高效重金属捕集剂EDTC处理废水

3.5 EDTC与Cu的螯合机理

EDTA-Cu、CA-Cu、TA-Cu模拟废水与EDTC按上述优化工艺条件反应得到棕色沉淀产物，沉淀产物经过滤、洗涤、真空干燥后进行红外光谱表征，其红外光谱图如图  6所示.由图可知，b、c、d  3种沉淀物曲线的出峰位置及峰强度基本一致，可以说明3种沉淀物所拥有的官能团基本是相同的.因EDTA、CA、TA三者官能团不全相同，由此可以判断：在反应过程中不同的络合剂并没有参与最后沉淀物的形成，也有可能是EDTA、柠檬酸、酒石酸的特征官能团吸收峰与EDTC的吸收峰发生部分重叠.

图6 EDTC与3种螯合沉淀物的红外光谱图(4000~400 cm-1)(a.  EDTC固体，b.EDTC和EDTA-Cu的反应沉淀物，c.EDTC和TA-Cu反应沉淀物，d：EDTC和CA-Cu反应沉淀物)

由图 6可知，重金属捕集剂EDTC反应后在2576 cm-1处的—SH 特征吸收峰消失，1508 cm-1处的N—CS2伸缩振动吸收峰和1007  cm-1处的C—S特征吸收峰强度有所降低，1304 cm-1处的C S特征吸收峰后移至1316  cm-1且强度有所减弱，这几个峰反映了螯合的关键基团，正是由于S与Cu的螯合作用，减小了S的电负性，引起峰的变化.由此可推断，EDTC  捕集金属Cu的主要官能团是—SH，而EDTC中的其它基团没有参与反应.进一步对3种螯合沉淀物进行元素分析，其各元素含量百分比如表 2所示.由表  2可知，3种模拟络合铜废水的螯合产物与EDTC-Cu(EDTC与CuSO4按摩尔比为1 ∶ 1反应制备)的理论含量值基本一致.

表2 三种螯合产物(a、b、c)和EDTC-Cu理论元素含量对比

由上述推断可知，EDTC与Cu的作用机理为脱络-螯合，即EDTC进攻络合铜离子，由于EDTC与Cu2+的螯合能力更强，使Cu2+与其他络合剂脱离，与Cu2+螯合生成更稳定的EDTC-Cu沉淀物，从而有效脱除Cu，反应总方程式如式(5)所示，其中，M代表络合剂(EDTA/TA/CA).反应沉淀产物中不含有EDTA、柠檬酸(CA)、酒石酸(TA)，使得3种螯合产物的红外谱图基本一致.峰高的差异体现了EDTC在反应过程中的变化：3种络合剂与Cu2+的络合稳定性不同，EDTC对络合铜进行脱络时，所需能量不同，键能发生变化，导致了3种螯合沉淀物红外谱图的略小差异.具体参见污水宝商城资料或http://www.dowater.com更多相关技术文档。

3.6 螯合沉淀物的溶出特性

图  7为在不同pH值条件下螯合沉淀物EDTC-Cu溶出Cu2+的累积分数.SDLT实验结果表明，在pH值为2.5时，累积溶出铜占总铜量的3.21%，而在pH值为5.0和9.0时，30  d的累积溶出铜仅占0.05%和0.08%.这与令玉林等(2011)用重金属捕集剂RDTC对含铜废水进行处理，其沉淀物溶出特性的研究结果相似.由此说明，EDTC能沉淀铜离子且能长期安全放置，不易产生二次污染.

图7 SDLT中EDTC-Cu沉淀溶出铜的累积分数随时间变化曲线

4 结论

1)以乙二胺和CS2在混合溶剂(V乙醇/VH2O=1 ∶  2)中制备了一种巯基类重金属捕集剂EDTC，产物为白色固体粉末，有利于储存运输.EDTC分子内含有2个二硫代氨基甲酸基团，有助于螯合废水中的重金属.

2)EDTC能快速高效地去除络合态Cu，处理初始浓度为50 mg ˙ L-1的各络合铜，pH为3~9，EDTC投加量为8倍于Cu含量(质量比)，反应时间3  min，PAM为1 mg ˙ L-1，处理后的出水Cu浓度均低于0.25 mg ˙  L-1，去除率达到99.5%以上，达到《电镀污染物排放标准(GB21900—2008)》中关于 Cu污染物特别排放限值要求(<0.3 mg ˙  L-1)，其中，EDTC投加量和初始pH对Cu的去除效果影响较大.

3)EDTC在与络合铜反应时，和原有的络合剂竞争Cu2+，并与Cu2+生成更稳定的螯合沉淀物EDTC-Cu.SDLT实验表明，螯合沉淀物EDTC-Cu可在弱酸性和弱碱性条件下长期稳定存在，不易造成二次污染.