【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 接著許多較為活潑的功能基。這種功能基能離解出離子,可以與周圍外邊離子相互交換。離子交換樹脂的單元結(jié)構(gòu)由三部分組成:不溶性的三維空間網(wǎng)狀骨架、連接在骨架上的功能基團(tuán)和功能基團(tuán)所帶的相反電荷的可交換離子。離子交換樹脂以交換、選擇、吸收和催化等功能來(lái)實(shí)現(xiàn)除鹽、分離、精制、脫色和催化等應(yīng)用效果，因?yàn)殡x子交換反應(yīng)是可逆的，所以離子交換樹脂可以通過(guò)交換和再生反復(fù)利用?；陔x子交換樹脂吸附選擇性好、物理化學(xué)穩(wěn)定性高、易再生可重復(fù)使用等特點(diǎn)，最早應(yīng)用于水的純化和廢水的處理。 離子交換樹脂的分類按交聯(lián)聚合物的不同,離子交換樹脂可分為苯乙烯系、丙烯酸系、酚醛系、環(huán)氧系、乙烯吡啶系、脲醛系、氯乙烯系等。按樹脂形態(tài)的不同可分為凝膠型和大孔型兩種。另外,根據(jù)離子交換樹脂所含官能團(tuán)的性質(zhì)不同又可分為強(qiáng)酸、弱酸、強(qiáng)堿、弱堿、螯合、酸堿兩性和氧化還原型七類。按用途還可分為水處理用、藥用、催化、脫色、分析用樹脂以及核子級(jí)樹脂等。 離子交換樹脂吸附的原理吸附作用是指一種或多種物質(zhì)分子附著在另一種物質(zhì)（一般是固體）表面上的過(guò)程。吸附是界面現(xiàn)象，是被吸附分子在界面上的濃聚。廢水中的有毒有機(jī)物（吸附質(zhì)）通過(guò)吸附樹脂（吸附劑）床層時(shí)，吸附劑和吸附質(zhì)分子之間產(chǎn)生了范德華力（包括定向力、誘導(dǎo)力、色散力和氫鍵力） ，吸附質(zhì)分子被吸附在吸附劑表面，因此樹脂吸附的吸附性能是通過(guò)其多孔表面上活性尖端的范德華力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。就吸附過(guò)程而言，以常見的樹脂—水溶液系統(tǒng)為例，一個(gè)吸附質(zhì)分子從水溶液中被吸附到樹脂表面可以分為四個(gè)基本過(guò)程 [13]：1) 吸附質(zhì)分子從水中擴(kuò)散到樹脂表面的液膜上；2) 吸附質(zhì)分子通過(guò)液膜擴(kuò)散夠進(jìn)入樹脂大孔區(qū)域；3) 吸附質(zhì)分子通過(guò)大孔區(qū)域擴(kuò)散進(jìn)入中孔和微孔區(qū)域；4) 吸附質(zhì)分子與樹脂表面發(fā)生作用，從而產(chǎn)生有效吸附。吸附樹脂的表面發(fā)生吸附作用后，會(huì)使樹脂表面上溶質(zhì)的濃度高于溶劑中溶質(zhì)的濃度，其結(jié)果會(huì)引起體系內(nèi)放熱和系統(tǒng)等量吸附焓 △ H、吉布斯自由能 △ G、吸附熵 △ S 的下降。一般來(lái)說(shuō)，吸附分為物理吸附和化學(xué)吸附兩大類，而樹脂吸附法處理有機(jī)化工廢水及資源化技術(shù)基本上是通過(guò)物理吸附或化學(xué)吸附中的非共價(jià)鍵力發(fā)生作用的。 離子交換動(dòng)力學(xué)原理根據(jù)文獻(xiàn) [14]報(bào)道，固體在溶液中的吸附可以看作吸附質(zhì)分子在吸附劑表面的富集過(guò)程，這一表面現(xiàn)象是吸附劑、吸附質(zhì)和溶劑三者之間相互作用的綜合體現(xiàn)，吸附劑與吸附質(zhì)之間的作用主要有以下幾種：范德華作用、ππ 作用、氫鍵作用及靜電作用。對(duì)于芳香類化合物在吸附樹脂上的吸附，吸附作用主要為范德華作用力和 ππ作用力，比表面積對(duì)吸附行為起決定作用，但經(jīng)相關(guān)研究顯示 [15]，樹脂上的功能基團(tuán)及樹脂的極性、微孔結(jié)構(gòu)等都可能對(duì)吸附也起著重要的作用。當(dāng)離子交換樹脂浸泡在水溶液中進(jìn)行靜態(tài)離子交換時(shí)，達(dá)到離子交換平衡所需要的時(shí)間差別很大，當(dāng)離子交換樹脂在柱中以動(dòng)態(tài)方式進(jìn)行交換時(shí)，交換速度決定樹脂的實(shí)際交換容量。