属离子富集完全，关闭电源，富集结束。

本发明所提供的富集与分离污水中金属离子的方法，利用在电场中带电离子向对应的电极方向移动的原理，给待处理的污水样本施加电场，使污水样本连接电源的正极，高浓度背景离子溶液即缓冲溶液连接电源的负极，在污水样本和缓冲溶液之间连接分离柱，分离柱管内填充离子交换分离介质且被缓冲溶液浸润，接通电源施加电场后，污水中金属离子在电场的作用下定向快速地向负极移动，由于缓冲溶液的浓度远远地高于污水样本的浓度，加强了电场效应，使得污水中金属离子在污水样本中的迁移速度加快，当进入分离柱管内即缓冲溶液区带后，金属离子的迁移速度降低，从而使得金属离子堆积在分离柱管的进口处，达到快速富集污水中金属离子的效果。

在一种优选的实施方式中，可以在接通电源前把装有污水样本的容器放置在磁力搅拌器上，通过磁力搅拌器的搅拌，使得污水样本中的金属离子分布更均匀，从而充分富集，并且还可以提高富集速度。