離子交換樹脂處理重金屬污染的水

高子交換樹脂處理重金屬污染的水計(jì)建洪【摘要】以銅離子為例，分別采用D001大孔型強(qiáng)酸性陽離子樹脂和001*7強(qiáng)酸性凝膠型陽離子樹脂處理重金屬離子污染的水，主要考察了流速、溶液的起始pH值、溫度等因素對(duì)離子交換樹脂去除銅離子效果的影響.實(shí)驗(yàn)表明，凝膠型離子交換樹脂和大孔型離子交換樹脂相比，因?yàn)榭讖较嗖钍謶沂猓源罂仔蜆渲目椎罃U(kuò)散速度要比凝膠型樹脂快的多.在較高的溫度下有利于離子交換反應(yīng)的進(jìn)行，廢水初始pH值為5.0~6.0進(jìn)行處理效果較好.【期刊名稱】《天津化工》【年（卷），期】2011（025）002【總頁數(shù)】3頁（P60-62）【關(guān)鍵詞】離子交換樹脂;重金屬離子;污染的水【作者】計(jì)建洪【作者單位】江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院化紡系，江蘇，江陰,214433【正文語種】中文【中圖分類】TQ425.9001*7型陽離子交換樹脂（江陰市有機(jī)化工廠）；D001型陽離子交換樹脂（江陰市有機(jī)化工廠）；721型分光光度計(jì)；五水硫酸銅，鹽酸（均為分析純）；實(shí)驗(yàn)用水均為去離子水。試驗(yàn)所選用的樹脂均為陽離子交換樹脂，新的陽離子交換樹脂含有大量的雜質(zhì)，使用前需按常規(guī)方法進(jìn)行預(yù)處理。為減少本次實(shí)驗(yàn)對(duì)環(huán)境帶來的污染，我們配制的重金屬污染的水（簡(jiǎn)稱廢水）中只選了一種重金屬離子Cu2+作為代表。將廢水以試驗(yàn)要求的不同的流速、溫度和pH值自上而下注入離子交換柱內(nèi)，采集交換柱流出液，用分光光度法測(cè)定處理前后廢水中銅的濃度。用50mL的酸式滴定管作為交換柱，內(nèi)填15cm的離子交換樹脂。交換柱內(nèi)設(shè)有上脫脂棉和下脫脂棉來保證整個(gè)離子交換過程中不引起樹脂層松動(dòng)。二乙基二硫代氨基甲酸鈉分光光度法。將樹脂裝入50mL的酸式滴定管中，柱長(zhǎng)約20cm。廢水分別以7.5mL/min、5.0mL/min、3.75mL/min、2.5mL/min、1.5mL/min、0.75mL/min和0.5mL/min的流速流過離子交換柱，交換完畢后采集流出液，分別測(cè)定流出液吸光度。流速與流出液吸光度關(guān)系見圖1和2?？梢钥闯?，大孔型離子交換樹脂中當(dāng)流速大于1.5mL/min時(shí)，銅離子的濃度（以吸光度記，因?yàn)槲舛仍酱髣t銅離子的濃度越大，以下同）隨著流速的變緩而降低,這是由于流速較快時(shí)，相當(dāng)于在離子交換柱中的交換時(shí)間較短，水中的部分銅離子還沒有來得及擴(kuò)散到樹脂的有效交換位置與樹脂的活動(dòng)離子發(fā)生離子交換反應(yīng)，就隨原水流出交換柱，導(dǎo)致流出液中銅離子濃度較高。當(dāng)流速在1.5mL/min以內(nèi)時(shí)，重金屬離子與樹脂的活動(dòng)離子充分發(fā)生交換反應(yīng)，使流出液中重金屬離子濃度趨于穩(wěn)定，且達(dá)到了較好的處理效果，因此用大孔型離子交換樹脂處理流速控制為1.5mL/min。而凝膠型相比則較緩慢，流速控制為小于1mL/min，試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)所選用的兩種陽離子交換樹脂在相同的試驗(yàn)條件下，對(duì)銅離子的去除率都很高，均達(dá)到99%以上。001*7型樹脂易脫色使流出液呈微黃色，不宜選用，故本試驗(yàn)選用D001樹脂處理廢水。分別將原廢水的pH調(diào)至1.5、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0,然后以1.5mL-min-1的速度流過交換柱，測(cè)定流出液中各重金屬離子的濃度。不同pH值與流出液中銅離子濃度關(guān)系見圖3?？梢钥闯?，初始pH值的變化對(duì)離子交換樹脂吸附、置換Cu2+的能力影響很大。酸性越強(qiáng)對(duì)Cu2+的吸附、置換越差，而pH>4后，銅離子與樹脂的活動(dòng)離子充分發(fā)生交換反應(yīng)，使流出液中重金屬離子濃度趨于穩(wěn)定，且效果較好，故本實(shí)驗(yàn)控制廢水初始pH值為6.0左右進(jìn)行處理。將原溶液的pH值調(diào)至5.0~6.0，并以1.5mL?min-1的流速進(jìn)入交換柱，在溫度為40C、100C、200C、250C、300C、450C、600C、750C條件下進(jìn)行試驗(yàn)。溫度變化對(duì)流出液銅離子濃度的影響見圖4。由圖4我們可以看出，溫度對(duì)流出液中銅離子的濃度有一定的影響，但影響不是很大。一般認(rèn)為，溫度升高，能活化樹脂的吸附基團(tuán)，加速吸附離子進(jìn)入樹脂內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)速度，但溫度升高也可加速吸附離子的離解速度，因此D001樹脂吸附銅離子宜在室溫下進(jìn)行。分別取銅標(biāo)準(zhǔn)溶液（5mg/L）0mL、0.20mL、0.50mL、1.00mL、2.00mL、3.00mL、5.00mL于50mL容量瓶中，稀釋至標(biāo)線，測(cè)定吸光度，繪制吸光度對(duì)銅含量的工作曲線。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得工作曲線（見圖5）。在上述單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)含銅離子的水樣進(jìn)行處理試驗(yàn)。調(diào)節(jié)廢水pH=5.0~6.0，在室溫下，50mL廢水溶液以1.5mL/min的流速流經(jīng)交換柱，測(cè)定流出來的水中銅離子的濃度（吸光度為0.008，查工作曲線可得銅離子的濃度約0.01mg/L），結(jié)果列于表1?？梢钥闯觯谧罴褩l件下，對(duì)廢水中的銅離子交換法處理后，出水水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到《國(guó)家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB897821996）中的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。采用離子交換法去除水中的銅離子效果好,操作方法簡(jiǎn)便、實(shí)用性強(qiáng),水中殘留的銅的質(zhì)量濃度低，滿足水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定含量。溶液的pH值對(duì)水中的銅的去除率有影響，在pH=6左右，去除銅效果最好；原水的溫度在20~30C時(shí)，樹脂的吸附容量大，銅的去除率也大。凝膠型離子交換樹脂和大孔型離子交換樹脂相比，因?yàn)榭讖较嗖钍謶沂?，所以大孑L型樹脂的孔道擴(kuò)散速度要比凝膠型樹脂快的多。對(duì)于銅濃度為150.0mg/L的廢水，在優(yōu)化的條件下經(jīng)大孔型陽離子交換樹脂交換后，廢水中銅的濃度降為0.01mg/L,出水pH為6.5，低于國(guó)家《國(guó)家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB897821996)中的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。該法工藝簡(jiǎn)單、管理方便，有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬離子的回收與利用，同時(shí)可避免二次污染，該方法在處理重金屬離子污染的水時(shí)較其它方法具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，適合高校、企業(yè)、科研單位等的