| [摘 要] 电镀废水中含有大量的Zn2+,严重污染环境,危及人类健康,必须进行有效的处理方可排放。为此,在静态条件下,采用含醚键离子交换树脂对含Zn2+的模拟电镀废水进行了吸附处理,探讨了树脂用量、废水pH值、吸附时间、吸附温度对Zn2+去除效果的影响。结果表明:在废水pH值为4. 0,Zn2+浓度0~100 mg/L,吸附时间90min,吸附温度25℃下,按Zn2+与含醚键离子交换树脂质量比为1∶20投加含醚键离子交换树脂进行处理,Zn2+去除率可达98%以上;含Zn2+的电镀废水经含醚键离子交换树脂吸附后,废水中Zn2+的含量低于国家一级排放标准。 前 言 电镀厂每年要排放出大量的废水,其中的重金属离子严重污染环境[1, 2],而且重金属能在植物中积累[3, 4],通过食物链富集到人体和动物体内,给人类和动物体健康带来很大危害。近年来,利用矿物[5, 6]、离子交换树脂[7]、聚合物吸附剂[8~11]、矿渣等处理重金属离子废水的研究已取得了一定的进展。为了开发新型、高效、廉价的吸附材料,本工作以苯氧基乙酸和甲醛为原料,制备出一种具有较强吸附作用的含醚键离子交换树脂,考察了该树脂对电镀废水中Zn2+的吸附效果和最佳吸附条件。 1 试 验 1. 1含Zn2+电镀废水的配制 准确称取一定量优质纯Zn(NO3)2,用水溶解后移入1 000 mL容量瓶中,稀释至标线,摇匀,得到Zn2+浓度为1 000 mg/L的溶液,用时再根据需要稀释至所需浓度。试验用水为去离子水。 1. 2含醚键离子交换树脂的制备 将35 g苯氧基乙酸(CP级)溶于150 mL甲酸(CP级)和50mL甲醛(工业级)的混合液中,加入15mL浓H2SO4(工业级),搅拌下用水浴加热至85~95℃,反应约3 h,冷却后,抽滤出固体酚醛树脂;将合成的酚醛树脂用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、研磨过40目筛,即为含醚键离子交换树脂成品。 1. 3静态吸附条件 将30, 40, 50, 60 mg含醚键离子交换树脂和50 mL含Zn2+60 mg/L的电镀废水分别置于一系列100 mL锥形瓶中,用1. 0 mol/LHCl或1. 0 mol/L NaOH溶液调节溶液的pH值为3. 0~7. 0,在25℃下,每隔15 min振荡3~5 min, 90 min后测定Zn2+浓度,并计算其去除率: η(去除)=(ρ0-ρ) /ρ0×100% 式中 ρ0———处理前溶液中锌离子浓度,mg/L ρ———处理后溶液中锌离子浓度,mg/L 1. 4 测定方法 pH值采用pHS-3C型酸度计测定,温度用CS-501SP型超级数显恒温器控制; Zn2+浓度采用文献[12]方法测定。 2 结果与讨论 2. 1 最佳吸附条件筛选 2. 1. 1 含醚键离子交换树脂的量对Zn2+去除率的影响 在pH=4. 0,吸附温度25℃下,向50 mL Zn2+浓度为1 000 mg/L的电镀废水中,加入1. 0 g含醚键离子交换树脂,其他条件不变,吸附处理90 min。测定结果表明,含醚键离子交换树脂对Zn2+的饱和吸附量为93. 8 mg/g,对Zn2+具有较好的吸附性能。 取50 mL Zn2+浓度为60 mg/L的电镀废水,改变含醚键离子交换树脂用量,其他条件不变,考察树脂用量对Zn2+去除率的影响见表1。由表1可知,随着含醚键离子交换树脂用量的增加, Zn2+去除率迅速升高,当其用量大于50 mg时, Zn2+去除率达98%以上。含醚键离子交换树脂的用量为60mg,即Zn2+与含醚键离子交换树脂的质量比约为1∶20时对Zn2+有较好的去除效果。
2. 1. 2 溶液pH值 含醚键离子交换树脂的用量为60 mg,含60 mg/LZn2+的电镀废水50 mL及其他操作条件不变,不同pH值对Zn2+去除率的影响见表2。由表2可知, pH<4. 0时,Zn2+的去除率较小,不利于吸附; pH>4. 0时, Zn2+去除率较大,均达97. 0%以上,吸附效果较好;该离子交换树脂对Zn2+吸附的最佳pH值为4. 0。
2. 1. 3 吸附时间 控制溶液的pH值为4. 0,吸附温度为25℃,取Zn2+浓度为60 mg/L的电镀废水50 mL,分别加入60mg含醚键离子交换树脂,并保持其他操作条件不变,考察不同吸附时间对Zn2+去除率的影响见表3。由表3可知,随着吸附时间的延长,Zn2+去除率增大;当吸附时间大于80 min时, Zn2+去除率达98. 0%以上,且变化平稳。
2. 1. 4 吸附温度 控制溶液的pH=4. 0,吸附时间为90 min,取Zn2+浓度为60 mg/L的电镀废水50 mL,加入60 mg含醚键离子交换树脂,并保持其他操作条件不变,考察不同温度对Zn2+去除率的影响,结果见表4。由表4可知,吸附温度在5~25℃内时,随温度升高, Zn2+去除率增大,当温度大于25℃时,Zn2+去除率增大不明显。
2. 2 电镀废水吸附处理 湘潭市某电镀厂废水含Zn2+为28. 5 mg/L, pH值为5. 9,将其100mL置于150mL锥形瓶中,加入80mg含醚键离子交换树脂,在25℃下,吸附时间为90 min,每隔15 min于振荡器上振荡3~5 min,吸附处理结果见表5。由表5可知,含醚键离子交换树脂对电镀废水Zn2+具有很好的吸附能力,电镀废水经含醚键离子交换树脂吸附处理后,废水中Zn2+的含量低于国家一级排放标准浓度。
2. 3 含醚键离子交换树脂的重复使用 为了提高含醚键离子交换树脂的利用率,充分利用树脂的吸附能力,对其进行多次吸附试验。按试验方法操作,每次试验前将吸附过Zn2+的含醚键离子交换树脂用1. 0 mol/LHCl溶液洗脱,然后用纯水洗至无Cl-,烘干。脱附出的Zn2+可加碱沉淀后回收。对经过洗脱处理的树脂重新投入使用,考察其使用效果,见表6。由表6可知,含醚键离子交换树脂经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 结 论 (1)含醚键离子交换树脂对Zn2+具有很好的吸附作用。在25℃, pH值为4. 0,吸附时间为90 min, Zn2+浓度为60 mg/L的电镀废水中,按Zn2+与树脂的质量比为1∶20投加树脂进行处理, Zn2+的去除率均达98%以上。 (2)pH值是影响吸附的重要因素,在pH<4. 0的条件下,含醚键离子交换树脂对Zn2+吸附不力, Zn2+去除率较小; pH>4. 0时, Zn2+去除率较大,均达97%以上,树脂对Zn2+的吸附效果较好;树脂对Zn2+吸附的最佳pH值为4. 0。 (3)含醚键离子交换树脂对电镀废水中的Zn2+具有很好的吸附效果。含Zn2+浓度为28. 5 mg/L, pH值为5.9的电镀废水经含醚键离子交换树脂吸附处理后,废水中Zn2+的含量显著低于国家一级排放标准浓度。 (4)含醚键离子交换树脂吸附Zn2+后,经过脱附处理可重复使用。 |
