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重金属捕集剂DTC（TBA）的制备及处理含铜废水的研究

作　者: 甄豪波
导　师: 胡勇有
学　校: 华南理工大学
专　业: 环境工程
关键词: 重金属捕集剂二硫化碳水合肼铜络合铜 PCB废水
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着印刷线路板（Printed Circuit Board,PCB）行业的不断发展,印刷线路板废水所带来的水污染问题越来越严重。铜离子及络合铜离子是印刷线路板废水中的特征污染物。为此,迫切需要研究开发水中铜离子及络合铜离子去除技术。其中,使用二硫代氨基甲酸类（Dithiocarbamate,DTC）重金属捕集剂与废水中铜螯合反应后沉淀是废水除铜的主要方法之一。目前对螯合沉淀法去除废水中铜离子及络合铜离子的研究主要集中在二硫代氨基甲酸类（DTC）重金属捕集剂以及使用条件的优化。本文以无机胺水合肼代替传统有机胺制备了重金属捕集剂四硫代联氨基甲酸DTC（TBA）,探讨了DTC（TBA）去除水中游离态铜、酸性络合铜以及碱性络合铜的效率、主要影响因素和去除机理。采用混合反应的方法制备了重金属捕集剂DTC（TBA）,重点考察了水合肼与二硫化碳的摩尔比、有机溶剂的用量、反应温度以及反应时间对DTC（TBA）产率的影响。结果表明,最佳合成条件为:水合肼与二硫化碳的摩尔比为1.13:1,有机溶剂（体积比为2:1的乙二醇和丙酮混合物）与二硫化碳的体积比为1:2,反应温度为30⁴0℃,反应2h,在最佳合成条件下,二硫化碳的转化率为87%。采用紫外光谱、红外光谱、以及元素分析等方法对产物进行表征分析,证实DTC（TBA）分子中具有二硫代氨基甲酸基团,DTC（TBA）分子式为C₂H₄N₂S₄,分子结构为DTC（TBA）不溶于有机溶剂而溶于蒸馏水,20℃时,DTC（TBA）溶解度为10.2 g/100g（水）。DTC（TBA）的熔点为131℃。使用DTC（TBA）分别处理Cu²⁺浓度为100 mg/L游离Cu²⁺、Cu-EDTA及铜氨络合离子模拟废水,考察了DTC（TBA）用量、pH值、反应时间及絮凝剂种类和用量对Cu²⁺去除率的影响。结果表明,pH在3⁵内,DTC（TBA）用量1:1,反应时间大于3 min,阴离子型PAM用量2⁶ mg/L,在此条件范围内,剩余Cu²⁺浓度低于0.5 mg/L,阴离子型PAM对Cu-DTC（TBA）的絮凝性能优于PAC以及非离子型PAM。处理高浓度Cu²⁺及Cu-EDTA时,适当提高DTC（TBA）用量也能达到剩余Cu²⁺浓度低于0.5 mg/L的效果。处理高浓度铜氨络合废水时,采用先加DTC（TBA）后调pH值比先调pH值后加DTC（TBA）的方式,所需DTC（TBA）的用量要节省。DTC（TBA）与Cu²⁺之间发生的化学计量关系符合摩尔比1:1的反应,DTC（TBA）与Cu²⁺的反应主要集中在DTC（TBA）的硫原子上,硫原子利用自身的孤对电子与Cu²⁺形成配位键,从而形成Cu-DTC（TBA）沉淀;DTC（TBA）通过置换反应去除络合铜溶液中的Cu²⁺,而对络合剂无去除效果,络合剂仍留在水中,仍需要进行后续处理。Cu-DTC（TBA）在酸性环境中稳定性好,但在碱性条件下生成水溶性螯合铜盐。DTC（TBA）在处理实际印刷线路板含铜废水时,除了对Cu²⁺有良好的去除率外,对废水中的COD也有一定的去除率。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-14
第一章绪论  14-25
  1.1 铜污染的特征及其危害  14
  1.2 铜污染的主要来源  14-16
    1.2.1 铜矿废水  15
    1.2.2 电镀废水  15-16
  1.3 铜废水的处理技术  16-21
    1.3.1 铜离子废水处理技术研究状况  16-19
      1.3.1.1 中和沉淀法  16
      1.3.1.2 硫化物沉淀法  16
