含醚键离子交换树脂对Cu_2_和Pb_2_的吸附性能研究_杨明平
第19卷第3期2004年 9月
湖南科技大学学报(自然科学版)
Journal of Hunan Un ivers ity of Sc ien ce &T echnology(N atural Science Ed ition)
Vol.19No.3
Sept. 2004
收稿日期:2003-10-15
作者简介:杨明平(1966-),男,湖南永顺人,湖南科技大学副教授,主要从事化学工程研究.
含醚键离子交换树脂对Cu 2+和Pb 2+的吸附性能研究
杨明平, 傅勇坚, 黄念东
(湖南科技大学化学化工学院,湖南湘潭411201)
摘 要:研究了含醚键的离子交换树脂对重金属离子Cu 2+和Pb 2+的吸附性能,分析了该离子交换树脂的吸附动力学,对吸附时间、Cu 2+离子和Pb 2+离子浓度及p H 值等因素对该树脂吸附性能的影响作了系统考察,并对该离子交换树脂的吸附机理及再生方法进行了初步探讨.结果表明,在温度为25e 、pH 值为4.5的条件下,该离子交换树脂对Cu 2+和Pb 2+离子的吸附容量可达到2.3mol/k g 左右,去除率均可达到97.5%以上,并适合处理含低浓度Cu 2+离子或Pb 2+离子的废水.吸附了重金属离子的离子交换树脂可用5%~10%的盐酸再生并回收重金属离子.图2,表4,参10. 关键词:离子交换树脂;吸附性能;重金属离子;吸附机理;再生方法
中图分类号:X703.1 文献标识码:A 文章编号:1672-9102(2004)03-0074-04
重金属离子对人和动物具有很高的危害性,早就成了环境中严格控制的元素.在处理含重金属离子废水的研究及应用中,离子交换法是处理含重金属离子废水的重要方法之一
[1-8]
.作者在处理含重金属离子
废水的研究中,以苯氧基乙酸和甲醛为原料合成含醚键的离子交换树脂来处理含Cu
2+
和Pb
2+
离子的废水,
研究了该离子交换树脂对水中Cu 2+
和Pb 2+
离子的吸
附性能,对该离子交换树脂的吸附动力学进行了分析,并从吸附时间、溶液pH 值及溶液浓度对吸附的影响进行了探讨,同时还对该离子交换树脂的吸附机理和再生方法进行了考察,获得了满意的效果.该方法具有吸附速度快、吸附容量大及再生容易等优点,适合处理含低浓度Cu 2+离子或Pb 2+离子的废水.
1 实验
1.1 主要仪器及试剂
FA1604S 型分析天平;PHS -3C 型酸度计;722型分光光度计;HY -1型振荡器;CS -501SP 型数显超级恒温器.
苯氧基乙酸、氢氧化钠均为CP 级;甲醛、浓硫酸、甲酸均为工业级;CuSO 4#5H 2O 和Pb (NO 3)2均为AR
级,分别配制成含C u
2+
、Pb
2+
离子0.5mol #L
-1
的标准
溶液作为储备液.
1.2 含醚键离子交换树脂的制备
参考文献[9],取35g 苯氧基乙酸溶于150mL 甲
酸和50mL 甲醛的混合液中,并加入15mL 浓硫酸,搅拌下水浴加热至85e ~95e 反应约3h,冷却后抽滤出固体酚醛树脂,然后将合成的酚醛树脂用5%NaOH 浸泡4~5h,水洗至近中性,乙醇萃取2h,得淡黄色粉末状产物,即含醚键的离子交换树脂,将该离子交换树脂干燥研细过40目筛备用.其制备过程的总反应方程式如下:
q
)OC H 2C O 2H HCHO,HCOO H
H 2SO 4
R )
OC H 2C O 2H
NaOH
R )OC H 2CO 2Na
式中R 为酚醛树脂母体.1.3 功能基-C O 2H 含量的测定
参考文献[10]的方法进行测定,测得-CO 2H 含量为
5.68mol/kg 树脂,相当于-C O 2Na3.81mol/kg 树脂.1.4 吸附性能实验
实验方法:准确称取0.5g 离子交换树脂置于带
塞的锥形瓶中,加入少许去离子水充分溶胀树脂2h,然后加入50mL0.01mol#L-1的含Cu2+离子或Pb2+离子溶液,用1mol#L-1HCl及20%NH3调节溶液的pH 值为4.5,并在振动器上进行振动吸附.根据吸附前后溶液中Cu2+离子或Pb2+离子浓度的变化,计算Cu2+离子或Pb2+离子的去除率和吸附容量.
