毕业论文：The Research on Adsorption of Heavy metal chromium Waste water with D401 ion exchange resin.doc

1、D401离子交换树脂对溶液中CR3的吸附特性摘要研究了D401离子交换树脂随加入量、吸附温度、吸附时间、PH值不同时离子交换树脂对废水中重金属铬的吸附规律。结果表明,离子交换树脂对铬的吸附量随铬初始浓度的升高而增大；随温度的升高对铬的吸附量呈上升趋势；PH为4时吸附量最大，PH小于1时吸附量很小，故可用PH小于1的酸性溶液洗脱。关键词离子交换树脂重金属铬吸附量1THERESEARCHONADSORPTIONOFHEAVYMETALCHROMIUMWASTEWATERWITHD401IONEXCHANGERESINABSTRACTINTHISPAPER,LAWOFADSORPTIONOFHEAV

2、YMETALCHROMIUMWASTEWATERWITHD401IONEXCHANGERESINUNDERGIVENCONDITIONS,SUCHASACTIVATEDCARBONMASS,ADSORPTIONTEMPERATURE,ADSORPTIONTIME,ANDPHVALUEWERESTUDIEDTHERESULTSHOWEDTHATTHEADSORPTIONCAPACITYOFCHROMIUMBYD401IONEXCHANGERESININCREASEDWITHINCREASEOFTHEINITIALCONCENTRATIONOFCHROMIUMANDITINCREASEDWITHR

3、ISEOFTHETEMPERATUREANDTHEPHVALUE。WHENTHEPHIS4,THEADSORPTIONCAPACITYISTHELARGEST,PHISLESSTHAN1WHENTHEADSORPTIONCAPACITYISVERYSMALL,SOTHEPHAVAILABLETOLESSTHAN1OFTHEACIDELUTIONKEYWORDD401IONEXCHANGERESINHEAVYMETALCHROMIUMADSORPTIONCAPACITY21前言含铬废水来源广、水量大，主要来自矿山排水、废石场淋滤水、选矿场尾矿排水、有色金属冶炼厂除尘排水、有色金属加工厂酸洗废水、

4、电镀厂镀件洗涤水、钢铁厂酸洗排水及电解、农药、医药、油漆和染料等各种工业废水。此类废水如不经处理直接排放，必然对环境造成严重污染，而不经回收就排放，则必然造成资源的极大浪费。随着我国工业的迅猛发展，含铬废水大量排放，铬的污染日益严重，如何有效治理铬污染、回收利用资源已成为人们共同关注的问题。离子交换树脂不溶于一般的酸、碱溶液及许多有机溶剂，离子交换反应是可逆的，可以通过交换和再生反复利用，主要用于水处理应用领域，但近年来离子交换树脂在化工、冶金、食品、超纯制药、三废处理及原子能等领域的应用也得到迅速发展1。冶金工业、金属加工、电镀、制革、油漆、颜料、印染、制药、照像制版等行业每天产生大量含铬废

5、水。在这些含铬废水中，主要含有2种铬化合物,六价铬和三价铬其中六价铬毒性最强,三价铬次之。六价铬极易被还原成三价铬。所以我们主要需要回收三价铬2据报道，2011年8月云南曲靖市有总量5000余吨的重毒化工废料铬渣由于非法丢放，毒水被直接排放南盘江中。铬污染再次引起人们的关注。2010年7月份紫金矿业的渗漏污水已影响到福建、广东两省跨界河段，其中大埔青溪断面含毒物质铬浓度接近三类标准。而上世纪90年代，河南省的残留铬渣，几乎失管，导致数十年的持续污染。铬渣露天堆放，受雨雪淋浸，所含的六价铬被溶出渗入地下水或进入河流、湖泊中，污染环境。严重污染带内水中铬含量可高达每升数十毫克，超过饮用水标准若干倍

6、。六价铬、铬化合物以及铬化合物气溶胶等，能以多种形式危害人畜健康47。目前国内工业生产过程中大约每年产生20万30万吨含铬废渣，铬渣主要的有害成分是可溶性铬酸钠、铬酸钙等六价铬离子。当铬渣在露天堆存时，经长期雨水冲淋后六价铬离子可以随雨水渗透地表，3从而污染地下水、江河、湖泊，进而危害农田、水产和人体健康。铬的广泛应用，正使其成为主要的环境污染物之一9。对含铬废水的处理主要有传统的混凝沉淀法、电解还原法和化学还原法。传统的混凝沉淀虽然可以部分除去六价铬,但这种方法一般适用于PH值较高的水体,且混凝沉淀后产生大量的污泥形成二次污染2。电解还原法能耗较大,成本较高。化学还原法也会产生二次污染,且不

