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离子交换树脂法脱铬
点击次数:611 发布时间:2017-10-25

 

树脂厂家

;刘涛

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铬化合物广泛应用于国民经济的各个领域,是电镀、印染、鞣革、颜料等行业[1-3]不可或缺的基本原料,而含铬废水对环境及人体造成的危害很大。近年来,随着人们环保意识的加强,废水中铬的处理技术日益受到国内外有关人士的关注。

  工业废水中的铬主要以两种价态存在,即Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)。Cr(Ⅲ)毒性较小,在中性及碱性环境中溶解性较差,易于脱除[4,5]。而Cr(Ⅵ)是国际公认的致癌物质,在整个pH范围内,溶解性好,流动性强,在人体内不进行新陈代谢,即使很低的浓度,对人体和环境危害也不容低估[3,5-7],因此溶液中Cr(Ⅵ)的脱除受到极大地关注。溶液中铬的处理方法较多,主要有沉淀法、吸附法、渗透超滤法以及生物化学法[8-13]等,或成本较高或不能达到排放标准,这些方法的推广应用受到限制。离子交换法实用性能好,成本低,操作方便,设备简单,净水水质好,性能稳定,易于循环利用,因而受到人们的青睐。在脱铬方面离子交换树脂饱和容量大,吸附速率快,选择性好,分离效率高,能使铬和水得到回收并重复利用,较传统方法污泥量减少80%左右,且能达到排放标准[2,3,6,14-16]。

  阳离子树脂交换法脱除Cr(Ⅲ)
  阳离子交换树脂分为强酸性和弱酸性,分别以磺酸基和羧基为官能团。KANG等[17]用凝胶型强酸性的Amberlite IRN-77脱除溶液中Cr(Ⅲ),1 h内即可达到吸附平衡,每克湿树脂能吸附46.95 mg Cr(Ⅲ)。GODE等[14]用Lewatit S 100树脂脱除溶液中Cr(Ⅲ),2.5 h 每克树脂Cr(Ⅲ)的zui大吸附量可达0.39 mmol。RENGARAJA[2]采用凝胶型强酸性IRN 77树脂脱除溶液中Cr(Ⅲ),1.5 h Cr(Ⅲ)脱除率达95%,每克树脂Cr(Ⅲ)的吸附量为35.38 mg。对Cr(Ⅲ)吸附影响因素的研究表明,溶液的pH对Cr(Ⅲ)吸附的影响较大,不同pH Cr(Ⅲ)的吸附量zui大相差近50%,pH为2~4时Cr(Ⅲ)能完全脱除;温度对Cr(Ⅲ)吸附效果的影响不十分明显;Cr(Ⅲ)吸附动力学一般遵守一级可逆动力学,Cr(Ⅲ)在树脂内扩散为控速步骤;吸附平衡可用Freundlich和Langmuir吸附模型描述 [1,2,14]。KANG等[17]用Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)考察竞争离子对树脂脱铬效果的影响,结果表明,Cr(Ⅲ)加入溶液后原来被吸附的Co(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)因被Cr(Ⅲ)取代而进行解吸,说明Amberlite IRN-77对Cr(Ⅲ)的亲和力较Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)大的多。有关竞争离子的试验报道相对较少,并且竞争离子的种类不多。研究表明,弱酸性阳离子交换树脂对Cr(Ⅲ)有较大的吸附量,但其吸附速率较慢,这可能是两种官能团结构的不同造成的[1]。

  在回收铬方面,TIRAVANTI等[18]用大孔弱酸性阳离子交换树脂开发了IERECHROM工艺,在意大利一制革工厂进行中试,结果表明,99.9%的Cr(Ⅲ)能与其他阳离子成功分离,再将阳离子分步进行回收;90%的铬可以重新利用;处理后的水可直接排放或用于农业生产。TEN?RIO等[16]用强酸性阳离子交换树脂和弱碱性阴离子树脂设计的两柱系统,能将镀铬废水中的Cr(Ⅲ)和水重新利用,处理后水中的Cr(Ⅲ)小于0.3 mg/L。CHMIELEWSKI等[19]将电化学氧化与离子交换法联用,实现了电镀废水中铬、铜及水的回收。

  阴离子树脂交换法脱除Cr(Ⅵ)
  Cr(Ⅵ)毒性大且难于脱除,受到众多研究者的关注。GODE[20]用Lewatit M 610及Lewatit MP 62树脂脱除溶液中Cr(Ⅵ),结果表明:Lewatit M 610的脱除效果较好;在pH=5.0时达到zui大吸附量0.41mmol/g;30 min可达吸附平衡;温度上升则平衡常数减小。MUSTAFA[21]用红外光谱进一步揭示Amberlite IRA 400吸附Cr(Ⅵ)的机理,结果表明:在酸性环境中树脂吸附Cr2O72-,随着溶液碱性加强CrO42-比HCrO4-优先吸附。KORNGOLD[22]用强碱性阴离子树脂对饮用水Cr(Ⅵ)做了竞争离子试验,结果表明:强碱性阴离子树脂能有效脱除饮用水中的Cr(Ⅵ),达到饮用标准;Cl-的加入会影响到树脂的脱除效果;SO42-对脱除效果的影响明显大于Cl-的影响。有关竞争离子的研究报道较少,饮用水及工业废水中阴离子远不止Cl-和SO42-。研究表明:阴离子树脂脱除溶液中Cr(Ⅵ)的脱除过程受pH的影响较大,一般pH在2~5时,脱除效果较好;温度对吸附过程的影响不十分明显;脱铬过程遵循一级不可逆或一级可逆动力学,Cr(Ⅵ)在树脂内的扩散为控速步骤;吸附平衡则符合Langmuir或Feudlich吸附模型。
  在分离及回收Cr(Ⅵ)方面,研究者也做了大量的工作。KORNGOLD[22]用强碱性阴离子树脂脱除饮用水中Cr(Ⅵ),在酸性条件下用重亚硫酸盐还原被吸附的Cr(Ⅵ),洗脱得到Cr(Ⅲ),然后调pH使Cr(OH)3沉淀而分离。DICK[23]设计的三柱系统处理被污染的地表水成功地运行了5年。LIN[24]用强酸性和强碱性阴离子树脂设计的多步离子交换树脂法从酸性废水中成功地回收了H2CrO4,且树脂的再生仅用低浓度的NaOH和HCl溶液即可。现在的研究大都关注于如何将含铬废液中铬的浓度降低到达标排放,而较少涉及铬和水的循环利用,只有解决好了经济利益和环保利益的平衡问题,树脂脱铬才能够得到推广应用。
 

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