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[摘 要] 電鍍廢水中含有大量的Zn2+,嚴(yán)重污染環(huán)境,危及人類健康,必須進(jìn)行有效的處理方可
排放。為此,在靜態(tài)條件下,采用含醚鍵離子交換樹脂對(duì)含Zn2+的模擬電鍍廢水進(jìn)行了吸附處理,探討了樹脂用量、廢水pH值、吸附時(shí)間、吸附溫度對(duì)Zn2+去除效果的影響。結(jié)果表明:在廢水pH值為4. 0,Zn2+濃度0~100 mg/L,吸附時(shí)間90min,吸附溫度25℃下,按Zn2+與含醚鍵離子交換樹脂質(zhì)量比為1∶20投加含醚鍵離子交換樹脂進(jìn)行處理,Zn2+去除率可達(dá)98%以上;含Zn2+的電鍍廢水經(jīng)含醚鍵離子交換樹脂吸附后,廢水中Zn2+的含量低于國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。
前 言
電鍍廠每年要排放出大量的廢水,其中的重金屬離子嚴(yán)重污染環(huán)境[1, 2],而且重金屬能在植物中積累[3, 4],通過食物鏈富集到人體和動(dòng)物體內(nèi),給人類和動(dòng)物體健康帶來很大危害。近年來,利用礦物[5, 6]、離子交換樹脂[7]、聚合物吸附劑[8~11]、礦渣等處理重金屬離子廢水的研究已取得了一定的進(jìn)展。為了開發(fā)新型、高效、廉價(jià)的吸附材料,本工作以苯氧基乙酸和甲醛為原料,制備出一種具有較強(qiáng)吸附作用的含醚鍵離子交換樹脂,考察了該樹脂對(duì)電鍍廢水中Zn2+的吸附效果和最佳吸附條件。
1 試 驗(yàn)
1. 1含Zn2+電鍍廢水的配制
準(zhǔn)確稱取一定量?jī)?yōu)質(zhì)純Zn(NO3)2,用水溶解后移入1 000 mL容量瓶中,稀釋至標(biāo)線,搖勻,得到Zn2+濃度為1 000 mg/L的溶液,用時(shí)再根據(jù)需要稀釋至所需濃度。試驗(yàn)用水為去離子水。
1. 2含醚鍵離子交換樹脂的制備
將35 g苯氧基乙酸(CP級(jí))溶于150 mL甲酸(CP級(jí))和50mL甲醛(工業(yè)級(jí))的混合液中,加入15mL濃H2SO4(工業(yè)級(jí)),攪拌下用水浴加熱至85~95℃,反應(yīng)約3 h,冷卻后,抽濾出固體酚醛樹脂;將合成的酚醛樹脂用1. 0 mol/L NaOH溶液浸泡4~5 h,水洗至中性,再用乙醇萃取2 h,干燥、研磨過40目篩,即為含醚鍵離子交換樹脂成品。
1. 3靜態(tài)吸附條件
將30, 40, 50, 60 mg含醚鍵離子交換樹脂和50 mL含Zn2+60 mg/L的電鍍廢水分別置于一系列100 mL錐形瓶中,用1. 0 mol/LHCl或1. 0 mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液的pH值為3. 0~7. 0,在25℃下,每隔15 min振蕩3~5 min, 90 min后測(cè)定Zn2+濃度,并計(jì)算其去除率:
η(去除)=(ρ0-ρ) /ρ0×100%
式中 ρ0———處理前溶液中鋅離子濃度,mg/L
ρ———處理后溶液中鋅離子濃度,mg/L
1. 4 測(cè)定方法
pH值采用pHS-3C型酸度計(jì)測(cè)定,溫度用CS-501SP型超級(jí)數(shù)顯恒溫器控制; Zn2+濃度采用文獻(xiàn)[12]方法測(cè)定。
2 結(jié)果與討論
2. 1 最佳吸附條件篩選
2. 1. 1 含醚鍵離子交換樹脂的量對(duì)Zn2+去除率的影響
在pH=4. 0,吸附溫度25℃下,向50 mL Zn2+濃度為1 000 mg/L的電鍍廢水中,加入1. 0 g含醚鍵離子交換樹脂,其他條件不變,吸附處理90 min。測(cè)定結(jié)果表明,含醚鍵離子交換樹脂對(duì)Zn2+的飽和吸附量為93. 8 mg/g,對(duì)Zn2+具有較好的吸附性能。
