離子交換樹脂處理重金屬污染的水

計(jì)建洪

（江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院化紡系，江蘇江陰214433）

離子交換樹脂處理重金屬污染的水

計(jì)建洪

（江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院化紡系，江蘇江陰214433）

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。

離子交換樹脂；重金屬離子；污染的水

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

001*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。

1.2 新樹脂的預(yù)處理

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。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

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。

1.4 實(shí)驗(yàn)裝置

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)。

1.5 分析方法

二乙基二硫代氨基甲酸鈉分光光度法。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 流速的影響

將樹脂裝入50mL的酸式滴定管中，柱長(zhǎng)約20cm。廢水分別以7.5 mL/min、5.0 mL/min、3.75 mL/min、2.5 mL/min、1.5 mL/min、0.75 mL/min和0.5 mL/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。可以看出，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。

2.2 pH值的影響

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。可以看出,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。

圖3 D001 pH值-吸光度圖

2.3 溫度對(duì)重金屬離子去除效果的影響

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4℃、10℃、20℃、25℃、30℃、45℃、60℃、75℃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。

圖4 D001溫度-吸光度圖

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。

2.4 工作曲線

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）。

2.5 最佳條件下處理結(jié)果

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。可以看出，在最佳條件下，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《國家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB897821996）中的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

表1 最佳條件下處理重金屬離子的試驗(yàn)結(jié)果表

3 結(jié)論

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20～30℃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謶沂猓源罂仔蜆渲目椎罃U(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，低于國家《國家污水綜合排放標(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)、科研單位等的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室廢水處理，有廣闊的應(yīng)用前景。

［1］雷兆武.離子交換技術(shù)在重金屬廢水處理中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2008,33(10):82-83.

［2］王燦發(fā),等.離子交換樹脂在廢水處理中的應(yīng)用[J].科技咨詢,2008，25:85.

The treatment of heavy metal wastewater by ion-exchange resin

JI Jian-hong
（Department of Chemical and Textile Engineering,Jiangyin Polytechnic College,Jianyyin Jiangsu 214433,China）

We take copper ions as example in this experiment,and use large secundum strong acid cation resin D001 and Gel-type strong acid cation resin 001×7 to disposal the waste water with heavy metal ions,observe the affects of speed,the origination pH,temperature when the process happen.This experiment shows that the large secundum resin pore diffusion velocity than the gel-type resin quick many since the big difference of product diameter,the higher temperature is better for the transaction,and the pH of5.0～6.0 is suitable too.

ion-exchange resin;heavy metal ions;waste water

10.3969/j.issn.1008-1267.2011.02.024

TQ425.9

A

1008-1267（2011）02-0060-03

2009年環(huán)保部共接報(bào)陜西鳳翔等到2起重金屬、類金屬污染事件。這些事件致使4 035人血鉛超標(biāo)、182人鎘超標(biāo)，引發(fā)32起群體性事件。“重金屬污染”成為中國社會(huì)的熱點(diǎn)問題。

密度在5g/cm2以上的金屬統(tǒng)稱為重金屬，如金、銀、銅、鉛、鋅、鎳、鈷、鎘、鉻和汞等45種。從環(huán)境污染方面所說的重金屬，實(shí)際上主要是指汞、鎘、鉛、鉻以及類金屬砷等生物毒性顯著的重金屬，也指具有一定毒性的一般重金屬如鋅、銅、鈷、鎳、錫等。工業(yè)生產(chǎn)中排放的水如礦產(chǎn)、冶煉、電鍍等行業(yè)的水中常含有重金屬離子。重金屬污染的特點(diǎn)是生物從環(huán)境中攝取重金屬可以經(jīng)過食物鏈的生物放大作用，在較高級(jí)生物體內(nèi)成千萬倍地富集起來，然后通過食物進(jìn)入人體，在人體的某些器官中積蓄起來造成慢性中毒，甚至是致癌[1]，危害人體健康。

重金屬離子污染的水由于所含重金屬對(duì)人類和環(huán)境的危害，需要對(duì)其進(jìn)行處理。化學(xué)沉淀法被廣泛應(yīng)用于重金屬離子污染的水的處理過程，但采用化學(xué)沉淀法處理重金屬離子污染的水時(shí),會(huì)產(chǎn)生大量的重金屬污泥,需要妥善處理或處置,而且當(dāng)重金屬離子含量很小時(shí)此法不適用[1]。離子交換技術(shù)處理重金屬離子污染的水，既可實(shí)現(xiàn)廢水中重金屬的去除,又可回收廢水中的重金屬[2]。

2010-11-16

計(jì)建洪（1970-），男，江蘇江陰人，碩士，副教授，江蘇省教育廳“青藍(lán)工程”骨干教師培養(yǎng)對(duì)象。