7、能实现水回用。因此,寻求一种简单、经济、高效的处理方法具有重要的现实意义。离子交换树脂吸附法处理含铬废水在国内外已有一定研究,具有处理效果好,设备简单,操作方便等优点。在本研究工作中,选用阴离子交换树脂处理高浓度含铬废水,通过PH值静态实验和流量动态实验找出了最佳反应条件,在最佳反应条件下铬的去除率能达995以上28。离子交换法处理重金属废水是利用离子交换树脂上的可交换离子与重金属离子发生交换反应，从而去除废水中重金属离子的方法。离子交换技术去除废水中的重金属,净化后出水中重金属离子浓度远低于化学沉淀法处理后出水中重金属离子的浓度,通过再生,回收再生后溶液,可以实现重金属的回收。离子交换树脂性

8、能对重金属离子的去除有较大影响。树脂对废水中重金属离子的分离具有选择性,可以更好地实现废水中重金属离子的处理和重金属离子的回收。因此研制和选择对重金属离子具有选择性高、交换容量大、吸附解吸过程可逆性好的离子交换树脂,对于离子交换树脂在重金属废水处理的应用有着重要的意义1,10,11近年来,随着离子交换技术的不断发展,尤其是交换速度快、交换容量高、机械强度大和化学稳定性好的大孔离子交换树脂的广泛应用,离子交换树脂在废水处理领域的应用范围不断扩大，越来越显示出它的优越性，因而被广泛应用于处理工业废水12。离子交换树脂是一类以离子交换、吸附为特点，外观为球状、带有功能基团的网状结构的高分子化合物。离

9、子交换树脂由不溶性的三维空间网状骨架和连接在骨4架上的功能基团组成，具有吸附速度快、机械强度大、抗污染能力强、稳定性好以及可循环使用等诸多优点，而一直受到广泛的研究，主要应用于水处理、环境保护等领域。D401树脂是大孔隙交联结构的聚苯乙烯共聚球体上带有亚胺二乙酸基的螯合树脂1315，为了能更好的利用树脂，本实验研究了D401树脂对铬离子的吸附性能，考察温度、时间、PH值等因素对吸附铬离子的影响，并探讨吸附铬离子的动力学过程。2仪器和材料21药品阳离子交换树脂D401（江苏苏青树脂厂生产）；饱和食盐水；盐酸、氢氧化钠，皆为分析纯；硫酸铬；食盐；去离子水。22实验仪器等离子体光谱发射仪（ICPAE

10、S6300，美国热电公司），电子天平（AUY120型，日本岛津公司），全温震荡器（HZQF160型,中国哈尔滨东联电子科技有限公司）,酸度计PH3C型，上海顺鹏科技有限公司。3实验方法31铬标准溶液的配制及样品测定311铬标准溶液的配制称硫酸铬377G，用去离子水将其溶解定容至500ML,摇匀得浓度为10G/L的母液。取母液稀释1000倍得铬含量为10MG/L的标准溶液。312样品测定先检测标准溶液绘制标准曲线，再取待测样用ICP检测并与标准曲线比较得到其浓度。532树脂预处理称取树脂各100G，用近饱和食盐水浸泡12H以上，用去离子水洗35次，然后用3HCL溶液浸泡4H以上，用去离子水洗到近

11、中性，最后用3NAOH溶液浸泡2H以上，用去离子水洗到近中性，置于锥形瓶容器中保存，备用。33吸附条件对吸附量的影响331绘制等温吸附曲线同样，取出部分预处理好的树脂，用滤纸吸干水份后准确称取02G若干份，分放于250ML的三角瓶中，分别加入100ML含铬离子初始浓度为100、200、300、400、500、600MG/L的溶液，温度分别调节为10、20、30、40、50下，振荡吸附12H以上，取样检测溶液的浓度，并用公式1QEVC0CE/W计算出该平衡浓度下的平衡吸附量。其中QE平衡吸附量，MG/GV加入的溶液体积，LC0初始浓度，MG/LCE平衡浓度，MG/LW加入的树脂质量，G332吸附

12、时间对吸附量的影响取出部分预处理好的树脂，用滤纸吸干水分后准确称取02G若干份，分放于250ML的三角瓶中，分别加入同PH5、含离铬子为200MG/L溶液，在恒定温度下振荡，在15MIN、30MIN、60MIN、120MIN、180MIN，时取样检测溶液中铬的含量，并计算出相对应的吸附量。333PH对平衡吸附量的影响取出部分预处理好的树脂，用滤纸吸干水份后准确称取02G若干份，分放于250ML的三角瓶中，分别加入100ML含铬离子初始浓度为100、200、300、400、6500、600MG/L的溶液，用HCL、NAOH调整溶液的PH值，分别为1、2、3、4、5，在一定温度下恒温震荡12H以上