取50 mL Zn2+濃度為60 mg/L的電鍍廢水,改變含醚鍵離子交換樹脂用量,其他條件不變,考察樹脂用量對(duì)Zn2+去除率的影響見表1。由表1可知,隨著含醚鍵離子交換樹脂用量的增加, Zn2+去除率迅速升高,當(dāng)其用量大于50 mg時(shí), Zn2+去除率達(dá)98%以上。含醚鍵離子交換樹脂的用量為60mg,即Zn2+與含醚鍵離子交換樹脂的質(zhì)量比約為1∶20時(shí)對(duì)Zn2+有較好的去除效果。
2. 1. 2 溶液pH值
含醚鍵離子交換樹脂的用量為60 mg,含60 mg/LZn2+的電鍍廢水50 mL及其他操作條件不變,不同pH值對(duì)Zn2+去除率的影響見表2。由表2可知, pH<4. 0時(shí),Zn2+的去除率較小,不利于吸附; pH>4. 0時(shí), Zn2+去除率較大,均達(dá)97. 0%以上,吸附效果較好;該離子交換樹脂對(duì)Zn2+吸附的最佳pH值為4. 0。
2. 1. 3 吸附時(shí)間
控制溶液的pH值為4. 0,吸附溫度為25℃,取Zn2+濃度為60 mg/L的電鍍廢水50 mL,分別加入60mg含醚鍵離子交換樹脂,并保持其他操作條件不變,考察不同吸附時(shí)間對(duì)Zn2+去除率的影響見表3。由表3可知,隨著吸附時(shí)間的延長(zhǎng),Zn2+去除率增大;當(dāng)吸附時(shí)間大于80 min時(shí), Zn2+去除率達(dá)98. 0%以上,且變化平穩(wěn)。
2. 1. 4 吸附溫度
控制溶液的pH=4. 0,吸附時(shí)間為90 min,取Zn2+濃度為60 mg/L的電鍍廢水50 mL,加入60 mg含醚鍵離子交換樹脂,并保持其他操作條件不變,考察不同溫度對(duì)Zn2+去除率的影響,結(jié)果見表4。由表4可知,吸附溫度在5~25℃內(nèi)時(shí),隨溫度升高, Zn2+去除率增大,當(dāng)溫度大于25℃時(shí),Zn2+去除率增大不明顯。
2. 2 電鍍廢水吸附處理
湘潭市某電鍍廠廢水含Zn2+為28. 5 mg/L, pH值為5. 9,將其100mL置于150mL錐形瓶中,加入80mg含醚鍵離子交換樹脂,在25℃下,吸附時(shí)間為90 min,每隔15 min于振蕩器上振蕩3~5 min,吸附處理結(jié)果見表5。由表5可知,含醚鍵離子交換樹脂對(duì)電鍍廢水Zn2+具有很好的吸附能力,電鍍廢水經(jīng)含醚鍵離子交換樹脂吸附處理后,廢水中Zn2+的含量低于國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)濃度。
2. 3 含醚鍵離子交換樹脂的重復(fù)使用
為了提高含醚鍵離子交換樹脂的利用率,充分利用樹脂的吸附能力,對(duì)其進(jìn)行多次吸附試驗(yàn)。按試驗(yàn)方法操作,每次試驗(yàn)前將吸附過Zn2+的含醚鍵離子交換樹脂用1. 0 mol/LHCl溶液洗脫,然后用純水洗至無Cl-,烘干。脫附出的Zn2+可加堿沉淀后回收。對(duì)經(jīng)過洗脫處理的樹脂重新投入使用,考察其使用效果,見表6。由表6可知,含醚鍵離子交換樹脂經(jīng)4次使用后,去除Zn2+的能力有所下降,但Zn2+的去除率仍大于78%。
3 結(jié) 論
(1)含醚鍵離子交換樹脂對(duì)Zn2+具有很好的吸附作用。在25℃, pH值為4. 0,吸附時(shí)間為90 min, Zn2+濃度為60 mg/L的電鍍廢水中,按Zn2+與樹脂的質(zhì)量比為1∶20投加樹脂進(jìn)行處理, Zn2+的去除率均達(dá)98%以上。
(2)pH值是影響吸附的重要因素,在pH<4. 0的條件下,含醚鍵離子交換樹脂對(duì)Zn2+吸附不力, Zn2+去除率較小; pH>4. 0時(shí), Zn2+去除率較大,均達(dá)97%以上,樹脂對(duì)Zn2+的吸附效果較好;樹脂對(duì)Zn2+吸附的最佳pH值為4. 0。
(3)含醚鍵離子交換樹脂對(duì)電鍍廢水中的Zn2+具有很好的吸附效果。含Zn2+濃度為28. 5 mg/L, pH值為5.9的電鍍廢水經(jīng)含醚鍵離子交換樹脂吸附處理后,廢水中Zn2+的含量顯著低于國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)濃度。
(4)含醚鍵離子交換樹脂吸附Zn2+后,經(jīng)過脫附處理可重復(fù)使用。