分析方法:Cu2+离子和Pb2+离子的浓度采用二甲酚橙显色)分光光度法测定.
2结果与讨论
2.1含醚键离子交换树脂的吸附动力学
在浓度均为0.01mol#L-1的Cu2+和Pb2+离子溶液中,分别加入0.5g离子交换树脂,控制溶液的pH 值为4.5,在25e和35e的条件下,分别考察含醚键离子交换树脂对Cu2+和Pb2+离子的吸附量与吸附时间的关系,结果见表1.
表1不同温度下吸附量与吸附时间的关系
Tab.1Relationship between adsorbing amount and
ti me under different temperature
时间/h
25e
Cu2+
/(mol/kg)
Pb2+
/(mol/kg)
35e
Cu2+
/(mol/kg)
Pb2+
/(mol/kg)
00.060.60.08 1.22
0.5 1.90 1.84 2.10 2.43
1.0
2.12 2.38 2.32 2.58
1.5
2.24 2.46 2.35 2.63
2.0 2.26 2.58 2.37 2.66
由表1可以看出,温度对含醚键离子交换树脂的吸附性能有一定的影响.吸附初期随着吸附温度的提高,该离子交换树脂对Cu2+和Pb2+的吸附速率明显加快,但吸附约1h后则影响较小,吸附量变化不大.说明无论在何种温度下,吸附1.5h之后就基本达到吸附平衡.同时随着吸附温度的提高,该离子交换树脂对这两种离子的平衡吸附量均有不同程度的提高,说明吸附过程为吸热过程.该树脂对Cu2+离子和Pb2+离子的等温吸附实验结果见图1和图
2.
由图1和图2可以看出,金属离子的浓度同金属离子的吸附容量的比值(C/Q)与溶液中金属离子的浓度C之间呈现较好的线性关系,说明该离子交换树脂对Cu2+离子和Pb2+离子的吸附具有Langmuir特征.
2.2饱和吸附量
在浓度均为0.01mol#L-1Cu2+离子和Pb2+离子的溶液中,25e条件下各加入0.5g含醚键的离子交换树脂,控制溶液pH值为4.5,振荡吸附3.5h后,测定溶液中Cu2+离子和Pb2+离子的浓度.然后根据吸附量的计算公式进行计算,得知该含醚键的离子交换树脂对Cu2+离子和Pb2+离子的饱和吸附量分别为2.29 mol/kg、2.59mol/kg.由此可知,该树脂对这两种离子的吸附选择性为Pb2+>Cu2+.
2.3pH值对吸附性能的影响
在浓度均为0.01mol#L-1的Cu2+、Pb2+离子溶液中,25e条件下各加入0.5g含醚键的离子交换树脂,考察不同pH值下该离子交换树脂对Cu2+离子和Pb2+离子的吸附性能.结果见表2.
表2pH值对重金属离子去除率的影响
Tab.2E ffect of adsorbin g ratio under different p H value
pH 3.0 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0
Cu2+的去除率/%70.498.398.197.697.597.5
Pb2+的去除率/%68.591.497.898.798.398.1由表2可以看出,以含醚键的离子交换树脂作为吸附材料时,溶液的pH值对这两种金属离子的去除率有较大的影响.在pH值小于4的酸性条件下,Cu2+离子和Pb2+离子的去除率偏低;在pH值大于4.5的弱酸性条件下,Cu2+离子和Pb2+离子的去除率较高,其去除率均在97.5%以上.该离子交换树脂对这2种离子吸附的最佳pH值分别为C u2+4.0、Pb2+5.0.
2.4C u2+离子和Pb2+离子浓度对吸附性能的影响
表3树脂对两种离子的去除率
Tab.3Adsorbi ng ratio of resin for two ions
浓度/(5@10-3mol#L-1)2345 Cu2+的去除率/%98.091.480.260.5
Pb2+的去除率/%100.094.779.254.6
25e条件下,分别取不同浓度的C u2+、Pb2+溶液各50mL,并控制溶液的pH值为4.5、离子交换树脂的加入量0.5g,考察不同浓度下含醚键的离子交换树脂对Cu2+和Pb2+的去除率,结果见表3.
