[发明专利]一种旋转阴极强化光电催化氧化处理络合态重金属废水及阴极回收重金属的方法

说明书

技术领域

本发明属于水处理领域，涉及一种旋转阴极强化光电催化氧化处理络合态重金属废水及阴极回收重金属的方法。

技术背景

近年来，水体中重金属污染越来越引起关注。重金属污染具有高毒性及生物难降解性，传统水处理工艺难以将其去除。在现有报道中，沉淀法、吸附法、膜过滤及离子交换法等对溶液中游离态金属具有一定去除作用。而实际生产中，废水常含有大量有机络合剂，重金属离子可与络合剂形成稳定的螯合物。金属螯合物结构异常稳定，常规重金属处理工艺已难以对其有效降解。

利用阴极电沉积原理的电化学重金属回收方法得到了日益关注，经过大量调研发现用于重金属回收的电化学装置多为管状或立式反应器。其原理为，利用金属管体作为废水反应槽室，内部设置电解棒，连接电源正极，金属管体外壁连接电源负极，通过电极的还原作用，将重金属离子还原并吸附在金属管状体内壁上，进而对溶液中金属离子进行回收。但在实际处理中不难发现，该种装置的处理效率较低，成本高，对于析出重金属的回收较为繁琐。同时由于此系统的氧化能力较弱，对于含有大量有机络合剂的重金属络合废水(例如：冶金废水、电镀废水等)来说，重金属的回收效率低。申请人前期公开的可有效处理重金属络合物并回收重金属离子的管式光电催化反应器可对重金属进行光电催化氧化处理，同时阴极回收重金属离子。但此系统由于受到传质控制，回收重金属离子所需要的处理时间较长，处理效率有待提高，且光源仅适用于紫外光区，具有局限性。

因此，面对复杂络合态水体，如何高效率，低能耗氧化破坏重金属络合物的同时将水中的金属资源化利用成为研究者亟待解决的问题。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的是提供一种络合态重金属废水的处理及重金属回收方法，加强对金属螯合物的氧化破络效率，提高废水中金属离子的回收率。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于旋转阴极强化光电催化氧化处理络合态重金属废水及阴极回收重金属的方法，其特征在于：包括电解槽室，所述电解槽室包含光照系统(4)，石英保护套管(5)，光阳极(6)，底座(10)及旋转阴极(7)；所述光照系统(4)提供紫外光或者可见光辐射；所述石英保护套管(5)保护光照系统(4)正常工作；所述光阳极(6)为具有良好光活性的筒状半导体光阳极；所述底座(10)固定所述光照系统(4)及所述光阳极(6)，并接入导线连接交流电源(9)、光阳极(6)及直流电源(2)正极；所述旋转阴极(7)为具有良好导电性的筒状金属，并由金属连接杆固定，与所述光阳极(6)同心，在控速电机(1)带动下可匀速旋转，所述金属连接杆附加导电滑环(3)，所述导电滑环(3)连接所述直流电源(2)负极。

上述中有关内容解释如下：

上述络合态重金属废水包括并不只包括金属：铜、钴、镍、铬、锌等；有机络合物包括并不只包括：乙二胺四乙酸、柠檬酸等；在一优选实施方案中，所述废水pH为2～10；

上述方案中，所述光照系统包括紫外光和可见光，紫外光源提供波长小于378nm的紫外辐射；可见光源提供波长大于400nm的可见光辐射；所述紫外光源包括且不只包括低压汞灯，所述可见光源包括且不只包括卤钨灯；在一优选实施方案中，所述光照系统功率为6～60W；

上述方案中，所述具有光活性的筒状半导体光阳极包括且不只包括二氧化钛光电极，二氧化钛纳米管光电极，三氧化钨光电极等，筒状，半径、高度、目数可调；在一优选实施方案中，所述光阳极与所述光照装置距离为0.5～50.0mm；

上述方案中，所述阴极包括并不只包括不锈钢电极，钛电极，钛网电极等，筒状，旋转速度、半径、高度、目数可调；在一优选实施方案中，所述旋转阴极与所述光阳极距离为2～100mm，旋转速度为5～500rpm；

上述方案中，所述导电滑环包括并不只包括电刷滑环，碳刷等。

本发明的技术原理为：

对于络合态重金属污染废水的资源化利用，首先进行氧化破络，后进行还原回收。本发明中，利用具有高光催化活性的光阳极，在光辐射及偏压条件下产生大量空穴和羟基自由基，这种物质具有极强氧化性和无选择性，可快速对络合物进行破络过程，促进金属离子的释放；在体系离心力的作用下，废水中金属离子浓度呈阶梯变化。众所周知，高浓度金属离子有利于回收效率的提高，特此在一定条件下，通过控制阴极转动速度，可在阴极附近形成高浓度游离态金属溶液层，使金属回收最大化；在阴极旋转的带动下，液体与电极表面接触时间及接触面积均增大，更助于络合物的破络及金属离子的回收。

本发明的优点包括但不限于如下：