      1.3.1.3 铁氧体法  16-17
      1.3.1.4 吸附法  17-18
      1.3.1.5 离子交换法  18
      1.3.1.6 反渗透法  18-19
      1.3.1.7 生物法  19
    1.3.2 络合铜离子废水处理技术研究进展  19-21
      1.3.2.1 铁碳微电解法  19-20
      1.3.2.2 电解法  20
      1.3.2.3 氧化法  20-21
  1.4 重金属捕集剂的研究进展  21-23
    1.4.1 DTC 类重金属捕集剂的研究进展  21-22
    1.4.2 其它类型重金属捕集剂的研究进展  22-23
  1.5 研究目的与主要研究内容  23-25
    1.5.1 课题来源  23
    1.5.2 研究目的  23
    1.5.3 主要研究内容  23-25
第二章重金属捕集剂DTC（TBA）的制备与表征  25-34
  2.1 引言  25
  2.2 材料与方法  25-27
    2.2.1 试剂与仪器  25-26
    2.2.2 重金属捕集剂DTC（TBA）的制备方法  26-27
    2.2.3 重金属捕集剂DTC（TBA）的结构表征方法  27
      2.2.3.1 紫外光谱分析  27
      2.2.3.2 红外光谱分析  27
      2.2.3.3 元素分析  27
  2.3 结果与讨论  27-32
    2.3.1 重金属捕集剂DTC（TBA）制备的主要影响因素  27-29
      2.3.1.1 反应物用量比例的影响  28
      2.3.1.2 有机溶剂用量的影响  28-29
      2.3.1.3 反应温度的影响  29
    2.3.2 重金属捕集剂DTC(TBA)的结构表征  29-31
      2.3.2.1 紫外光谱分析  29-30
      2.3.2.2 红外光谱分析  30-31
      2.3.2.3 元素分析  31
    2.3.3 重金属捕集剂DTC（TBA）的物化性质  31-32
      2.3.3.1 DTC（TBA）的溶解性能  31-32
      2.3.3.2 DTC（TBA）的熔点测定  32
  2.4 本章小结  32-34
第三章重金属捕集剂DTC（TBA）对含铜废水铜离子的去除特性  34-46
  3.1 引言  34
  3.2 材料与方法  34-36
    3.2.1 试剂与仪器  34-35
    3.2.2 重金属捕集剂DTC(TBA)对含铜废水铜离子的去除实验方法  35-36
      3.2.2.1 储备液的配制  35
      3.2.2.2 Cu~(2+)捕集实验方法  35-36
      3.2.2.3 Cu~(2+)浓度检测方法  36
      3.2.2.4 Cu-DTC（TBA）红外光谱分析  36
      3.2.2.5 Cu-DTC（TBA）酸碱稳定性分析  36
  3.3 结果与讨论  36-45
    3.3.1 DTC（TBA）用量与Cu~(2+)去除率的关系  36-37
    3.3.2 pH 对Cu~(2+)去除率的影响  37-38
    3.3.3 反应时间对Cu~(2+)去除率的影响  38-39
    3.3.4 絮凝剂种类以及用量对Cu~(2+)去除率的影响  39-40
    3.3.5 Cu~(2+)起始浓度对Cu~(2+)去除率的影响  40-41
    3.3.6 重金属捕集剂DTC（TBA）对Cu~(2+)的去除机理  41-42
    3.3.7 Cu-DTC（TBA）的酸碱稳定性  42-43
    3.3.8 DTC（TBA）螯合沉淀法与中和沉淀以及硫化物沉淀法的比较  43-45
  3.4 本章小结  45-46
第四章重金属捕集剂DTC（TBA）对Cu-EDTA 的去除特性  46-54
