解說幾種離子交換樹脂在工業廢水處理中的研究

北極星節能環保網訊:隨著工業的迅速發展，工業廢水的種類和數量迅猛增加，對水體的污染也日趨廣泛和嚴重，威脅著人類的健康和安全。對於保護環境來說，工業廢水處理比城市污水處理更為重要。

離子交換樹脂(IER)是一種含有活性基團的合成功能高分子材料，是交聯的高分子共聚物引入不同性質離子交換基團而成的。離子交換樹脂具有交換、選擇、吸附和催化等功能，在工業廢水處理中，主要用於回收重金屬和貴稀有金屬，凈化有毒物質，除去有機工業廢水中的酸性或鹼性的有機物質如酚、酸、胺等。

離子交換樹脂法曾是我國工業廢水治理中應用最廣泛的技術之一。20世紀70年代中期上海光明電鍍廠等首先應用離子交換樹脂處理含鉻廢水，實現既除害，又可回收鉻酸以及大量水得到循環回用的三重目的，此後離子交換樹脂法曾在我國大中城市的工業廢水處理行業廣泛應用。近年來離子交換法由於其處理容量大，能夠除去各種金屬離子和酸根離子，處理水質好，可以回用，越來越受到重視，已經成為重金屬工業廢水處理的主要方法之一。

目前，在工業廢水處理中使用的離子交換樹脂根據所含官能團的性質可分為陰離子交換樹脂、陽離子交換樹脂、兩性離子交換樹脂、螯合樹脂以及氧化還原型樹脂等。應用IER進行工業廢水處理，不僅樹脂可以再生，而且操作簡單，工藝條件成熟且流程短。

1陽離子交換樹脂

1.1強酸性陽離子交換樹脂

這類樹脂含有大量的強酸性基團，如磺酸基—SO3H，容易在溶液中離解出H+，故呈強酸性。樹脂離解後，本體所含的負電基團，如SO3-能吸附結合溶液中的其他陽離子。這2個反應使樹脂中的H+與溶液中的陽離子互相交換。強酸性樹脂的離解能力很強，在酸性或鹼性溶液中均能離解和產生離子交換作用。

李紅艷利用001×7、D61和D0013種陽離子(3種樹脂均為強酸性的苯乙烯系陽離子交換樹脂)交換樹脂，模擬研究了3種樹脂對氮肥廠工業廢水中氨氮的吸附等溫式，結果表明，用D61樹脂處理含高濃度氨氮的工業廢水效果較為理想，但是實驗中發現鈣鎂離子對於3種樹脂吸附氨氮均有較大影響。

1.2弱酸性陽離子交換樹脂

這是指含有羧酸基(—COOH)、酚基(—C6H4—OH)的離子交換樹脂，其中以含羧酸基的弱酸型樹脂用途最廣。樹脂離解後餘下的負電基團，如R—COO—(R為碳氫基團)，能與溶液中的其他陽離子吸附結合，從而產生陽離子交換作用。這種樹脂的酸性即離解性較弱，只能在鹼性、中性或微酸性溶液中(如pH=5～14)起作用。高的交換容量、容易再生、以及對二價金屬離子具有較好選擇性是這種陽離子交換樹脂的重要特點。

宋秀玲等在常溫條件下研究了Dl13樹脂吸附Mn(Ⅱ)的過程。結果表明，當溶液pH值為6.5～7.0、吸附時間為120min時，廢水中Mn(Ⅱ)離子的去除率達到99%，吸附容量為136.98mg/g。當鹽酸濃度為3～4mol/L時，一次解吸率可達100%。該樹脂對Mn(Ⅱ)的吸附曲線符合Langmuir和Fre-undlich吸附等溫線，內擴散係數隨溶液pH值、溶液中Mn(Ⅱ)濃度的增大而增大。

2陰離子交換樹脂

2.1強鹼性陰離子交換樹脂

這類樹脂含有強鹼性基團，如季胺基(亦稱四級胺基)—NR3OH(R為碳氫基團)，能在水中離解出OH-而呈強鹼性。這種樹脂的正電基團能與溶液中的陰離子吸附結合，從而產生陰離子交換作用。這種樹脂的離解性很強，在不同pH值下都能正常工作。

唐樹和等採用201×7強鹼性陰離子交換樹脂處理模擬含Cr(VI)廢水，探討了廢水酸度、交換時間、濃度對Cr(VI)去除率的影響以及樹脂再生所需的合適溫度和再生劑濃度。

結果表明，201×7強鹼性陰離子交換樹脂處理模擬含Cr(VI)廢水，具有交換容量大、交換效果好、樹脂再生條件較簡單等優點。並對實際含鉻廢水進行了處理，用8%NaOH溶液，在50℃下進行再生效果較好，再生率>95%，可實現樹脂的重複利用。

徐靈等介紹了強鹼性陰離子交換樹脂處理含鉻工業廢水的原理，討論了影響離子交換樹脂處理能力的因素，通過pH值靜態實驗和流量動態實驗找出了最佳反應條件。結果表明，離子交換樹脂去除廢水中六價鉻的效果好。針對本次實驗廢水的最適合pH值為3，廢水的最適合流量為3BV/h。

