本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種在電化學(xué)作用下單質(zhì)硫被還原與廢水中重金屬離子反應(yīng)的處理廢水方法。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，電鍍、電池、制革、冶金業(yè)、微電子等工業(yè)產(chǎn)生的廢水被不斷的排放到環(huán)境之中。這些廢水中通常含有鎘、鉛、鉻、銅、鎳等重金屬離子，難以生物降解。經(jīng)人體吸收或攝入后，通常會在人體內(nèi)積累，當(dāng)達(dá)到一定量時(shí)則會引起疾病和生理失調(diào)，例如損害中樞神經(jīng)系統(tǒng)，影響智力水平和記憶力，破壞血液組成，還將對肺、腎臟、肝臟等生命器官產(chǎn)生很大的危害。處理和去除廢水中的重金屬離子成為人類社會健康發(fā)展的迫切需求。世界衛(wèi)生組織對飲用水及工廠排放水中重金屬離子的含量有嚴(yán)格要求，在排放之前需要降低到規(guī)定排放標(biāo)準(zhǔn)。
傳統(tǒng)的去除重金屬離子的方法主要有吸附、化學(xué)沉淀法、溶劑萃取、離子交換、反滲透等。其中化學(xué)沉淀、吸附和離子交換是最常用的處理重金屬離子的方法。化學(xué)沉淀法是將沉淀劑加入到廢水中，重金屬離子與其發(fā)生作用并形成沉淀。但上述過程通常需要大量沉淀劑，且易造成二次污染，有些離子甚至未有合適的沉淀劑。離子交換法是利用離子交換材料去除重金屬離子的過程。離子交換材料有離子交換樹脂、粘土、分子篩等。這種方法通常比較昂貴，且處理過程復(fù)雜，離子交換劑的再生困難。在重金屬離子的處理中，吸附被認(rèn)為是最有效的方法，具操作方便，可以處理較高濃度的重金屬離子。選擇吸附劑的原則是對待處理離子具有較好吸附性能。常見的吸附劑有多孔碳材料、多孔材料等，主要是利用其較多的孔道、較大的比表面積來吸附重金屬離子，尤其適用于處理低濃度廢水，而且吸附劑的親和性有限處理廢水往往不能達(dá)到ppb級。
為解決上述問題，本發(fā)明采用電控還原單質(zhì)硫去除廢水中重金屬離子，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）硫的還原電位低，能耗低，可通過太陽能提供電源，不受電力條件限制；（2）被還原的硫?qū)Χ拘越饘匐x子的親和力強(qiáng)，處理效率高，可將金屬離子處理到PPb級；（3）該方法電極的離子交換容量大可達(dá)（1000 mmol/mol）；（4）無需添加任何藥劑等，避免二次污染；（5）該方法操作簡單便捷。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在提供一種電化學(xué)處理廢水的方法，具體是一種在電化學(xué)作用下單質(zhì)硫被還原與廢水中重金屬離子反應(yīng)的處理廢水方法。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種重金屬廢水的電化學(xué)處理方法，該方法是采用多孔碳材料包覆的單質(zhì)硫涂覆于導(dǎo)電基體上為工作電極，工作電極與重金屬廢水接觸，單質(zhì)硫在電化學(xué)作用下被還原生成負(fù)價(jià)態(tài)的硫，負(fù)價(jià)態(tài)的硫與重金屬離子形成穩(wěn)定的化合物，實(shí)現(xiàn)廢水中的重金屬離子的去除。
本發(fā)明采用的電解還原法是利用電極還原產(chǎn)物與廢水中的重金屬離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在電極板上生成不溶于水的沉淀。所述處理方法的構(gòu)思為：Sx-+Ay+ → SyAx (A=Fe、Mn、Co、Cd、Hg、Pb、Ag、Cu、Zn、As、Ni)。即采用單質(zhì)硫，在電化學(xué)作用下形成負(fù)價(jià)態(tài)的硫與廢水中重金屬離子通過離子鍵結(jié)合，形成穩(wěn)定的金屬硫化物。
與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）硫的還原電位低，能耗低，可通過太陽能提供電源，不受電力條件限制；（2）被還原的硫?qū)Χ拘越饘匐x子的親和力強(qiáng)，處理效率高，可將金屬離子處理到PPb級；（3）該方法電極的離子交換容量大可達(dá)1000 mmol/mol；（4）無需添加任何藥劑等，而且所生成產(chǎn)物在酸堿溶液中具有良好的穩(wěn)定性，避免二次污染；（5）本發(fā)明工藝步驟簡單，操作方便，在處理水中重金屬方向有很好的應(yīng)用前景。
具體實(shí)施方式
下面將對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前體下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