  4.1 引言  46
  4.2 材料与方法  46-47
    4.2.1 试剂与仪器  46-47
    4.2.2 重金属捕集剂DTC（TBA）对Cu-EDTA 的去除实验方法  47
      4.2.2.1 储备液的配制  47
      4.2.2.2 Cu-EDTA 捕集实验方法  47
    4.2.3 EDTA 浓度测定  47
  4.3 结果与讨论  47-53
    4.3.1 DTC（TBA）用量与Cu-EDTA 去除率的关系  47-48
    4.3.2 pH 对Cu-EDTA 去除率的影响  48-49
    4.3.3 反应时间对Cu-EDTA 去除率的影响  49-50
    4.3.4 絮凝剂种类及用量对Cu-EDTA 去除率的影响  50-51
    4.3.5 EDTA/Cu~(2+)比值对Cu-EDTA 去除率的影响  51
    4.3.6 Cu-EDTA 起始浓度对Cu-EDTA 去除率的影响  51-52
    4.3.7 重金属捕集剂DTC（TBA）对Cu-EDTA 的去除机理  52-53
  4.4 本章小结  53-54
第五章重金属捕集剂DTC（TBA）对铜氨络合离子的去除特性  54-63
  5.1 引言  54-55
  5.2 材料与方法  55-56
    5.2.1 试剂与仪器  55
    5.2.2 重金属捕集剂DTC（TBA）对铜氨络合离子的去除实验方法  55-56
      5.2.2.1 储备液的配制  55
      5.2.2.2 先调pH 后加捕集剂去铜氨络合离子除实验方法  55
      5.2.2.3 先加捕集剂后调pH 去铜氨络合离子除实验方法  55-56
  5.3 结果与讨论  56-61
    5.3.1 加药方式对铜氨络合离子的去除率影响  56-58
      5.3.1.1 先调pH 值后加DTC（TBA）对铜氨络合离子的去除率影响  56-57
      5.3.1.2 先加DTC（TBA）后调pH 值对铜氨络合离子的去除率影响  57-58
    5.3.2 酸析时间对铜氨络合离子去除率的影响  58-60
    5.3.3 起始铜氨络合离子浓度对铜氨络合离子去除率的影响  60-61
    5.3.4 阴离子型PAM 用量对铜氨络合离子去除率的影响  61
  5.4 本章小结  61-63
第六章重金属捕集剂DTC（TBA）对PCB 含铜废水Cu~(2+)及络合铜离子的去除效率  63-68
  6.1 引言  63
  6.2 材料与方法  63-64
    6.2.1 试剂与仪器  63-64
    6.2.2 重金属捕集剂DTC（TBA）对PCB 废水除铜的实验方法  64
      6.2.2.1 重金属捕集剂DTC（TBA）对PCB 游离态铜废水的去除  64
      6.2.2.2 重金属捕集剂DTC（TBA）对PCB 酸性络合铜废水的去除  64
      6.2.2.3 重金属捕集剂DTC（TBA）对PCB 碱性络合铜废水的去除  64
  6.3 结果与讨论  64-67
    6.3.1 PCB 含铜废水的水质指标  64-65
    6.3.2 DTC（TBA）去除PCB 游离态铜废水的效率  65
    6.3.3 DTC（TBA）去除PCB 酸性络合铜废水的效率  65-66
    6.3.4 DTC（TBA）去除PCB 碱性络合铜废水的效率  66-67
  6.4 本章小结  67-68
结论与展望  68-70
  结论  68-69
  创新点  69
  展望  69-70
参考文献  70-73
攻读硕士学位期间发表的与学位论文相关的学术论文  73-74
致谢  74-75
附件  75

重金属捕集剂DTC（TBA）的制备及处理含铜废水的研究

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