离子交换树脂处理重金属污染的水

计建洪

（江阴职业技术学院化纺系，江苏江阴214433）

离子交换树脂处理重金属污染的水

计建洪

（江阴职业技术学院化纺系，江苏江阴214433）

以铜离子为例，分别采用D001大孔型强酸性阳离子树脂和001*7强酸性凝胶型阳离子树脂处理重金属离子污染的水,主要考察了流速、溶液的起始pH值、温度等因素对离子交换树脂去除铜离子效果的影响。实验表明,凝胶型离子交换树脂和大孔型离子交换树脂相比，因为孔径相差十分悬殊，所以大孔型树脂的孔道扩散速度要比凝胶型树脂快的多。在较高的温度下有利于离子交换反应的进行，废水初始pH值为5.0～6.0进行处理效果较好。

离子交换树脂；重金属离子；污染的水

1 实验

1.1 实验材料与仪器

001*7型阳离子交换树脂（江阴市有机化工厂）；D001型阳离子交换树脂（江阴市有机化工厂）；721型分光光度计；五水硫酸铜，盐酸（均为分析纯）；实验用水均为去离子水。

1.2 新树脂的预处理

试验所选用的树脂均为阳离子交换树脂,新的阳离子交换树脂含有大量的杂质，使用前需按常规方法进行预处理。

1.3 实验方法

为减少本次实验对环境带来的污染，我们配制的重金属污染的水（简称废水）中只选了一种重金属离子Cu2+作为代表。将废水以试验要求的不同的流速、温度和pH值自上而下注入离子交换柱内，采集交换柱流出液，用分光光度法测定处理前后废水中铜的浓度。

1.4 实验装置

用50mL的酸式滴定管作为交换柱，内填15cm的离子交换树脂。交换柱内设有上脱脂棉和下脱脂棉来保证整个离子交换过程中不引起树脂层松动。

1.5 分析方法

二乙基二硫代氨基甲酸钠分光光度法。

2 实验结果与讨论

2.1 流速的影响

将树脂装入50mL的酸式滴定管中，柱长约20cm。废水分别以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的流速流过离子交换柱，交换完毕后采集流出液，分别测定流出液吸光度。流速与流出液吸光度关系见图1和2。可以看出，大孔型离子交换树脂中当流速大于1.5mL/min时，铜离子的浓度(以吸光度记,因为吸光度越大则铜离子的浓度越大，以下同）随着流速的变缓而降低,这是由于流速较快时，相当于在离子交换柱中的交换时间较短，水中的部分铜离子还没有来得及扩散到树脂的有效交换位置与树脂的活动离子发生离子交换反应，就随原水流出交换柱，导致流出液中铜离子浓度较高。当流速在1.5mL/min以内时，重金属离子与树脂的活动离子充分发生交换反应,使流出液中重金属离子浓度趋于稳定，且达到了较好的处理效果，因此用大孔型离子交换树脂处理流速控制为1.5mL/min。而凝胶型相比则较缓慢，流速控制为小于1mL/min，试验中发现所选用的两种阳离子交换树脂在相同的试验条件下，对铜离子的去除率都很高，均达到99%以上。001*7型树脂易脱色使流出液呈微黄色，不宜选用，故本试验选用D001树脂处理废水。

2.2 pH值的影响

分别将原废水的pH调至1.5、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0,然后以1.5mL·min-1的速度流过交换柱,测定流出液中各重金属离子的浓度。不同pH值与流出液中铜离子浓度关系见图3。可以看出,初始pH值的变化对离子交换树脂吸附、置换Cu2+的能力影响很大。酸性越强对Cu2+的吸附、置换越差，而pH＞4后，铜离子与树脂的活动离子充分发生交换反应，使流出液中重金属离子浓度趋于稳定，且效果较好，故本实验控制废水初始pH值为6.0左右进行处理。

图3 D001 pH值-吸光度图

2.3 温度对重金属离子去除效果的影响

将原溶液的pH值调至5.0～6.0，并以1.5mL·min-1的流速进入交换柱,在温度为4℃、10℃、20℃、25℃、30℃、45℃、60℃、75℃条件下进行试验。

