李福勤，任志輝

(河北工程大學(xué) 能源與環(huán)境工程學(xué)院，河北 邯鄲056038)

N201負(fù)載Fe(Ⅲ)復(fù)合材料對(duì)Sb(Ⅲ)的深度吸附和再生試驗(yàn)研究

李福勤，任志輝

(河北工程大學(xué) 能源與環(huán)境工程學(xué)院，河北 邯鄲056038)

通過(guò)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)吸附試驗(yàn)研究強(qiáng)堿性凝膠型陰離子交換樹(shù)脂N201負(fù)載Fe(Ⅲ)復(fù)合材料對(duì)水中Sb(Ⅲ)的吸附性能及其再生方法。結(jié)果表明：N201-Fe(Ⅲ)對(duì)Sb(Ⅲ)的最大靜態(tài)吸附容量為610μg/g，最佳pH值為7，在有SO42-、Cl-等競(jìng)爭(zhēng)離子共存條件下，N201-Fe(Ⅲ)仍然對(duì)Sb(Ⅲ)具有高效的選擇性吸附能力；動(dòng)態(tài)吸附容量為94.05mg/L；EDTA為最佳再生劑，在動(dòng)態(tài)條件下再生度達(dá)到85%。

N201負(fù)載Fe(Ⅲ)；Sb(Ⅲ)；吸附；再生

銻是一種重金屬元素，具有慢性毒性和潛在致癌性[1-2]。目前處理含銻廢水主要有吸附、離子交換、化學(xué)沉淀、電解還原等方法[3-4]，其中吸附法具有工藝簡(jiǎn)單、成本較低、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，存在的主要問(wèn)題是離子選擇性較低、吸附-解吸過(guò)程可逆性較差。為此，研究開(kāi)發(fā)具有高選擇性和高再生度的新型吸附材料具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[5-6]。潘炳才等[7]以D201為載體將HFO載入樹(shù)脂中形成納米吸附材料對(duì)As(Ⅴ)進(jìn)行吸附并取得了很好的效果。李福勤等[8]采用D201負(fù)載Fe(Ⅲ)深度處理含As(Ⅲ)廢水，出水含砷(Ⅲ)量達(dá)到地表水Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)。而砷和銻為同主族元素[9-10]，鐵和錳的氫氧化物或氧化物在重金屬的分布中起主要作用[11]。Belzile等[12]在實(shí)驗(yàn)室中模擬鐵和錳氫氧化物的形成過(guò)程，論證了自然水體及其沉積物中存在的鐵和錳的氫氧化物能夠吸附銻并將毒性較大的Sb(Ⅲ)轉(zhuǎn)化為Sb(Ⅴ)。本文將Fe(Ⅲ)固載到N201離子交換樹(shù)脂上，采用新合成的N201-Fe(Ⅲ)，研究其對(duì)水體中微量Sb(Ⅲ)的吸附性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要實(shí)驗(yàn)儀器材料

電子天平，恒溫空氣浴振蕩器，pH計(jì)，原子熒光分光光度計(jì)(AFS-230，北京海光儀器)、吸附柱等。

N201-Fe(Ⅲ)、樹(shù)脂N201(蘇青公司)、銻標(biāo)準(zhǔn)溶液，三氧化二銻、乙醇、氯化鐵、硫脲、抗環(huán)血酸、鹽酸、硼氫化鈉、氯化鈉、氫氧化鈉、硫酸鈉、乙二胺四乙酸二鈉等均為分析純。

1.2Sb(Ⅲ)儲(chǔ)備液的制備

Sb2O3取0.610 3g，溶于100mL裝有6mol/L的HCl的燒杯中，然后用去離子水定容到1 000mL容量瓶中。溶液濃度為500μg/mL。

1.3 靜態(tài)吸附試驗(yàn)

取0.5gN201-Fe(Ⅲ)于錐形瓶中，加入100mL一定量銻濃度水樣(由儲(chǔ)備液加去離子水配制)，調(diào)節(jié)pH值為7，放入恒溫空氣浴振蕩器中，溫度20℃，轉(zhuǎn)速120r/min，吸附時(shí)間2h。取上清液測(cè)得其濃度，計(jì)算出銻的去除率和吸附容量。

