雙水相萃取法分離生活污水中重金屬離子和機理研究

劉玉玲，卓 馨，陳紅玲

（宿州學院 自旋電子與納米材料安徽省重點實驗室培育基地，安徽 宿州 234000）

雙水相萃取法分離生活污水中重金屬離子和機理研究

劉玉玲，卓 馨，陳紅玲

（宿州學院 自旋電子與納米材料安徽省重點實驗室培育基地，安徽 宿州 234000）

研究了生活污水中鉛(II)、鐵(III)、鉻(III)、錳(II)等金屬離子在聚乙二醇（PEG）-Na2SO4-鄰苯二酚紫（PV）體系中的萃取行為。探討了萃取酸度、萃取劑用量、硫酸銨濃度對金屬離子萃取率的影響。實驗結果表明，通過控制一定的條件，可以實現鉻(III)、鉛(II)與部分混合金屬離子之間的萃取分離。

重金屬離子；聚乙二醇；鄰苯二酚紫；萃取分離

含有多種有害重金屬離子的生活污水排入江河，會對水體產生嚴重污染，對環境和人類造成很大危害。傳統的污水處理方法有化學沉淀法、電解法、氧化還原法、離子交換法、生物吸附法等，這些方法對處理含有高濃度重金屬離子的工業廢水能達到一定效果，而用于處理重金屬離子濃度較低的生活污水時，就存在著運行費用和原材料成本相對較高的問題。利用水溶性高聚物水溶液在無機鹽存在條件下可分為兩相的性質，選擇常見的有機試劑作為萃取劑，實現部分金屬離子間的定量萃取分離[1-4]，該方法不使用揮發性有機溶劑，具有分相速度快、安全無毒、操作簡單等特點。本文研究了生活污水中鉛(II)、鐵(III)、鉻(III)、錳(II)金屬離子在聚乙二醇（PEG）-Na2SO4-鄰苯二酚紫（PV）體系中兩相間的分配行為。通過控制一定的條件，實現了鉻(III)、鉛(II)與部分混合金屬離子之間的萃取分離。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

TU1201雙光束掃描紫外分光光度計（北京通用儀器有限公司）；722型分光光度計；pHS-3C精密酸度計（上海雷磁儀器廠）；116R型恒溫水浴鍋。

PV溶液：3.250×10-4mol·L-1；金屬標準溶液：按文獻[5]配成40 mg·L-1；PEG溶液：300 g·L-1，緩沖溶液：pH1.0～2.5（用HCl配制），pH3.0～6.5（用HAc-NaAc配制），pH7.5～13.0（用氨水-NH4Cl配制）。試劑為分析純或優級純，水為二次蒸餾水。

1.2 實驗方法

分別在60 mL分液漏斗中，加入不同pH值的緩沖溶液5.0 mL，PV溶液1 mL和一定量的金屬離子溶液，加水至10 mL，加入PEG溶液10 mL，硫酸鈉2 g，振蕩2～3 min，靜置。待分層清晰后，過量的PV及金屬絡合物進入上層PEG相，棄去下層水相，保留上層PEG萃取相。另取一分液漏斗，除不加金屬離子外，按上述步驟進行，得試劑空白萃取相。以試劑空白萃取相作參比，用PAR做顯色劑的光度分析法測定殘留金屬離子量[6]，根據加入量計算出金屬離子萃取率（E%）。

2 結果與討論

2.1 金屬離子萃取條件的選擇

2.1.1 酸度對金屬離子萃取率的影響

根據實驗方法，固定其它條件（金屬離子20 μg），改變溶液酸度，分別測定酸度對鉛(II)、鐵(III)、鉻(III)、錳(II)萃取率的影響，結果如圖1。

圖1 酸度對萃取率的影響

Mn(II)在研究酸度范圍內萃取率較低，幾乎不被萃取；Pb(II)在pH4.5～8.5、Fe(III)在pH4.5～7.5萃取率都較高（在95%以上），可認為被定量萃取到PEG相；而Cr(III)在pH3.5～8.5范圍內，萃取率在50%～66%之間。同一金屬離子，溶液的酸度影響其與萃取劑形成的絡合物形態、穩定性及表面電荷等，從而影響高聚物相對金屬離子的萃取，因此可借控制溶液酸度，實現金屬離子之間的定量分離。