由于交換速度的限制，在實(shí)際條件下的實(shí)際交換容量一般明顯低于樹脂的總交換容量。離子交換速度取決于樹脂的結(jié)構(gòu)、粒度、功能基的性質(zhì)和數(shù)量、溶劑的性質(zhì)、溶液的組成等 [1617]。 離子交換樹脂的應(yīng)用利用離子交換樹脂法吸附處理廢水中的苯酚是一種較為經(jīng)濟(jì)有效的方法，在國(guó)內(nèi)外已有不少的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，比如張麗珍等 [18]通過(guò)試驗(yàn)考察了四種樹脂(大孔樹脂、MV 1SL 1703)處理苯酚廢水的性能，張海珍研究了 XDA200 大孔樹脂對(duì)水溶液中苯酚的吸附行為 [19]。大量的研究調(diào)查表明，樹脂吸附法處理有機(jī)廢水技術(shù)具有如下顯著的特點(diǎn)：1) 應(yīng)用范圍廣泛；2) 處理效率高，易脫附再生；3) 固液分離容易，處理中不會(huì)引入新的污染物；4) 樹脂吸附容量大、機(jī)械強(qiáng)度好、性能穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)；5) 操作簡(jiǎn)便、能耗低；6) 集廢水處理與資源化于一體，實(shí)用性強(qiáng)。離子交換法也有不足,如一次性投資高,操作要求及管理嚴(yán)格,有的還存在再生問(wèn)題、樹脂的中毒和老化問(wèn)題等。但有的問(wèn)題已有相應(yīng)的解決辦法,提高也是可以做到的。充分發(fā)揮離子交換法的回收功能,不僅能保護(hù)環(huán)境,而且在經(jīng)濟(jì)效益方面極有優(yōu)勢(shì)。因此,離子交換樹脂在水處理領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展空間,應(yīng)加以重視 [9]。國(guó)產(chǎn)市售的 717 強(qiáng)堿陰離子交換樹脂是一種價(jià)廉、應(yīng)用較廣的化學(xué)原料，具有成本低、效率高、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，廣泛用于金屬及有機(jī)物等的富集分離 [2022]，本論文對(duì) 717 強(qiáng)堿陰離子交換樹脂吸附苯酚的特性進(jìn)行研究，希望能為該樹脂應(yīng)用于苯酚生產(chǎn)廢水的治理及資源化處理提供一定的理論依據(jù)。 實(shí)驗(yàn)儀器與材料 實(shí)驗(yàn)吸附材料市售 717 強(qiáng)堿陰離子交換樹脂（上?；瘜W(xué)試劑公司出品）樹脂的預(yù)處理：樹脂用蒸餾水浸泡 24h，傾去并抽干水，用 2mol/L HCl 溶液浸泡 24h，傾出酸液，再用蒸餾水洗至中性，抽干，自然晾干，過(guò)篩取粒徑在～ 之間的樹脂，保存?zhèn)溆谩?實(shí)驗(yàn)試劑苯酚（分析純 廣東東華化學(xué)廠有限公司）儲(chǔ)備液：準(zhǔn)確稱取 苯酚溶于少量蒸餾水中，待溶解完全后，移入 1000mL 的容量瓶中，冷卻至室溫定容，得質(zhì)量濃度為 6000mg/L 的苯酚儲(chǔ)備液。 NaOH（化學(xué)純）溶液：稱取 固體，溶于蒸餾水中，移入 100mL 的容量瓶中，稀釋定容至刻度，可得濃度為 1moL/L 的 NaOH 溶液。 鹽酸（分析純）溶液：準(zhǔn)確量取 濃度為 12 mol/L 的鹽酸置于 100 mL 的容量瓶中定容，可得 mol/L 的 HCl 溶液。 實(shí)驗(yàn)用水為蒸餾水 主要實(shí)驗(yàn)儀器 TU1901 雙光束紫外可見分光光度計(jì)（北京普析通用儀器有限責(zé)任公司）空氣恒溫?fù)u床（上海?，攲?shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）PHS3C 型精密酸度計(jì)（中山集團(tuán)科技發(fā)展公司）AN0059 型電子分析天平（上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司）其他常規(guī)儀器 實(shí)驗(yàn)方法 靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn) 取一定濃度一定體積的苯酚溶液置于碘量瓶中，加入一定量的樹脂，于恒溫振蕩器中以一定轉(zhuǎn)速振蕩一定時(shí)間后，取部分清液分析苯酚濃度，由下式計(jì)算吸附量q (mg/g)： （1）??GVCioq???