張斯宇

摘 要：為了研究樹脂基氧化錳吸附劑對(duì)酸性重金屬?gòu)U水的處理效果，該文選用經(jīng)錳氧化物負(fù)載后形成的復(fù)合樹脂HMO-001進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)研究，通過動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)確定了最佳吸附條件：離子交換柱內(nèi)填40cmHMO-001復(fù)合樹脂，濾速控制在17.8 m/h左右，進(jìn)水pH值應(yīng)控制在6左右，出水可以很好地達(dá)到地表水Ⅲ類水體標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：樹脂基 復(fù)合 動(dòng)態(tài) 最佳

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）04（a）-0082-02

基于Donnan膜效應(yīng)，以D001-大孔陽離子交換樹脂為載體，通過原位氧化沉淀反應(yīng)成功制備了大孔強(qiáng)酸性陽離子樹脂基水合氧化錳復(fù)合材料HMO-001。通過錳含量分析測(cè)定和SEM分析，確定錳成功被負(fù)載在樹脂D001上，并且在樹脂孔道錳氧化物顆粒是均勻分布的，負(fù)載成功的水合氧化錳多數(shù)是以無定形納米顆粒形式存在的。對(duì)其進(jìn)行靜態(tài)吸附效能分析發(fā)現(xiàn)其吸附效能非常好，達(dá)到了既定處理目標(biāo)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

采用北京賽默飛世爾公司成產(chǎn)的金屬元素測(cè)試儀ICP-AES。

在定制的離子交換柱內(nèi)進(jìn)行動(dòng)態(tài)吸附效能實(shí)驗(yàn)，主要考察濾速、濾層厚度、進(jìn)水pH值、進(jìn)水重金屬離子濃度對(duì)復(fù)合樹脂動(dòng)態(tài)吸附效能的影響。

1.2 實(shí)驗(yàn)所用樹脂

該實(shí)驗(yàn)選用D001樹脂作為復(fù)合材料載體制備樹脂基水合氧化錳（HMO-001）。制備過程如下。

（1）稱取一定量的干態(tài)D001樹脂加入到一定體積的0.2 mol/L的硫酸錳溶液中，在連續(xù)攪拌下浸泡2 h，過濾。

（2）將得到固體顆粒加入到含有NaClO、NaOH的溶液中，持續(xù)攪拌30 min使得樹脂D001上的Mn2+被氧化成Mn4+，隨后過濾。

（3）用0.1 mol/L的稀鹽酸沖洗過濾后的固體物，然后先后用乙醇和大量的高純水沖洗過濾固體表面至中性。

（4）將得到的固體物質(zhì)置于50 ℃烘箱中烘干制得水合氧化錳樹脂吸附劑。

2 結(jié)果與討論

2.1 流速對(duì)動(dòng)態(tài)吸附效能的影響

從圖1可看出HMO-001樹脂對(duì)Pb2+去除趨勢(shì)，通過樹脂的流速越快，穿透體積越小，吸附量越小，重金屬的去除效率越小，同時(shí)重金屬在樹脂中的吸附帶越長(zhǎng)。這是因?yàn)榈退偻ㄟ^樹脂時(shí)，流動(dòng)相在樹脂上的停留時(shí)間越長(zhǎng)，重金屬離子在樹脂上的交換時(shí)間越長(zhǎng)，離子交換的越充分，使得穿透點(diǎn)出現(xiàn)推遲的現(xiàn)象。但處理水體不應(yīng)過慢的流過樹脂，否則會(huì)因影響樹脂的處理能力而造成投資成本的增大。綜合分析可知，在流速為17.8 m/h時(shí)，HMO-001樹脂對(duì)Pb2+、Zn2+、Cd2+3種重金屬離子的去除效率最好，且流速較適宜。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在高過流速度下失效的樹脂，通過降低過流速度可以在一定程度使樹脂再生，上延長(zhǎng)樹脂使用壽命，因此在實(shí)際應(yīng)用中可通過適當(dāng)調(diào)節(jié)過流速度來改善樹脂使用周期，降低生產(chǎn)成本。

2.2 濾層厚度對(duì)動(dòng)態(tài)吸附效能的影響

分析可知，該動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)中樹脂層的適宜厚度為40 cm，當(dāng)樹脂層厚度在40 cm時(shí)，去除率在95%以上，達(dá)到處理目標(biāo)。當(dāng)樹脂層厚度超過40 cm達(dá)到50 cm后，雖然去除率有一定程度的提高，但是相比40 cm時(shí)進(jìn)水阻力增大，水頭損失也增大，能耗損耗相對(duì)較高，所以，離子交換柱內(nèi)樹脂層厚度為40 cm時(shí)較適宜。

2.3 進(jìn)水pH值對(duì)動(dòng)態(tài)吸附效能的影響

在溶液呈中性時(shí)，去除效率達(dá)到最大，去除率均到99%以上。以上實(shí)驗(yàn)效果的原因可能是由于HMO-001樹脂是經(jīng)D-001樹脂改性，負(fù)載在原樹脂基體上的二氧化錳載體對(duì)三種重金屬的吸附效果造成的。溶液中pH值的變化對(duì)去除效率的變化可能引起兩方面的作用：一是二氧化錳表面電荷由于溶液pH值的變化發(fā)生改變，從而與離子表面電荷發(fā)生作用，影響對(duì)重金屬離子的靜電吸附效果。二是溶液中pH值的變化會(huì)影響H+濃度的變化。綜上分析pH值應(yīng)控制在6左右。

2.4 進(jìn)水負(fù)荷對(duì)動(dòng)態(tài)吸附效能的影響

由原水濃度影響HMO-001樹脂去除Pb2+的效果可知，進(jìn)水負(fù)荷越高，樹脂的穿透體積越小，樹脂達(dá)到吸附飽和的時(shí)間越短，對(duì)重金屬離子的去除效果越差。所以，HMO-001處理含重金屬離子溶液時(shí)原水中重金屬離子濃度不宜過高，否則會(huì)造成樹脂短時(shí)間內(nèi)失活，增加處理成本。

3 結(jié)語

在動(dòng)態(tài)運(yùn)行條件下，離子交換柱內(nèi)填40 cmHMO-001復(fù)合樹脂，濾速控制在17.8 m/h左右，進(jìn)水pH值應(yīng)控制在6左右，出水可以很好地達(dá)到地表水Ⅲ類水體標(biāo)準(zhǔn)。

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