【论文链接】
https://doi.org/10.1016/j.seppur.2022.121283
【作者单位】
南京科技大学
【论文摘要】
随着化学镀镍技术的不断推广和应用，废镀液中重金属镍和磷对环境的污染越来越严重。开发一种高效回收Ni2+、同步去除HPO32-、无二次污染、低能耗的废化学镀镍液处理方法具有挑战性。在此，我们使用了一种结合了两种处理方法优势的方法，即电渗析和电沉积的组合，来处理废化学镀镍液。研究了电流密度、操作时间、pH值、稀释倍数、流速和电解质（Na2SO4）浓度对回收率、去除率和能耗的影响。然后，研究了离子交换膜的可重复使用性。实验结果表明，Ni2+的回收率为82.34%，HPO32-的去除率为51.61%，该方法的能耗仅为18.28 Wh/kg，阴离子交换膜的稳定性良好。总的来说，对这种组合工艺的研究为采用综合方法一步处理废化学镀镍液提供了依据，并为工业上处理废液提供了新思路。
【实验方法】
实验装置：
图1所示的实验室规模的电沉积电渗析装置是自制的，包括自制的电解架构、恒流稳压电源以及两个蠕动泵。电解槽由丙烯酸制成，分为两个腔室。阴极室和阳极室的体积均为4.0 cm×6.0 cm×1.5 cm。位于阴极和阳极之间的异质阴离子交换膜的可用面积和有效面积分别为5.0 cm×7.0 cm和4.0 cm×6.0cm。镍板用作阴极，铂涂层钛网用作阳极。距离为4.5 cm的两个电极的尺寸为4.0 cm×10.0 cm×0.1 cm，有效尺寸为4.0 cm×6.0 cm×0.1 cm。
电化学实验：
所有实验均在恒定电流条件下进行。阳极电解液含有100 mL 20 g/L Na2SO4溶液，阴极电解液含有100毫升稀释的废化学镀镍浴（pH=4.5）。电解质以间歇模式在电解槽之间循环，由蠕动泵提供10 mL/min的流速，同时在阴极室使用空气搅拌。初始实验持续2小时，电流密度设置在2.5 mA/cm2至5 mA/cm2的范围内。用H2SO4和NaOH将废液的pH值从2调节到5。在优化的电流密度和pH值下，研究了1.0 h-3.5 h的4个操作时间。之后，在10 mL/min-50 mL/min的范围内选择最合适的流速。最后，优化了废液的稀释比。在确定了最佳工艺条件后，检查了阴离子交换膜的可重复使用性。每次实验后收集废液，测量收集废液的体积，并通过滴定法测定浴中Ni2+和HPO32-的浓度。
【图文摘取】
【主要结论】
为了缓解化学电镀工业对环境的污染，采用耦合工艺对废酸性化学镀镍液（以H2PO2-为还原剂）进行处理。在这项工作中，镍板上的电沉积通过市售的阴离子交换膜与镀铂钛网上的电渗析相结合，可以在Ni2+沉积的同时通过电渗析分离废浴中的P，实现Ni2+的有效回收和HPO32-的同步去除，并一步净化废浴。通过一系列实验，证实了其可用于处理废化学镀镍废液的可能性。在流速为30 mL/min、电流密度为3.5 mA/cm2、操作时间为3 h、pH值为3、稀释倍数为10倍、Na2SO4浓度为20 g/L的条件下，Ni2+的回收率为82.34%，HPO32-的去除率为51.61%，EC为18.28 Wh/kg。连续使用10次后，HPO32-的去除率保持在40%（从51.61%到40.01%），膜的稳定性总体上可以接受。总体而言，研究了一种不添加化学试剂、二次污染少、预算低、操作简单、能耗低的废化学镀镍液处理方法，为综合处理废化学镀镍槽提供了参考。
