大分子吸附树脂

大孔吸附树脂在废水处理中的应用涂秋梅（中国计量学院材料科学与工程学院，浙江杭州310018）摘要大孔吸附树脂是一类新型高分子聚合物，它具有物理化学稳定性高、吸附选择性高、不受无机物存在的影响、再生简便、解吸条件温和、使用周期长、宜于构成闭路循环、节省费用等诸多优点，广泛应用于各个领域，尤其是废水的处理，具有良好的应用前景。本文综述了大孔吸附树脂的性能特点以及其在废水中的应用研究。关键词：大孔吸附树脂；性能特点；废水处理；应用研究0.前言目前,随着功能高分子材料的迅速发展,大孔吸附树脂成为一种特殊的吸附材料引起了人们的关注。大孔吸附树脂是一种人工合成的具有多孔立体结构的聚合物吸附剂,是在离子交换剂和其他吸附剂应用基础上发展起来的一类新型树脂,它主要依靠和被吸附的分子(吸附质)之间的范德华引力,通过巨大的比表面进行物理吸附而工作的,在实际应用中,对一些与其骨架结构相近的分子如芳香族环状化合物尤其具有很强的吸附能力。大孔吸附树脂不溶于酸、碱及有机溶剂,化学性质稳定,并可通过分子间的作用力,从水溶液中富集、分离和回收有机物质,与活性炭相比,大孔吸附树脂具有孔分布窄、机械强度好、容易脱附再生等优点[1]。随着对大孔吸附树脂研究的进一步加深，其应用也越来越广泛，对于它的分离机理研究也逐步深入。目前，大孔吸附树脂主要应用于废水处理、医药工业、化学工业、分析化学、临床鉴定等多个领域。1.大孔吸附树脂基本介绍1.1大孔吸附树脂的吸附特点大孔吸附树脂是孔径、孔容和比表面积都较高,不溶于普通酸、碱和有机溶剂,对氧、热和化学试剂表现惰性,具有三维空间网状结构的珠粒状合成高分子功能材料。大孔吸附树脂具有吸附选择性独特、脱附再生容易、可长期循环使用等特点,在处理中低浓度和难降解有机化工废水领域具有独特的优势,尤其适用于含酚、胺、硝基物、有机酸等废水[2]。1.2大孔吸附树脂的分类根据树脂的表面性质,大孔吸附树脂可以分为非极性、中极性和极性三类。非极性吸附树脂是由偶极距很小的单体聚合而得,不含任何功能基团,孔表的疏水性较强,可通过与小分子内的疏水部分的作用吸附溶液中的有机物,最适用于从极性溶剂(如水)中吸附非极性物质。中极性吸附树脂含有酯基,其表面兼有疏水和亲水部分,既可由极性溶剂中吸附非极性物质,也可以从非极性溶剂中吸附极性物质。极性树脂含有酰胺基、氰基、酚羟基等含N、O、S极性功能基,它们通过静电相互作用吸附极性物质。根据树脂孔径、比表面积、树脂结构、极性差异,大孔吸附树脂又分为许多类型,且分离效果受被分离物极性、分子体积、溶液pH值、树脂柱的清洗、洗脱液的种类等因素制约。在实际应用中,要根据分离要求加以选择[3]。1．3大孔吸附树脂对物质的选择性大孔吸附树脂对物质具有良好的选择性。如非极性吸附树脂对水溶液中具有疏水性的物质(如苯酚)有良好的吸附性能,物质的疏水性(也可以说是溶解性)越大,树脂对该物质的吸附能力越强。反之,水溶性很大的物质,如甲醇、乙醇、蔗糖等,非极性吸附树脂则完全不能吸附。另一方面,溶剂也有重要的影响。一般来说,在水中具有良好吸附能力的非极性吸附树脂,在有机溶剂中就丧失了吸附能力。可见物质在树脂与溶剂两相间的分配是由树脂和溶剂对该物质的相对亲和性来决定的。如非极性吸附树脂不仅不能从乙醇溶液中吸附苯酚,相反,乙醇还是最常用的洗脱剂,可很容易的把吸附在树脂上的物质洗脱下来。当吸附树脂带有合适的功能基,树脂对溶液中溶质的亲和性超过溶剂时,也能进行吸附[3]。2.大孔吸附树脂处理有机废水的特点大孔吸附树脂对有机物有很好的吸附作用,对于目前工业废水中经常存在的有机污染物,应用大孔吸附树脂进行分离将是一种很有前途的工艺。大量研究表明,利用吸附法处理有机废水具有如下特点:(1)适用范围宽、适用性好。