2.1.2 萃取劑用量對金屬離子萃取率的影響

按實驗方法，固定溶液pH值，其他條件不變，改變PV的用量，分別測定萃取劑用量對幾種金屬離子萃取率的影響，結果如表1。由表1可以看出，不加萃取劑，金屬離子的萃取率很低，說明簡單金屬離子本身難被PEG相萃取，只有與萃取劑形成絡合物才有可能被PEG相萃取，當萃取劑用量在1～2.0 mL時各種金屬離子萃取率都最高，說明在此范圍金屬離子與PV之間達到合適絡合比；PV量少時金屬離子絡合不完全，而PV過量會使金屬絡合物穩定性降低，都會減少金屬離子萃取率，所以本實驗選擇萃取劑用量為1.0 mL。

表1 PV用量對萃取率的影響（E %）

2.1.3 鹽析劑的用量對金屬離子萃取率的影響

按實驗方法，固定溶液酸度（萃取率最大時的pH值）和PV用量，其他條件不變，改變硫酸鈉用量，分別測定鹽析劑的用量對金屬離子萃取率的影響。實驗結果表明，當硫酸鈉用量少于2.0 g時，溶液不分層或萃取不完全，萃取率低；而鹽析劑的用量在2.2～3.5 g時，萃取率最高。硫酸鈉用量再增大時，由于鹽效應增強，影響配合物的穩定性，使吸光度有所下降。所以本實驗選擇鹽析劑的加入量為2.5 g。

2.2 混合離子的分離

按實驗方法進行實驗，在pH4.5時，鉻(III)可從鉻(III)、鉛(II)、鐵(III)、錳(II)混合離子中分離，pH3.5時，錳(II)可從錳(II)、鉛(II)、鐵(III)、鉻(III)混合離子中分離，結果見表2和表3。

表2 Cr(II)在混合溶液中分離結果（pH=4.5）

表3 Mn(II)在混合溶液中分離結果（pH=3.5）

3 結論

試驗結果表明，生活污水中鐵(III)在pH4.0～7.0范圍內可以被PEG相幾乎完全萃取，鉻(III)在pH1.0～7.0、錳(II)在pH1.0～4.5則不被萃取。從而實現將鉻(III)（pH3.5）、鐵(III)（pH5.0）與鉻(III)、鐵(III)混合離子的定量分離。

[1]鄧凡政,石影,李霞,等.從混合離子中分離Fe、Al、Cd[J].

應用化學,1997,14(1):68.

[2]鄧凡政,石影,劉延美.PEG-Na2SO4-PAR體系中Pd(II), U(VI),Mo(VI)的萃取分離[J].光譜學與光譜分析,2000, 20(3):440.

[3]鄧凡政,石穎,汪玉波,等.雙水相體系中鈦,鋯的分離[J].稀有金屬,2001,25(6):471.

[4]蔡紅,張春莉,許秀麗,等.光度法研究聚乙二醇-硫酸銨-鄰苯三酚紅體系中鉍,鐵,銅,鎳,鈷,鉛的萃取分離[J].光譜學與光譜分析,2003,23(2):345.

[5]杭州大學化學系分析化學教研室.分析化學手冊:第三分冊[M].北京:化學工業社,1989:439.

[6]Z·馬欣科.鄭用熙,任奇鈺,馮藝聰,等譯.元素的分光光度測定[M].北京:地質出版社,1983:211,180,370,484.

（責任編輯、校對：琚行松）

Study on Extraction Separation of Heavy Metal Ions in Wastewater with Visible Spetrophotometry

LIU Yu-ling, ZHUO Xin, CHEN Hong-ling
(Anhui Key Laboratory of Spin Electron and Nanomaterials (Cultivating Base), College of Suzhou, Suzhou 234000, China)

The distribution behavior of the two alternates of Pb(II), Fe(III), Cr(III), Mn(II) metal ion in sewage in the polyethylene glycol(PEG)-((NH4)2SO4)- pyrocatechol violet (PV) system was studied. The effect of the solution acidity, the amount of the extractant and the (NH4)2SO4concentration on the degree of extraction rate of metal ions was investigated.Through the control of certain conditions, extraction and separation of the Cr(III), Pb(II) and part of the mix between metal ions was realized.

heavy metal; polyethylene glyeol (PEG); pyrocatechol violet; separation extraction

O652.62

A

1009-9115(2012)05-0014-02

安徽省教育廳自然科學重點項目（KJ2011Z369），宿州學院科研平臺開放課題（2011YKF04），高校省級自然科學研究項目（KJ2011B174），宿州學院一般項目（2011yyb14）

2012-06-04

劉玉玲（1967-），女，安徽宿州人，實驗師，研究方向為分析化學。