1.4 動(dòng)態(tài)吸附試驗(yàn)

將N201-Fe(Ⅲ)裝入內(nèi)徑32mm的吸附柱中，厚度600mm。水樣(由儲(chǔ)備液加自來(lái)水配制總硬度350mg/L、硫酸根250mg/L、氯離子250mg/L)中銻含量500μg/L。調(diào)節(jié)pH值為7，流速為12.5m/h。在試驗(yàn)過(guò)程中，每隔20min取樣，測(cè)定出水的Sb(Ⅲ)濃度，直至大于5μg/L(地表水環(huán)境Ⅲ類(lèi)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn))，作出穿透曲線，計(jì)算銻的動(dòng)態(tài)吸附容量。

2 結(jié)果與討論

2.1 靜態(tài)最大吸附容量

在pH為7、溫度20℃的靜態(tài)試驗(yàn)條件下，靜態(tài)最大吸附容量如圖1所示。

由圖1可知，N201-Fe(Ⅲ)對(duì)Sb(Ⅲ)的吸附容量隨溶液中Sb(Ⅲ)的濃度的增大而增大，當(dāng)Sb(Ⅲ)濃度達(dá)到一定值后，吸附容量不再增大，最大吸附容量為610μg/g。

2.2pH對(duì)吸附性能的影響

在銻濃度100μg/L、溫度20℃的靜態(tài)試驗(yàn)條件下，pH對(duì)銻的吸附性能的影響如圖2所示。

2.3溫度對(duì)吸附性能的影響

在銻濃度100μg/L、pH值為7的靜態(tài)試驗(yàn)條件下，溫度對(duì)銻的吸附性能的影響如圖3所示。

由圖3可知，溫度越高離子運(yùn)動(dòng)就會(huì)更加激烈，與吸附劑的碰撞也會(huì)更加頻繁，占據(jù)吸附劑自由吸附位點(diǎn)的幾率也就增加，這自然會(huì)增加離子被吸附的可能，因此去除率和吸附量都會(huì)隨著溫度的升高而增加。在20℃之前溫度提高，銻的去除率明顯提高；25℃之后，去除率提高不明顯。說(shuō)明N201-Fe(Ⅲ)對(duì)Sb(Ⅲ)的吸附為吸熱過(guò)程，最佳溫度范圍為20℃～25℃。

2.4 競(jìng)爭(zhēng)吸附的影響

受污染水體中陰離子如SO42-、Cl-等的濃度往往高出銻濃度幾十至幾百倍，這些陰離子會(huì)影響樹(shù)脂對(duì)Sb的吸附性能。溶液中競(jìng)爭(zhēng)離子SO42-、Cl-濃度為500mg/L時(shí)，對(duì)比N201和N201-Fe(Ⅲ)對(duì)Sb(Ⅲ)的去除率，如圖4所示。

結(jié)果表明，N201和N201-Fe(Ⅲ)對(duì)單一銻的去除率差不多，當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)離子SO42-，Cl-等的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于銻的濃度時(shí)，N201對(duì)銻的去除率大大降低，而N201-Fe(Ⅲ)對(duì)銻的去除率仍在97%以上。由于N201吸附機(jī)理主要為離子交換作用，高濃度的SO42-、Cl-與Sb(Ⅲ)在樹(shù)脂表面發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)吸附會(huì)先和N201發(fā)生反應(yīng)，占據(jù)吸附劑大量的吸附位點(diǎn)；另外離子強(qiáng)度會(huì)減少N201表面的正電荷及減少Zeta電位[14]，導(dǎo)致N201對(duì)Sb(Ⅲ)的去除率減少。N201-Fe(Ⅲ)中Fe(Ⅲ)與Sb因特殊的親和力形成配位鍵生成絡(luò)合物，又因?yàn)镹201-Fe(Ⅲ)表面強(qiáng)堿基團(tuán)存在而形成Donnan膜效應(yīng)[15]，所以有很高的選擇性去除率。