废水中有机物质量浓度从几mg/L到上万mg/L均可进行处理,且吸附效果不受溶液中所含无机盐的影响。（2）比表面积大、吸附效率高、解吸再生容易。大孔树脂对有机物的吸附率通常可达到99%以上,且不产生二次污染。解吸常用酸碱或有机溶剂,解吸率一般可达95%以上。(3)树脂性能稳定、使用寿命长。树脂有较高的耐氧化、耐酸碱、耐有机溶剂的性能,可在150℃以下长期使用,在正常情况下年损耗率小于5%。(4)有利于综合治理、变废为宝。采用树脂吸附可以回收利用污染物,节约开支,增加效益。由于以上这些特点,吸附树脂在处理高浓度、难降解的有机工业废水方面发展迅速,尤其在酚类、胺类、有机酸类、硝基物、卤代烃等方面,取得重大进展。3.大孔吸附树脂的应用研究大孔吸附树脂吸附法处理高浓度、难降解有机废水具有良好的处理效果,下面对目前应用大孔吸附树脂处理不同工业废水的研究情况做简单介绍。3.1含酚类废水的处理大孔吸附树脂用于回收废水中的酚类物质,可以对其进行资源化回收,有较高的经济合理性。许昭怡等[4]总结了大孔吸附树脂在含酚废水中的应用,指出树脂吸附法可以用于低浓度或高浓度含酚废水的处理,对酚的吸附选择性很高,吸附率大于99%,用稀碱或有机溶剂脱附时,脱附率可达95%以上,且整个吸附过程不受无机盐存在的影响。徐莉等[5]采用NKA-Ò大孔树脂吸附邻苯二酚废水,在室温下以6BV/h流速吸附可以达标排放,吸附量为30mg/mL。邱慧琴[6]分析了DA-201大孔吸附树脂在苯酚废水中的应用,发现该树脂在pH值小于7时有很好的吸附效果,而且可以用NaOH溶液或甲醇溶液再生。焦化废水中含有大量酚和其他有毒物质,刘俊峰等[7]将废水用炉渣过滤后,再用H-103大孔树脂吸附,废水酚浓度为520mg/L、COD浓度为3200mg/L时,酚和COD的去除率分别达到99%和97%以上。邹敏[8]使用CHA-101大孔树脂处理甲苯硝化废水,在pH值为4~6、吸附流速为5~7BV/h时,COD去除率为80.7%,总酚的去除率为99.5%。唐树民等[9]研究了江苏南大戈德环保公司研制的NDA-99吸附树脂对硝基酚的吸附,发现该树脂的吸附量达3.75mmol/g,且容易脱附。3.2含锌废水的处理大孔树脂也可以作为一种载体,将其他化学官能团固定在其表面,以吸附去除特定废水中的物质。刘粤丽等[10]将聚乙烯亚胺交联固定在大孔树脂表面,制备出交联聚乙烯亚胺螯合树脂,同时利用该树脂对废水中锌离子进行吸附,其饱和吸附容量为2.65mmol/g,且吸附速度比普通树脂明显加快。3.4含苯废水的处理研究表明,苯对人的毒性作用表现在中枢神经系统,65g/m3的苯可引起广泛的出血导致死亡。反复暴露的低浓度苯主要对血液及造血组织产生毒性作用。根据苯吸入致白血病的流行病学研究数据,采用定量外推法计算出饮用水苯质量浓度为0.01mg/L时终身患癌的超额危险度为105。因此饮用水中的苯的限值为0.01mg/L。所以,有效去除饮水中的苯具有重要的意义。目前用大孔吸附树脂吸附法对工业废水中芳香族有机物的治理和资源化技术已有广泛的研究，美国饮用水安全法案中认为吸附是去除水中有机物最有效的技术[11]。由于常用的吸附剂活性炭再生困难而且容易破碎,近20年来,各国科学家使用树脂吸附法,对含有芳香有机毒物的水体控制开展了许多研究工作,取得了重大的进展[11]。有研究表明,利用两种自制的超高交联吸附树脂对稀水溶液中的苯进行吸附行为及其热力学研究[12],可以取得一定的去除饮用水中苯的效果。ZH-03型树脂和ZH-00型树脂对水中有机苯的吸收分别可以达到94%和90%以上。3.5含硝基化合物废水的处理含硝基化合物废水是一种危害十分严重而又普遍存在的化工工业废水,国家环境保护法规定,含硝基物废水排放标准为5×10-6,若超标即不准排放,因此必须对该废水进行处理。