温度变化对流出液铜离子浓度的影响见图4。

图4 D001温度-吸光度图

由图4我们可以看出，温度对流出液中铜离子的浓度有一定的影响，但影响不是很大。一般认为，温度升高，能活化树脂的吸附基团，加速吸附离子进入树脂内部的运动速度，但温度升高也可加速吸附离子的离解速度，因此D001树脂吸附铜离子宜在室温下进行。

2.4 工作曲线

分别取铜标准溶液（5mg/L）0mL、0.20mL、0.50mL、1.00mL、2.00mL、3.00mL、5.00mL于50mL容量瓶中，稀释至标线，测定吸光度，绘制吸光度对铜含量的工作曲线。

由实验数据可得工作曲线（见图5）。

2.5 最佳条件下处理结果

在上述单因素试验的基础上，对含铜离子的水样进行处理试验。调节废水pH=5.0～6.0，在室温下，50mL废水溶液以1.5mL/min的流速流经交换柱，测定流出来的水中铜离子的浓度（吸光度为0.008，查工作曲线可得铜离子的浓度约0.01mg/L），结果列于表1。可以看出，在最佳条件下，对废水中的铜离子交换法处理后，出水水质各项指标都达到《国家污水综合排放标准》（GB897821996）中的一级排放标准。

表1 最佳条件下处理重金属离子的试验结果表

3 结论

采用离子交换法去除水中的铜离子效果好,操作方法简便、实用性强,水中残留的铜的质量浓度低，满足水质标准的规定含量。溶液的pH值对水中的铜的去除率有影响，在pH=6左右,去除铜效果最好；原水的温度在20～30℃时,树脂的吸附容量大，铜的去除率也大。

凝胶型离子交换树脂和大孔型离子交换树脂相比，因为孔径相差十分悬殊，所以大孔型树脂的孔道扩散速度要比凝胶型树脂快的多。

对于铜浓度为150.0mg/L的废水,在优化的条件下经大孔型阳离子交换树脂交换后，废水中铜的浓度降为0.01mg/L,出水pH为6.5，低于国家《国家污水综合排放标准》（GB897821996）中的一级排放标准。

该法工艺简单、管理方便，有利于实现对重金属离子的回收与利用，同时可避免二次污染，该方法在处理重金属离子污染的水时较其它方法具有独特的优点，适合高校、企业、科研单位等的化学实验室废水处理，有广阔的应用前景。

［1］雷兆武.离子交换技术在重金属废水处理中的应用[J].环境科学与管理,2008,33(10):82-83.

［2］王灿发,等.离子交换树脂在废水处理中的应用[J].科技咨询,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年环保部共接报陕西凤翔等到2起重金属、类金属污染事件。这些事件致使4 035人血铅超标、182人镉超标，引发32起群体性事件。“重金属污染”成为中国社会的热点问题。

密度在5g/cm2以上的金属统称为重金属，如金、银、铜、铅、锌、镍、钴、镉、铬和汞等45种。从环境污染方面所说的重金属，实际上主要是指汞、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的重金属，也指具有一定毒性的一般重金属如锌、铜、钴、镍、锡等。工业生产中排放的水如矿产、冶炼、电镀等行业的水中常含有重金属离子。重金属污染的特点是生物从环境中摄取重金属可以经过食物链的生物放大作用，在较高级生物体内成千万倍地富集起来，然后通过食物进入人体，在人体的某些器官中积蓄起来造成慢性中毒，甚至是致癌[1]，危害人体健康。

重金属离子污染的水由于所含重金属对人类和环境的危害，需要对其进行处理。化学沉淀法被广泛应用于重金属离子污染的水的处理过程，但采用化学沉淀法处理重金属离子污染的水时,会产生大量的重金属污泥,需要妥善处理或处置,而且当重金属离子含量很小时此法不适用[1]。离子交换技术处理重金属离子污染的水，既可实现废水中重金属的去除,又可回收废水中的重金属[2]。

2010-11-16

计建洪（1970-），男，江苏江阴人，硕士，副教授，江苏省教育厅“青蓝工程”骨干教师培养对象。