络合-超滤耦合工艺去除水中镍离子的研究
摘要：以聚丙烯酸钠(PAANa)和聚乙烯亚胺(PEI)作为络合剂,将其与镍离子络合后的溶液转移至超滤杯中,在0.1MPa压力下通过聚醚砜超滤膜进行分离,研究pH值和络合剂/Ni2+装载质量比(L)对Ni2+去除率的影响,并根据朗缪尔等温模型拟合络合反应平衡常数。同时研究超滤时间对膜通量和Ni2+去除率的影响。结果表明,选用PAANa为络合剂,在pH值为8、L=5时,Ni2+的去除率达到最大值99.5%.PEI为络合剂时,Ni2+去除率在pH值为7、L为5时达到最大值93.0%。不同pH值条件下拟合得到的络合平衡常数表明,pH为7时最有利于络合反应。另外,单个络合剂单体所能结合的Ni2+个数随着pH值的升高而增大。研究结果还表明,在长达12h的超滤时间内,PAANa为络合剂时,膜通量的衰减<10%；PEI为络合剂时,膜通量基本保持不变；Ni2+的去除率都基本保持恒定。因此,在合适条件下,络合-超滤耦合工艺能有效去除水中的镍离子。
关键词：络合-超滤耦合工艺，镍，聚丙烯酸钠，聚乙烯亚胺，去除率，络合平衡常数
镍如今广泛应用于合金制造（如镍钢和镍银）及用作催化剂和制造货币等。化学、仪表、石油化工、汽车和飞机制造工业、纺织等工业也会产生含镍废水。直接排放含镍废水将会严重污染环境，一旦迁移进入人体，也会严重威胁人类健康。传统的处理重金属废水的方法有化学沉淀法、离子交换法、高分子捕集剂法、天然沸石吸附法和活性炭吸附工艺等。新型的络合-超滤耦合工艺采用膜技术达到去除水中重金属的目的。水溶性聚合物作为络合剂，与金属离子络合生成聚合物-金属络合物，通过超滤膜将其截留，从而达到去除水中金属离子的目的。被超滤膜截留的聚合物-金属络合物经过酸化后发生解络反应。对解络后的重金属离子和大分子聚合物再次进行超滤分离，超滤膜将大分子聚合物截留，透过液中的金属离子则被大量地富集浓缩，实现废水的回用和重金属的回收。
近年来，许多学者对这一技术进行了研究，采用络合-超滤耦合技术去除水中的钴、锌、铬、汞、铅等离子，应用范围涉及核工业、电镀、金属加工、采矿和汽车行业等领域。然而，到目前为止，对于络合反应平衡常数及该技术相关机制的研究少有报道。
聚丙烯酸钠（PAANa）和聚乙烯亚胺(PEI)是2种常用的络合剂,它们可以和包括Ni2+在内的多种重金属离子络合。图1和图2分别给出了两者的分子结构式。
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本研究选用PAANa和PEI作为大分子聚合物络合剂，采用络合-超滤耦合技术处理实验室模拟含镍离子废水，分析了pH值、装载比L和超滤时间对Ni2+去除率的影响，并根据朗缪尔等温模型拟合络合反应平衡常数袁对络合反应的内在机制进行了探讨。从而确立并验证了络合-超滤过程处理含镍溶液的最佳工艺参数。
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