江苏石油化工学院[13]采用H-103树脂吸附法处理硝基苯乙酮,确定最佳工艺条件为:在pH值为3,室温、流速为2BV/h的情况下吸附;采用95%的乙醇,温度为60～65℃,流速为1BV/h的条件吸附。其处理效果为:废水中硝基物去除率达98%,COD去除率达到89%。另外。利用H2103树脂处理硝基氯苯生产中产生的废水,硝基氯苯的去除率95%,COD去除率95%,出水COD100mg/L。山东东营石油大学[14]利用H-103吸附树脂预处理东营市胜大化工厂含硝基苯和苯胺的废水,硝基苯去除率为91%,苯胺去除率为80%,为进一步降解奠定基础。西安建筑科技大学[15]采用XDA-111型大孔吸附树脂对硝基苯酚废水进行处理研究,结果表明,硝基苯酚的吸附率几近100%,树脂再生率和硝基苯酚回收率均达95.4%,COD去除率为44.1%。4.大孔吸附树脂的回收利用从上述各项应用中可以看出,应用大孔吸附树脂的共同特点就是其回收净化性能好。一般被其吸附的有机物只要在一定条件下选择合适的解吸剂,就可以再次回收利用,而吸附树脂在解析完毕之后也可继续应用下一轮的吸收,反复利用,经济高效。有研究表明,大孔吸附树脂可连续多批次的应用于有机物质的提纯而对其吸附容量影响不大。因此,虽然整套大孔吸附树脂设备占地庞大,投资过高,但是从长远利益来看,其发展前景不容忽视。5.结论大孔吸附树脂是一种具有独特性能的吸附材料,既具有活性炭的吸附能力,又可以像离子交换树脂一样进行再生,而且物理、化学性质相对稳定,因此应用于处理有机废水具有广阔的前景。随着新型大孔吸附树脂的不断涌现和吸附技术的迅猛发展,树脂吸附法已经成为处理高浓度、难降解有机废水的有效方法之一。参考文献：[1]李鸿江,温致平,赵由才.大孔吸附树脂处理工业废水研究进展[J].安全与环境工程,2010,03(17):22.[2]李尧,寇晓康,刘琼,史国东.大孔吸附树脂处理有机废水的研究进展[J].河南化工,2008,25:12.[3]姚日鹏,陈凤慧,高超.大孔吸附树脂在废水处理中的应用[J].中国环境管理干部学院学报,2009,03(01):64.[4]许昭怡,张全兴,陈金龙.大孔树脂吸附法在含酚废水处理中的应用[J].上海环境科学,2000,19(9):429-431.[5]徐莉,马洪涛.大孔树脂吸附法处理模拟邻苯二酚生产废水的研究[J].离子交换与吸附,2000,16(1):66-71.[6]邱慧琴.DA-201树脂回收净化废水中苯酚的研究[J].上海大学学报(自然科学版),2000,6(3):266-268.[7]刘俊峰,易平贵,胡爱国.过滤-树脂吸附法处理焦化废水的研究[J].煤化工,2002,30(3):59-62.[8]邹敏.大孔树脂吸附法处理甲苯硝化废水的研究[J].江苏环境科技,1999,11(3):7-8.[9]唐树民,唐树和,费正皓.对硝基酚在几种树脂上的吸附性能研究[J].应用化工,2006,35(7):507-509.[10]刘粤丽,申士刚,范海明,等.交联聚乙烯亚胺螯合树脂对锌离子的吸附研究[J].环境污染治理技术与设备,2003,11(4):56-58.[11]何炳林,黄文强1离子交换与吸附树脂[M]1上海:科技教育出版社,1995[12]许玉生.新型吸附树脂对水中苯的吸附行为[J]1化学研究与应用,2005,17(1)[13]刘天华,郑祖英,张全兴1树脂吸附法处理硝基苯乙酮生产废水的研究[J]1离子交换与吸附,1994,10(1):6l～64[14]耿春香,张秀霞,赵朝成1吸附———双催化氧化降解苯胺、硝基苯废水[J]1油田环境保护,2002(4):4～6[15]吕有良,金奇庭,程黄根,等1硝基苯酚废水处理工艺的实验研究[J]1西安建筑科技大学学报,1998,30(4):312～315