[发明专利]一种处理含贵/重金属废水并回收高纯度金属单质的还原性离子交换膜及其方法与应用

说明书

本发明属于重金属处理领域，涉及一种处理含贵/重金属废水并回收高纯度金属单质的还原性离子交换膜及其方法与应用，该技术以钠快离子导体型NaTi₂(PO₄)₃制备的膜用作还原性离子交换膜材料，首先在含钠离子溶液中充钠使其变为高的还原态，然后将其置于含金属离子废水中使得贵/重金属离子在还原性离子交换膜表面被还原为金属单质，还原出来的金属单质极易被回收。该方法装置简单，还原过程不需要对电极参与，器件设计具有很高的灵活性，不需要消耗大量的化学试剂，使用清洁的电能还原金属离子，对贵/重金属离子具有高度的选择性，能够很方便的以单质态回收贵金属。制备的还原性离子交换膜材料经过50次循环仍能保持良好的储钠性能，具有优秀的循环使用性能。

技术领域

本发明属于重金属处理领域，尤其涉及一种处理贵/重金属废水并回收高纯度金属单质的还原性离子交换技术。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

随着世界人口的快速增长、工业和农业活动的不断扩大，可用水资源逐渐减少，水污染以及淡水资源的匮乏问题日益严峻。目前，全世界约12亿人遭受着水资源短缺以及水资源的安全问题。据世界水理事会估计，未来几十年受水资源影响的人口将会达到39亿。除了人类对水资源的过度开发外，工业排放的难降解污染物对水资源的污染也使富水区的缺水问题更加严重，另外工业活动的扩大导致自然界游离态的重金属离子的浓度越来越高，有毒金属离子进入食物链，进而进入人体，一旦它们在器官中积累超过标准限度，就可能导致严重的与健康有关的疾病。过度摄入锌会引起皮肤刺激、呕吐、胃痉挛等健康问题，过度摄入镍会导致肺癌、肾癌，过多摄入汞会造成精神、呼吸道、消化道损伤等。

目前去除工业废水中的重金属离子主要有化学沉淀法、离子交换法、电化学法、吸附法以及膜过滤法等。化学沉淀法需要消耗大量化学试剂，操作成本高，去除效率低，产物为含重金属离子的污泥，降低了金属的价值(如金、银、钯、铂等贵金属)；离子交换法操作周期长且只能处理低浓度重金属废水；电化学法受限于扩散电流密度对低浓度重金属废水处理成本较高；吸附法容量受限，能够处理的废水量较低。最近，有研究人员采用直流(DC)/交流(AC)电化学方法来处理高浓度和低浓度的重金属污染的方法，该方法需要大量的电能输入，难以避免电极表面产氢、产氧副反应，并且实现金属单质的回收比较困难。还有研究人员采用一种新型的离子交换方法由层状的磷酸锆(a-ZrP)纳米片和导电聚苯胺 (PANI)插层链组成的复合膜来处理重金属废水，通过切换复合膜电极上的工作电位，重金属即可从水溶液被吸收到膜上，再次切换电位释放金属离子就完成了膜的再生，但发明人发现：该方法只实现了金属离子的处理浓缩，并未达到回收金属单质的效果。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种处理贵/重金属废水并回收高纯度金属单质的还原性离子交换技术，该技术以NaTi₂(PO₄)₃作为还原性离子交换膜材料，利用NaTi₂(PO₄)₃较负的氧化还原电势将贵/重金属离子从水溶液中还原为金属单质进而被回收。该方法装置简单，还原过程不需要对电极参与，器件设计具有很高的灵活性，不需要消耗大量的化学试剂，使用清洁的电能还原金属离子，对贵/重金属离子具有高度的选择性，能够很方便的以单质态回收贵金属。制备的还原性离子交换膜材料经过50次循环仍能保持良好的储钠性能，具有优秀的循环使用性能。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的第一个方面，提供了一种处理贵/重金属废水并回收高纯度金属单质的还原性离子交换膜，包括以下原料：NaTi₂(PO₄)₃/C复合材料、导电剂，粘结剂。