優(yōu)選的，本發(fā)明中電化學(xué)作用施加電壓為﹥0V，且≦3V。也就是本發(fā)明所述處理方法在低電壓下就可以進(jìn)行，耗電量低。
另外，本發(fā)明提供了一種用于去除廢水中重金屬離子的工作電極，將多孔碳材料和硫按1:9~9:1的重量比混合均勻，155℃加熱4~25h，按多孔碳材料和硫總質(zhì)量0.5%~30%添加粘結(jié)劑，并加入溶劑攪拌形成漿料；然后將該漿料涂覆于導(dǎo)電基體上，干燥，獲得工作電極。
優(yōu)選的，所述粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯（PVDF）、聚乙烯醇(PVA)、聚四氟乙烯(PTFE)、羧甲基纖維素鈉(CMC)、聚烯烴(PO)、聚氨酯(PU)中的至少一種。所述聚烯烴可采用聚乙烯、聚丙烯等。
具體實(shí)施時(shí)，所述多孔碳材料為活性炭、碳分子篩、活性炭纖維、碳納米管、石墨納米纖維中的一種。
進(jìn)一步，所述導(dǎo)電基體為碳布、碳紙、泡沫鎳、不銹鋼網(wǎng)、不銹鋼片、泡沫銅、碳?xì)?、網(wǎng)狀玻璃碳中的一種。
進(jìn)一步，所述重金屬為鐵、錳、鈷、鎘、汞、鉛、銀、銅、鋅、砷、鎳中的一種或多種。
以下結(jié)合實(shí)例來進(jìn)一步解釋本發(fā)明，但實(shí)施例并不對本發(fā)明做任何形式的限定。
實(shí)施例1：
將活性炭和0.2g硫按1:1的重量比例混合均勻，155℃加熱8h，按活性炭和硫總質(zhì)量10%添加粘結(jié)劑PVDF，并加入溶劑NMP攪拌形成漿料，用刮膜器均勻涂覆于碳?xì)直砻?，有效面積為50mm*100mm厚度70μm，干燥12h后，活性炭/硫/碳?xì)肿鳛楣ぷ麟姌O，石墨紙作為對電極，在200mg·L-1含鉛廢水中形成閉合回路。在2V電壓下20min電化學(xué)處理后，檢測到水中鉛的濃度為0.08mg·L-1，達(dá)到國家飲用水常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)施例2：
將活性炭纖維和硫0.2g按2:3的重量比例混合均勻，155℃加熱12h，按活性炭纖維和硫總質(zhì)量25%添加粘結(jié)劑PVA，并加入溶劑DMF攪拌形成漿料，用刮膜器均勻涂覆于碳紙表面，有效面積為50mm*100mm厚度70μm，干燥12h，活性炭纖維/硫/碳紙作為工作電極，石墨紙作為對電極，在含100mg·L-1鉛、85mg·L-1銀廢水中形成閉合回路。在2.5V電壓下20min電化學(xué)處理后，檢測到水中鉛的濃度為0.09mg·L-1，銀的濃度為0.03mg·L-1達(dá)到國家飲用水常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)施例3：
將碳納米管和硫按3:7的重量比例混合均勻，155℃加熱10h，按碳納米管和硫總質(zhì)量20%添加粘結(jié)劑PVA，并加入溶劑DMF攪拌形成漿料，均勻涂覆于碳紙表面，有效面積為50mm*100mm厚度70μm，干燥12h，碳納米管/硫/碳紙作為工作電極，石墨紙作為對電極，在含120mg·L-1銅、100mg·L-1汞廢水中形成閉合回路。在2V電壓下30min電化學(xué)處理后，檢測到水中銅的濃度為0.30mg·L-1，達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)，汞的濃度為0.0008mg·L-1達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)施例4：
將碳分子篩和0.2g硫按9:1的重量比例混合均勻，155℃加熱4h，按碳分子篩和硫總質(zhì)量0.5%添加粘結(jié)劑PVA，并加入溶劑NMP攪拌形成漿料，均勻涂覆于泡沫鎳表面，有效面積為50mm*100mm厚度70μm，干燥8h，碳分子篩/硫/泡沫鎳作為工作電極，石墨紙作為對電極，在含100mg·L-1鎘、85mg·L-1銅廢水中形成閉合回路。在1.8V電壓下10min電化學(xué)處理后，檢測到水中銅的濃度為0.32mg·L-1，鎘的濃度為0.0048mg·L-1，達(dá)到國家飲用水常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)施例5：
將石墨納米纖維和0.3g硫按1:9的重量比例混合均勻，155℃加熱25h，按石墨納米纖維和硫總質(zhì)量30%添加粘結(jié)劑PVA，并加入溶劑NMP攪拌形成漿料，均勻涂覆于泡沫鎳表面，有效面積為50mm*100mm厚度70μm，干燥8h，石墨納米纖維/硫/泡沫鎳作為工作電極，石墨紙作為對電極，在含200mg·L-1鐵、250mg·L-1錳、125mg·L-1鋅廢水中形成閉合回路。在3.0V電壓下30min電化學(xué)處理后，檢測到水中鐵的濃度為0.25mg·L-1，錳的濃度為0.08mg·L-1，鋅的濃度為0.85mg·L-1達(dá)到國家飲用水常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。