高吸水树脂对Cu2的吸附容量及脱除率的影响研究

064教育管理与艺术 2014年第9期理论探索含重金属废水是对环境污染最严重和对人体危害最大的工业废水。由于含铬、镍、铜等重金属的废水或废渣的排放，通过土壤及水对人类产生危害，特别是某些重金属及其化合物能在生物体内富集，通过饮水和食物链的作用，对人类产生更广泛和更严重的危害。因此，含重金属离子废水的治理一直是人们关注的重点和难点。近年来，吸附法是处理重金属废水的一种比较有效的方法，其中，吸附剂的选择对废水的治理和贵重金属的回收至关重要，且在环境保护和资源利用方面有着广阔的应用前景。一、实验（一）药品及仪器马铃薯淀粉，N,N＇-亚甲基双丙烯酰胺，分析纯，国药集团上海化学试剂公司；丙烯酸，分析纯，上海国药集团化学试剂有限公司；丙烯酰胺，分析纯，天津市光复精细化工研究所；过硫酸钾，分析纯，北京化学试剂公司；硝酸铜，分析纯，天津市科密欧化学试剂开发中心；氢氧化钠，分析纯，天津博迪化工集团．原子吸收分光光度仪（８５１０型），上海；DENVER TP-214电子分析天平(北京赛多利斯仪器系统有限公司)；DGX-9003系列鼓风干燥箱（上海福玛实验设备有限公司）；220V.AC.1000W电子调温电热炉、标准筛。（二）高吸水树脂的合成将马铃薯淀粉、去离子水、部分中和的丙烯酸及其钠盐溶液、引发剂和交联剂在搅拌下混合均匀，然后在氮气保护下水浴加热缓慢升温，达到一定温度时停止搅拌，在沸水浴中保温一段时间后停止通氮气，将产品取出，剪成小块，于烘箱中烘干至恒重，粉碎，即得马铃薯淀粉接枝丙烯酸型高吸水树脂（以下简称“SAR-Ⅰ”）。（三）基本吸液性能测试准确称取0.5 g高吸水树脂样品于烧杯中，置于一定量去离子水（自来水、生理盐水等待测液）中，待吸液完毕后，用纱布滤去未吸收的水，至无水滴滴下为止并计算吸水率：（四）树脂吸附及脱除金属离子能力的表征参数吸附容量：将一定量的高吸水树脂与一定量已知浓度的重金属离子溶液混合，搅拌均匀，经过足够长的时间，使之达到吸附平衡，测定吸附前后溶液的体积及重金属离子的浓度，按公式计算出每克高吸水树脂吸附的重金属离子的质量，即吸附容量，用 a 表示：0011sMVMVam−=　　　                                                    脱除率：根据吸附前后溶液的体积和重金属离子的浓度，计算重金属离子的脱除率 (D)：001100100%MVMVDMV−=×　　　                                             　　　以上两式中: ms为高吸水附树脂的质量；V0为吸附前溶液的体积；V1为吸附后溶液的体积；M0为重金属离子的起始浓度；M1吸附后溶液中重金属离子的浓度。二、实验结果与讨论本文用静态法测定高吸水树脂对重金属离子的去除条件和去除效果。配制一定浓度的硫酸铜溶液，在一定体积的该溶液中加入设定量的高吸水树脂，搅拌一定时间后静置，待其达到吸附平衡后，测定吸附前后溶液的体积和溶液中重金属离子的浓度。（一）丙烯酸中和度对吸附的影响准确称取数份0.05g不同丙烯酸中和度时制备的SAR-Ⅰ样品，分别置于初始浓度均为80mg/L的Cu2+溶液中，研究丙烯酸中和度对高吸水树脂吸附容量的影响。高吸水树脂对铜离子的吸附量和脱除率都随丙烯酸中和度增大而增大。这主要是因为单体中和度增大时，树脂中的-COOH主要以配位能力强的-COO-存在，由于螯合作用使其表现出对铜离子较强的脱除作用，高吸水树脂本身具有三维网络结构，这种结构有利于拦截大于网格直径的重金属离子，加之高吸水树脂在重金属溶液中不但发生离子交换，也有对离子溶液的吸收，这几方面都会增加树脂的吸附容量和脱除率。（二）金属离子浓度对吸附的影响准确称取数份0.05g SAR-Ⅰ样品，分别置于初始浓度不同的Cu2+溶液中，研究金属离子浓度对高吸水树脂吸附容量的影响。（见图1）　　　图1铜离子浓度对SAR-Ⅰ吸附容量及脱除率的影响Fig.2.2Influence of concentration of Cu2+ on absorption capacity and ion deprivation of SAR-Ⅰ由上图可知，随着铜离子浓度的增加，吸附容量不断增加，而脱除率先增加后降低。对脱除率来说，树脂与溶液中存在吸附与解吸附的平衡，只有在一定铜离子浓度下，达到吸附与解吸附平衡时，才能达到最大脱除率。由图可知，当铜离子浓度为40 mg/L，树脂用量为0.05g的条件下，最高脱除率可达74.82%。（三）光电子能谱表征将吸附Cu2+的高吸水树脂烘干后进行光电子能谱分析，X射线类型：锥形阳极Mg Ka射线，X射线功率：180W，分析室的真空度：2×10-6 Pa，结果见图2。　　　图 2吸附Cu2+后SAR-Ⅰ能谱图Fig. 2.3 Energy spectrum for SAR-Ⅰon to Cu2+由上图中可以看出，在955.4eV处的峰应归属于Cu2p1/2，而935.2eV处的峰则归属于Cu2p3/2。由此可以判断铜离子已被高吸水树脂吸附在表面。三、结论研究了SAR-Ⅰ对重金属离子Cu2+的静态等温吸附性能，研究了不同丙烯酸中和度的产品、Cu2+浓度两个因素对吸附容量及脱除率的影响，结果表明：SAR-I对铜离子的吸附量和脱除率都随合成树脂时丙烯酸中和度增大而增大；随着铜离子浓度的增加，吸附容量不断增加，而脱除率先增加后降低；SAR-Ⅰ对重金属离子Cu2+吸附能力较好，并由XPS验证了铜离子在树脂上的吸附。高吸水树脂对Cu2+的吸附容量及脱除率的影响研究内蒙古乌海市第十中学邢建霞