13、，取样检测溶液的浓度，并计算出该平衡浓度下的平衡吸附量。4结果与分析41铬离子等温吸附曲线根据不同温度下不同的铬平衡浓度对应的吸附量得到等温吸附曲线如图1所示0102030405060700100200300400500平衡浓度MG/L）吸附量MG/G4050302010平衡浓度）吸附量MG/G图1离子交换树脂对含铬废水的等温吸附曲线FIG1ADSORPTIVEISOTHERMOFCHROMIUMWASTEWATERBYD401RESIN由图1可知，在温度相同的情况下，随着铬的平衡浓度的升高，树脂的平衡吸附量开始有一个迅速增加过程，然后呈缓慢升高，表现出化学吸附的特点，这与树脂吸附铬离子为化学

14、吸附相符合。由LANGMUIR方程Q/QM1C/（11C）得到1/Q1/（1QM）C1/QM7式中Q树脂的吸附量MG（铬离子溶液）/G（树脂）1LANGMUIR平衡常数；QM饱和吸附量,MG（铬离子溶液）/G（树脂）；将铬离子的浓度和吸附量分别取倒数作为横、纵坐标，用最小二乘法进行线性回归，得图2。001500016000170001800019000200002100022000230000000002000040000600008000100001201/C1/Q10203040501/Q图2LANGMUIR拟合等温线FIG2LANGMUIRISOTHERMFITY106322X00165

15、R209784Y206832X00157R209811Y307225X0015R209885Y40781X00149R209901Y5079660134R209868由FREUNDLICH方程NEKCQMX/1/得到LNQ1/NLNCELNK式中X被吸附溶质的质量，MG；M吸附剂的质量,GQ单位质量吸附剂所吸附溶质的质量,MG/G8CE达平衡时溶液中溶质的浓度，G/L。将铬离子的浓度和吸附量分别取对数作为横、纵坐标，并把实验数据用最小二乘法进行线性回归，得图3。35373941430051152253354455556651020304050图3FREUNDLICH拟合等温线FIG3FREUN

16、DLICHISOTHERMFITY106553X0196R20,9544Y201637X30637R209563Y306674X01892R209588Y406755X0184R209619Y50682901817R209636由图2、图3可见，进行LANGMUIR拟合时相关系数R较高，所以可认为D401对铬离子的吸附符合LANGMUIR方程。42温度对吸附的影响根据不同温度下相同浓度的铬平衡浓度对应的吸附量得到等温吸附曲线如图4所示。9010203040506070800102030405060温度C吸附量MG/G温度吸附量MG/G图4温度对吸附量的影响FIG4THEIMPACTOFTEMP

17、ERATUREONADSORPTION由图4可见，同浓度下，随着温度的升高，树脂的平衡吸附量增大，说明离子交换树脂吸附铬离子的反应平衡向正向反应方向移动，这说明吸附是吸热反应。在工业应用中，有条件时可将废水的温度升高以提高树脂的利用率。43PH值对吸附的影响用盐酸和氢氧化钠对铬溶液进行调节，用数字酸度计测量PH值。测定结果如图5所示。10PH010203040500123456吸附量MG/G吸附量MG/G图5PH对吸附量的影响FIG5PHVALUEONADSORPTION由图5可知，树脂对废水中铬离子的吸附量在PH4时最大，吸附率为7492MG/G。此时吸附率也最高。这是由于在弱酸性条件下，分

18、子化程度高，而树脂对非离解的分子状态比离解的分子状态吸附量大且在PH1时，吸附量较低，因此在此PH值的情况下，可以对三价的铬进行洗脱回收处理。44不同时间对吸附量的影响吸附时间对树脂的吸附量及废水中铬离子去除率的影响如图6所示1101020304050600306090120150180210时间（MIN）吸附量MG/G时间（）吸附量MG/G图6时间对吸附量的影响FIG6THEIMPACTOFTIMEONADSORPTION由图6可知，吸附量随吸附时间的延长而增加。30MIN以前，吸附量随着时间增加有明显的增加，说明吸附率也的增加；在30MIN以后，随时间的增加，树脂对废水中铬离子吸附量趋于缓

19、慢。所以在实际应用中，注意控制吸附时间，以缩短处理周期。5吸附动力学探索动边界模型是目前广泛应用于描述离子交换行为的模型。离子交换树脂去除重金属的过程可分为三个步骤1重金属离子由溶液经液膜扩散到树脂表面；2离子由树脂表面向树脂内部扩散；3离子在树脂内活性基位置发生表面络合反应。即离子交换过程受液膜扩散、颗粒扩散和化学反应3个步骤速度的影响，其中速度最慢的一步是离子交换过程的速度控制步骤。动边界模型的膜扩散、颗粒扩散和化学反应控制方程可分别表示为16膜扩散LN1FKT12颗粒扩散131F2/321FKT化学反应11F1/3KT以不同时间的吸附量的实验数据与动边界模型的3个方程进行拟合，得到图7A