2.5 動(dòng)態(tài)穿透實(shí)驗(yàn)

N201-Fe(Ⅲ)對(duì)Sb(Ⅲ)的動(dòng)態(tài)吸附結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，試驗(yàn)出水中銻濃度大于5μg/L時(shí)，認(rèn)為樹(shù)脂濾層被穿透；N201-Fe(Ⅲ)過(guò)流體積比為190BV，吸附容量為94.05mg/L。

2.6 靜態(tài)再生實(shí)驗(yàn)

(1)靜態(tài)再生：錐形瓶中加入失效后N201-Fe(Ⅲ)樹(shù)脂1g/L，選用5%HCl、2%EDTA、5%NaOH、5%NaCl做再生劑，放入恒溫空氣浴振蕩器中，反應(yīng)時(shí)間2h，測(cè)定溶液中的銻含量、鐵含量，結(jié)果如表1所示。

表1不同再生劑靜態(tài)再生效果

由表1可知，再生劑為HCl的脫銻量最多，EDTA次之，NaOH和NaCl很少。HCl脫鐵量也最多，NaOH脫落最少。綜合比較EDTA為最佳再生劑，并通過(guò)動(dòng)態(tài)再生驗(yàn)證。

(2)動(dòng)態(tài)再生：采用2%EDTA再生動(dòng)態(tài)失效后的N201-Fe(Ⅲ)，再生方法為逆流再生，流速1.5BV/h，下進(jìn)液30min，后浸泡30min。再生后動(dòng)態(tài)穿透曲線如圖6所示。

圖6表明：采用EDTA再生后吸附容量為82.25mg/L，再生率為85%，滿(mǎn)足工業(yè)應(yīng)用要求。

3 結(jié)論

1)N201-Fe(Ⅲ)復(fù)合材料對(duì)Sb(Ⅲ)的最大靜態(tài)吸附容量為610μg/g。最佳pH值為7。在有SO42-、Cl-等競(jìng)爭(zhēng)離子共存條件下，仍然對(duì)Sb(Ⅲ)具有高效的選擇性吸附能力。

2)N201-Fe(Ⅲ)深度吸附濃度為500μg/L的廢水，對(duì)Sb(Ⅲ)的穩(wěn)定處理出水量為190BV，吸附容量為94.05mg/L。采用2%EDTA對(duì)N201-Fe(Ⅲ)樹(shù)脂進(jìn)行再生，再生度達(dá)到85%，滿(mǎn)足工業(yè)應(yīng)用要求。

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(責(zé)任編輯 王利君)

Study on adsorption behavior and desorption of N201 resin loaded ferric iron for Sb( Ⅲ)

LIFuqin,RENZhihui

(CollegeofEnergyandEnvironmentalEngineering,HebeiUniversityofEngineering,HebeiHandan056038,China)

TheadsorptionbehavioranddesorptionmethodofaqueousSb(III)onN201supportedbyFe(III)adsorbentmaterialwereexaminedbystaticanddynamicadsorptionexperiments.TheresultsshowthatN201-Fe(III)onSb(III)maximumstaticadsorptioncapacityis610μg/g,thebestpHis7,andtheN201-Fe(III)resinisstillhighlyselectiveforSb(III)whilecoexistingwithSO42-,Cl-inhighconcentration.Thedynamicadsorptioniscapacityof94.05mg/L.EDTAisthebestregenerativeagent,underdynamiccondition,itsregenerationdegreecanbeupto85%.

N201resinloadedferriciron;Sb(Ⅲ);adsorption;regeneration

1673-9469(2016)04-0072-04doi:10.3969/j.issn.1673-9469.2016.04.016

2016-08-07

河北省科技計(jì)劃項(xiàng)目(15274006D) 特約專(zhuān)稿

李福勤(1966-)，男，山西臨縣人，博士，教授，從事水污染控制工程及資源化、膜法水處理技術(shù)的研究。

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