式中 C0 和 C1 分別為吸附前的溶液濃度和吸附后的溶液濃度，mg/L ；V 為溶液體積，L；G 為樹脂質(zhì)量，g。 分析方法 分析方法：用紫外分光光度計(jì)在苯酚溶液的最大吸收波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度，以標(biāo)準(zhǔn)回歸方程分析苯酚濃度。 （1）最大吸收波長(zhǎng)的選擇以苯酚儲(chǔ)備液逐級(jí)稀釋，配制成濃度為 50 mg/L 的苯酚溶液。用 1cm 石英比色皿以蒸餾水為參比，在 230～350 nm 的波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行紫外光光譜掃描，光譜圖如圖 1 所示。圖 1 苯酚的光譜掃描圖Fig. 1 The spectral scans of phenol由圖 1 可知，苯酚在波長(zhǎng) λ=269 nm 處有最大吸收峰，因此實(shí)驗(yàn)選擇λmax=269nm 為苯酚的最大吸收波長(zhǎng)。（2）工作曲線的繪制以 1mol/LNaOH 溶液調(diào)節(jié) pH 值，分別配制濃度為 40 、60 、80、100、11160 mg/L 且 pH≈11 的苯酚溶液。用蒸餾水做參比，b=1cm，在 269 nm 的波長(zhǎng)下進(jìn)行光度測(cè)量，并繪制工作曲線，以濃度為橫坐標(biāo),吸光度為縱坐標(biāo)作圖，見圖 2。.... A =+ C (g/L)圖 2 苯酚的工作曲線Fig. 2 The working curve of phenol由圖 2 可知，苯酚濃度在 0～，其線性方程為，其相關(guān)系數(shù) R 為 ，.??苯酚含量是科學(xué)的。由此得苯酚的工作方程為： .??AC3 結(jié)果與討論 pH 對(duì)吸附量的影響用移液管準(zhǔn)確移取質(zhì)量濃度為 6000 mg/L 的苯酚溶液 50 mL 置于 100 mL 的容量瓶中，加入適量的濃度為 mol/L 的 HCl 或 1mol/LNaOH 調(diào)節(jié)苯酚溶液的 pH 值，并稀釋至刻度。取部分溶液測(cè)定其 pH 值后，另取 50 mL 已測(cè)定 pH 的溶液置于 250 mL 的碘量瓶中，并投入 g 樹脂，將碘量瓶置于空氣恒溫?fù)u床（上海?，攲?shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）中，在溫度為 303K、轉(zhuǎn)速為 120r/min 的條件下恒溫振蕩 1 h，再取出部分清液測(cè)其吸光度分析苯酚濃度，考察樹脂在不同的 pH 值下對(duì)苯酚的吸附情況。配制質(zhì)量濃度為 500mg/L 的苯酚溶液，以同樣操作步驟測(cè)定樹脂對(duì)質(zhì)量濃度為500mg/L 苯酚的吸附情況，結(jié)果如圖 3 所示：024681012144081206204280q (mg/) pH C0 = 50mg/L 0 3/圖 3 pH 對(duì) 717 樹脂吸附苯酚的影響Fig. 3 Influence of pH on phenol 717 resin adsorption由圖 3 可知，pH 值對(duì)樹脂吸附苯酚的影響較大，在酸性條件下， 717 樹脂對(duì)苯酚的吸附量較小，且隨 pH 值的升高變化緩慢，但在堿性條件下，尤其是 pH 在10~13 范圍內(nèi)樹脂對(duì)苯酚吸附量較大，這是因?yàn)楸椒拥?pKa=10，當(dāng)溶液的 pH10 時(shí)，苯酚主要以離子形態(tài)存在，容易與樹脂上功能基團(tuán)所帶的相反電荷的可交換離子進(jìn)行離子交換吸附，使得吸附量較大。因此吸附宜在 pH=10~13 范圍內(nèi)進(jìn)行。 吸附等溫線準(zhǔn)確稱量 9 份 g 樹脂，分別加入盛有 50 mL 苯酚溶液的 9 個(gè) 250 mL