2.2弱鹼性陰離子交換樹脂

這類樹脂含有弱鹼性基團，如伯胺基(亦稱一級胺基)—NH2、仲胺基(二級胺基)—NHR、或叔胺基(三級胺基)—NR2，它們在水中能離解出OH-而呈弱鹼性。這種樹脂的正電基團能與溶液中的陰離子吸附結合，從而產生陰離子交換作用。這種樹脂在多數情況下是將溶液中的整個其他酸分子吸附，其只能在中性或酸性條件(如pH=1～9)下工作。

李長海考察了工業廢水中5-氨基-2-氯甲苯-4-磺酸(CLT)和鹽酸在弱鹼性離子交換樹脂D301R上的吸附，研究了吸附平衡及動力學行為。結果表明2種酸在D301R樹脂上的吸附遵循LANGMUIR吸附平衡模型，吸附過程為孔擴散控制，CLT在樹脂上的吸附度大於鹽酸。

韓龍等採用實際含氰工業廢水，通過對比試驗研究了氰離子(CN-)在D296強鹼陰離子交換樹脂Cl型和OH型上的吸附行為，從熱力學和動力學方面對交換吸附過程進行了分析，初步探討了吸附機理。結果表明，隨著含氰廢水初始質量濃度的增大，交換吸附量逐漸增大;D296Cl型對CN-交換吸附性能優於D296OH型。

3兩性離子交換樹脂

兩性離子交換樹脂在同一樹脂內兼有陰離子和陽離子交換基團，有助於提高選擇性，同時也有可能形成內鹽，從而有助於解吸附。

陳文森等利用靜態吸附方法，研究兩性離子交換樹脂處理含鋅廢水。實驗結果表明，酸的存在對樹脂吸附Zn2+影響很大，酸度越大吸附量越小，鹽的存在在一定範圍內有利於Zn2+的吸附，但超過一定濃度則不利於Zn2+的吸附。

周永華等以對氨基苯磺酸、苯酚、甲醛為基本原料合成了新型兩性吸附樹脂—PSN樹脂，研究了PSN樹脂對(NH4)2SO4的吸附性質，以及PSN樹脂對(NH4)2SO4的吸附等溫線的靜態性能。結果表明，PSN樹脂對(NH4)2SO4的吸附以分子吸附形式進行，常溫下飽和吸附量可達3.16mmol/(g干樹脂)，吸附等溫線符合Langmuir等溫方程。

4螯合樹脂

螯合樹脂是一類能與金屬離子形成多配位絡合物的交聯功能高分子材料。在其功能基中存在著O、N、P、As等原子，這些原子能以一對孤對電子與金屬離子形成配位鍵，構成與小分子螯合物相似的穩定結構。

范晨曦研究了大孔苯乙烯系螯合性樹脂D418對KD復鹽起爆葯生產廢水中的鉛離子的吸附行為。結果表明，以D418大孔苯乙烯系螯合樹脂作為吸附劑，採用樹脂吸附法處理KD起爆葯生產廢水中的鉛，其處理效果良好，吸附、解吸性能穩定，重複使用性好，且具有操作簡單，不產生二次污染等特點。

5氧化還原樹脂

這類樹脂含可逆的氧化還原基團，可與溶液中離子發生電子轉移，主要用於氧化還原而不引入雜質，提高產品純度，除去溶液中溶解的氧氣。

袁曉東等合成了多酚類氧化還原樹脂，保持了單體的催化活性，能很好地催化氧化廢水中的CN-，有較高的化學穩定性，適宜作廢水曝氣處理的催化劑。對於那些營養物含量較低、含CN-較多的廢水，用此類樹脂作為工業廢水曝氣處理的催化劑進行工業廢水處理是合適的。

6大孔樹脂

在樹脂球粒內部具有毛細孔結構的離子交換樹脂統稱為大孔型樹脂。該類樹脂具有吸附選擇性獨特、脫附再生容易、可長期循環使用等特點，在處理中低濃度和難降解的有機化工廢水領域具有獨特的優勢，尤其適用於含酚、胺、硝基物、有機酸等廢水。

陳玉成等通過樹脂篩選實驗，選用大孔強酸性陽離子樹脂D006作為Cd(Ⅱ)的吸附材料，通過靜態實驗考察吸附時間、振蕩轉速、溶液pH值和樹脂用量對吸附效果的影響，探討了吸附的熱力學和動力學性能，同時對樹脂進行了再生實驗。結果表明，D006樹脂對Cd(Ⅱ)的吸附過程符合Langmuir方程，為單分子層吸附。30℃下採用1mol/L硫酸對吸附後的D006樹脂進行脫附，脫附率可達到96%以上，可實現對Cd(Ⅱ)的富集與回收。

穆波等分別在靜態和動態條件下用篩選出的大孔弱鹼性離子交換樹脂D301R進行了去除磺化泥漿體系鑽井廢水COD的探索研究。結果表明，在適宜的操作條件下，鑽井廢水的COD去除率可達到90%，出水COD

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