由表3可以看出,以含醚键的离子交换树脂作为吸附材料,低浓度时该离子交换树脂对Cu2+离子和Pb2+离子具有较高的去除率,因此该树脂适合于处理含低浓度Cu2+离子或Pb2+离子的废水处理.
2.5吸附机理
以苯氧基乙酸及甲醛等为原料合成的含醚键的离子交换树脂,其分子结构中含有羧基、羟基、醚基等活性功能基团.这些活性功能基团可与金属离子进行络合反应及离子交换反应,从而实现对金属离子的吸附;同时该离子交换树脂还存在一定的比表面积,对金属离子具有一定的表面吸附作用.但主要的吸附形式为络合吸附.
2.6离子交换树脂的再生
吸附了Cu2+离子和Pb2+离子的含醚键的离子交换树脂,可以方便地用5%~10%的稀盐酸进行再生处理,同时可定量地回收C u2+离子和Pb2+离子,见表4.
表4再生次数与吸附量的关系
Tab.4Relationship between regeneration ti mes and
adsorbing amount
再生次数1234
吸附量/(mol/d) 2.27 2.25 2.24 2.20
注:25e,Cu2+
由表4可知,该树脂经过4次再生处理后对Cu2+吸附量的变化较小,说明该树脂具有较高的稳定性.
3结论
以苯氧基乙酸及甲醛等为原料合成的含醚键的离子交换树脂在温度为25e、pH值为4.5的条件下,对Cu2+离子和Pb2+离子具有较好的吸附性能,其饱和吸附量可达2.3mol#kg-1左右,去除率可达97.5%以上,吸附达到平衡的时间约1.5h.
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Study on adsorption properties of ion exchange resin containing
ether linkage for Cu2+and Pb2+
YANG Ming-ping,FU Yong-jian,HUANG Nian-dong
(School of Chemistry and Chemical Engineering of Hunan University of Science and Technology,Xi angtan411201,China)
Abstract:The adsorption properties of ion exchange resin containing ether linkage were studied for heavy metal ions such as Cu2+and Pb2+.Adsorption dynamics of the ion exc hange resin was analysed,the effects of adsorption properties for adsorb-ing time,Cu2+and Pb2+concentration,pH value were investigated,the adsorption mechanism and regeneration method of the ion exchange resin were also discussed primarily.The results showed that adsorption amount of this resin for Cu2+or Pb2+was 2.3mol/d or so,and the adsorption ratio for Cu2+or Pb2+was over97.5%under the condition of temperature25e and pH value4.5,and waste water treatment containing low C u2+or Pb2+concentration was especially fitable with the ion exchange resin.The resin adsorbing heavy metal ions can be regenerated by5%~10%hydrochloric,and hea vy metal ions can be re-trieved.2figs.,4tabs.,10refs.
Key words:ion exchange resin;adsorption property;heavy metal ion;adsorption mechanism;regeneration method
Biography:YANG Ming-ping,male,born in1966,asssociate professor,chemistry engineering.
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Study on the thermal characteristics of toner prepared by the suspension
copolymerization method
XIA Chang-bin,LIU Xiao-ping,HUANG Nian-dong,SHI Hong-wen (School of Chemis try and Chemical Technol ogy,Hunan Univers ity of Science and Technology,Xiangtan411201,China)
Abstract:The thermal characteristics of toner were introduced.The relations of toner composition with glass transition temperature,softening temperature and melting inde x were investigated.The glass transition temperature of polymerization toner were tested,and compared with calculational value.The results show that the glass transition te mperature of toner is about62-74e when the ratio of St to B A is3-5,stirring speed is1000r/min,ultrasonicdispersion time is15min,the ratio of water to oil is7,the dosage of PVA is4%and the polymerization temperature is85e.The thermal characteristics of polymerized toner can meet with the commercial requirements.6figs.,1tab.,10refs.
Key words:ferrpferric oxide;carbon black slurry;toner;suspension copolymerization
Biography:XI A Chang-bin,male,born in1960,Dr.,professor,chemical engineering.