20、、B、C。式中F为离子交换度，K为温度T在实验中均为20时的扩散系数。AY00007X01614R2083840005010150202503050100150200时间（MIN）LN1F时间（）LN1FB13Y8E05X00076R2087450000500100150020025050100150200时间（MIN）131F2/321F时间（）131F2/321FCY00043X01247R206825020020406081050100150200时间（MIN）11F1/3时间（）11F1/3FIG7FITTEDREGRESSIONLINEOFADSORPTIONOFNI2ONTHED4

21、01RESINBYMOVINGBOUNDARYMMODEL从图7可得，11F2/32（1F）与T的线性关系最好，因此在本实验研究中的离子交换过程为颗粒扩散过程,可能是主要的速度控制步骤。6结论（1）D401离子交换树脂吸附铬离子的吸附是吸热反应。温度越高，吸附量也逐渐增加。在工业应用中，有条件时可将废水的温度升高以提高树脂的利用率。（2）D401对铬离子的吸附符合LANGMUIR方程，由LANGMUIR拟合,据公式计算14出D401离子交换树脂对铬的饱和吸附量为在20，PH为5，铬离子浓度为500MG/L条件下，7492MG/G。（3）在PH4为时，D401离子交换树脂对铬离子的吸附量最大，在

22、PH为1的时候可以对它进行洗脱回收。15参考文献1崔志新,任庆凯，艾胜书,等重金属废水处理及回收的研究进展J环境科学与技术,201033S23753772范力，张建强，程新,等“离子交换法及吸附法处理含铬废水的研究进展J“水处理技术,2009331030333徐灵,王成端姚岚，等“离子交换树脂处理含铬废水的研究“J工业安全与环保200712312134曹丽华,闫永胜,赵干卿,等“离子交换树脂预浓集薄层树脂相分光光度法测定水中铬和铬“J冶金分析2006,330523255雷兆武,孙颖“离子交换技术在重金属废水处理中的应用“J环境科学与管200833,1082846李红艳，李亚新，李尚明，等“离子

23、交换技术在重金属工业废水处理中的应用“J水处理技术200834,0212207尔丽珠,张慧源，秦晓丹“离子交换法移动处理重金属废水“J电镀与精饰2007,290248518崔志新,任庆凯,艾胜书，等“重金属废水处理及回收的研究进展“J环境科学与技术2010,33S23753779石艳2011“环境中铬污染的生态效应分析“科协论坛下半月2011,2211212210屠振密,黎珊，李明等“化学镀镍废水处理的现状和进展“J电镀与环保,2003,1202151711李宇亮,刘建,李敏等“载铁FE2螯合树脂去除饮用水中余氯的性能研究“J2009,12223251612王菲2010“离子交换树脂改性及在起

24、爆药废水中应用研究“J2008,3152313栾国颜2009“螯合、离子交换制备高纯过氧化氢方法的研究“R2009,1202202114姜志新,江邦和,胡晓忠等“离子交换与吸附“J,1989,515415高峰,张绍成,周建等“D201树脂吸附钒的静态性能及动力学研究“J应用化工,12,201006222317致谢在完成我的毕业论文之际，首先要感谢我的导师XXX教授。在大学生活的几年里，与XX老师接触的过程中，XX老师深厚的学术造诣、严谨的治学风格、乐观开朗的性格、幽默机智的谈吐深深地令我折服；他渊博的学识、敏锐的洞察力，为我论文的选题、撰写提供了很大的帮助；感谢他曾在我实验的过程中，在百忙之中为我实验计划提供宝贵建议，给了我一定的开导与启迪；感谢他在我们做毕业论文期间对我们的严格，为我们未来的学业奠定了坚实的基础。彭老师对同学的爱心与关怀深深打动着我，还有那平易近人的态度和为人处事的原则以及严谨的科研精神都是我们学习的榜样，最后再次感谢彭老师的关怀。感谢XX在实验期间的帮助，还有XX师兄在实验期间的耐心指导和帮助，感谢他们在我论文完成期间给予的帮助，这对我在实验操作能力和实验思维能力上受到很大的启迪，在这里特别感谢他们。感谢和我同时做论文实验的XX、XX同学带给我的欢乐和收获，以及我们在实验室期间的相处，彼此加深了友谊。祝愿我们的明天会更加美好，前程似锦