前言 膜电解是电渗析和电解相结合的技术，根据膜组合方式的不同，可分为单阳膜法、单阴膜法和双极膜法等，其中单阳膜法操作简单，应用较为普遍。 本实验利用阳离子交换膜自制膜电解装置(如图1所示)，研究不同阴极膜室电解质溶液对废水中CLi2+的去除率和回收方式的影响。 1实验 1.1实验装置 自制膜电解装置，如图1所示。离子交换膜采用科氏公司生产的阳离子交换膜，膜片有效尺寸为60mm×80mm，数量为2片。槽体有效容积为2500mL，膜盒容积为900mLo阳极：钌铱锡钛涂层，100mm×100mm;铱钽钛涂层，100mm×100mmo阴极：铜片，80mm×80mmo
 1.2 分析方法 采用二乙氨基二硫代甲酸钠萃取光度法对废水中的Cu2+进行分析。 1.3 实验方法 将2 500 mL含铜电镀废水装入废水槽内，在阴极膜室中加入电解质溶液，异极间距为6 cm，施加电压为6 V o以一定的、时间间隔采集水样，并记录实验现象。废水性质和实验条件，如表1所示。
 2结果与讨论 2.1不同电解质溶液下废水中Cu2+的去除率依据表1所列条件，分别采用硫酸铜、氢氧化钠、草酸和氨水为阴极膜室电解质溶液进行含铜电镀废水的膜电解实验，在各电解质溶液条件下，废水中Cu2+的去除率与电解时间的关系，如图2所示。  由图2可知：随着电解过程的进行，废水中Cu2+的去除率呈升高趋势。四种不同的电解质对Cu2+的去除率在一定条件下由高到低的顺序为：氨水、草酸、氢氧化钠、硫酸铜。以氨水为电解质时，电解5h，废水中Cu2+的去除率为94.71%;以硫酸铜为电解质时，电解6h，废水中C1-i2+的去除率为39.29%0以草酸为电解质的膜电解过程，从电解第4h到电解第6h的实验中，废水中Cu2+的去除率的曲线斜率为35.58;以氨水为电解质的膜电解过程，从电解第2h到电解第4h的实验中，废水中CL12+的去除率的曲线斜率为34.330以氨水为电解质时，电解4h，废水中Cu2+的去除率达到90.72%，废水中Cu2+的质量浓度为10.16mg/Lo和采用其他电解质相比，采用氨水作为电解质处理含铜电镀废水具有反应时间短、去除效率高、设备容积小、废水处理成本低以及投资省等特点。 在以氨水作为电解质的膜电解过程中，废水中出现一定量的絮体，对废水中的絮体进行过滤，并定量酸溶检测，其中C1一i2+的质量浓度约占膜电解过程中去除的Cu2+的40%0因此，在以氨水为电解质的实验过程中，Cu2+的去除包括Cu2+在电场力作用下通过阳离子交换膜的迁移、Cu2+在浓度差的作用下通过离子交换膜的渗析以及在废水中形成含CLi2+的絮体三种途径。在用其他三种电解质进行膜电解实验时，没有观察到废水中存在絮体，因此，采用其他三种电解质的膜电解过程中，Cu2+的去除以电场力作用和浓度差作用为推动力来完成。 2.2不同电解质溶液下废水中Cu2+的质量浓度 在各电解质溶液条件下，废水中Cu2+的质量浓度与电解时间的关系，如图3所示。 由图3可知：随着电解过程的进行，废水中CLi2+的质量浓度呈下降趋势。在采用草酸和氨水作为电解质时，Cu2+的质量浓度的下降幅度较大。以氨水为电解质时，电解5h，废水中Cu2+的质量浓度由109.43mg7L降至5.79mg/L;以草酸为电解质时，电解6h，废水中Cu2+的质量浓度由109.43mg/L降至20.92mg7L;以硫酸铜为电解质时，电解6h，废水中CLi2+的质量浓度由35.75mg/L降至23.10mg7Lo 在以草酸为电解质的膜电解过程中，废水中的C1_i2+在pH值为4～5时没有得到充分的释放，随着电解过程的进行，废水条件发生变化，Cu2+逐渐被释放，在电解2h时，废水中Cu2+的质量浓度达到最大值。 2.3Cu2+的回收方式 在膜电解过程中，废水中CL12+的回收按照不同电解质溶液表现出不同的方式。 (1)硫酸铜 在以硫酸铜为阴极膜室电解质的实验过程中，由于阴极上不断析出H2，因此，阴极电解质溶液的pH值逐渐升高。在此溶液条件下，通过离子交换膜的Cu2+，一部分与溶液中的OH一结合，形成CLI(OH)2沉淀物，另一部分在阴极上析出铜。 (2)氢氧化钠 在以氢氧化钠为阴极膜室电解质的实验过程中，溶液处于强碱性条件下，通过离子交换膜的Cu2+，一部分与溶液中的OH一结合，形成Cu(OH)2沉淀物，另一部分在阴极上析出铜。 (3)草酸 在以草酸为阴极膜室电解质的实验过程中，H2不断在阴极上析出，溶液中OH一的浓度逐渐增加。溶液中存在草酸根和OH一，通过离子交换膜的Cu2+，一部分与溶液中的草酸根和OH一结合，形成草酸铜配位物和Cu(OH)2沉淀物，另一部分在阴极上析出铜。 (4)氨水 在以氨水为阴极膜室电解质的实验过程中，在电场力和渗析作用下通过离子交换膜进入阴极膜室的Cu2+，一部分与氨水结合，形成铜氨配位物，另一部分在阴极上析出铜。此外，在废水中形成的絮体，作为Cu2+的沉淀物，成为废水中Cu2+的去除和回收的另一种形式。 3结论 (1)和采用其他电解质相比，采用氨水作为电解质处理含铜电镀废水具有反应时间短、去除效率高等特点。 (2)以氨水为电解质的膜电解过程，废水中Cu2+的去除率最高oCu2+的去除途径包括Cu2+通过离子交换膜进入阴极膜室和在废水槽中形成絮体，使得Cu2+从废水中得以去除。以草酸、氢氧化钠、硫酸铜为电解质的膜电解过程，废水中Cu2+的去除主要是Cu2+通过离子交换膜进入阴极膜室而得以去除。 |
