[发明专利]一种通过光化学反应富集水体中六价铬的方法

说明书

本发明公开了一种通过光化学反应富集水体中六价铬的方法，属于重金属废水处理领域，该方法包括将电子供体与含Cr(Ⅵ)水体混合，调节pH至3.3‑6.1，形成混合反应液，对混合反应液进行光化学反应；本发明操作步骤少，操作简单，易于工业化应用，直接将配制的溶液进行混合并搅拌均匀，调节pH后即可进行光化学反应；本发明原材料成本低，反应效果好；本发明采用均相光化学反应，无催化剂材料，且配体为价格低廉的醇类物质，可大规模应用；本发明既可去除水体中重金属铬离子，同时能将铬离子以沉淀的形式析出，达到富集铬的目的，可作为废物资源，回收利用。

技术领域

本发明涉及重金属废水处理领域，特别是涉及一种通过光化学反应富集水体中六价铬的方法。

背景技术

铬不仅是生命必需的微量元素，而且是工业中广泛应用的一种金属元素，如电镀、金属加工、制革、油漆、颜料、印染工业等。但同时，铬也是一种致癌物质。随着铬工业化的应用，大量的重金属铬排放到水体中引起水污染，危害人和动物、植物的健康。

水体中的铬主要以六价的形式存在。目前，对水体中铬的处理方法有很多，如光催化反应、电催化反应等，其目的和反应途径均为将毒性较高的六价铬还原为毒性较低的游离态三价铬。但以上方法反应后，重金属铬离子仍然存在于水体当中，污染风险依然很大。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过光化学反应富集水体中六价铬的方法，以解决上述现有技术存在的问题，该方法能将铬以沉淀的方式从水体中提取出来，既能达到治理污染、降低水体污染物的目的，又能使提取的含金属铬的沉淀作为资源进行二次利用。

传统的光化学反应的水处理方法其原理是利用光驱动电子供体与六价铬发生显著氧化还原反应，将六价铬还原为游离态三价铬，并基于此来处理六价铬水体，具体来讲，就是直接利用光照射突破电子供体与六价铬发生氧化还原反应的能垒，电子供体与六价铬形成配合物，配合物吸收光子后被激发，其直接发生内部有机配体向金属中心的光致电子转移(LMCT)过程，将电子供体上的电子转移到六价铬的铬原子上，使得电子供体与六价铬发生快速的光化学反应，实现将剧毒的六价铬还原为游离态三价铬，电子供体氧化为二氧化碳和水。该方法处理成本低廉，操作简单，反应体系温和，然而，处理过后的三价铬仍存在于水体中，要想重新利用铬，需要采用过量碱或其他方法使三价铬絮凝。

发明人偶然发现，通过调整反应液体系的pH值，可以使六价铬在光化学反应中直接形成含金属铬的沉淀，并从反应液体系中析出。六价铬与醇在溶液中充分接触并通过络合作用，脱去一分子水生成铬酸酯，在光照条件下，铬酸酯被激发，通过光化学反应，将配体中氧原子的2p轨道上的电子转移至六价铬金属中心，达到铬还原的目的。被还原的反应产物以及络合的六价铬通过碰撞生成大分子物质并从溶液中析出。反应液需保持在酸性条件中，因醇中氧原子的质子化作用会使醇带正电，更易于与铬的阴离子进行络合；同时，酸性条件下，六价铬保持一定程度的氧化性，能够氧化醇同时自身被还原为五价铬，而部分六价铬络合物也能通过与五价铬的络合物在搅拌条件下相互碰撞，通过静电吸附、共沉淀等作用下析出；但过酸的条件下，如pH值低于3时，六价铬将被直接完全被还原为游离态的三价铬离子，而醇会被过度氧化，生成为二氧化碳和水，打破原反应产物—铬与醇的配位络合形式。因此，该发明所提出的六价铬的去除与已有的报道并不相同，重点在于控制反应液体系pH，使得六价铬部分还原，并与醇的部分氧化产物络合成为络合物而析出，达到六价铬以固体形式移出溶液的目的。发明人通过大量实验探究了反应液体系pH对光化学反应过程的影响，根据发明人的研究，以异丙醇作为电子供体为例，其可能的反应机理如下：

KHCrO₄+(CH₃)₂CHOH→KCrO₃-OCH(CH₃)₂(VI)