磁性树脂对重金属与有机酸复合污染体系的去除机理研究

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本文就磁性树脂在重金属与有机酸复合污染物去除中的应用进行了研究,选取柠檬酸钠和酒石酸钾钠作为电镀废水中有机络合剂的代表,研究了其对NDMC磁性阳树脂去除Cu(Ⅱ)的影响,选取Cu(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)为电镀废水中重金属的代表,研究了其对NDMP磁性阴树脂去除溶解性有机物(单宁酸)的影响,同时考虑了pH、无机盐、温度等因素对吸附行为的影响,最后将两种树脂以不同的组合方式进行联用,考察其对模拟电镀尾水深度处理的效果。研究结果表明:  对磁性阳树脂NDMC的研究发现,NDMC树脂的动力学性能明显优于商业树脂C106,二者对Cu(Ⅱ)的吸附动力学均符合准二级动力学方程,NDMC树脂的动力学速率常数k2值约为C106树脂的13倍,两种树脂对Cu(Ⅱ)的吸附过程均受到液膜扩散和粒内扩散的控制;NDMC树脂与C106树脂对Cu(Ⅱ)的吸附均符合Langmuir方程,吸附过程是自发的吸热反应,C106树脂的吸附容量高于NDMC树脂,但NDMC树脂对Cu(Ⅱ)具有超高亲和性。有机物的加入均会降低树脂对Cu(Ⅱ)的吸附速率;在pH=5时,溶液中氢离子竞争作用弱,NDMC树脂对Cu(Ⅱ)的吸附效果最好。柠檬酸钠与Cu(Ⅱ)易形成带负电络合物,会抑制Cu(Ⅱ)在NDMC与C106树脂上的吸附,而酒石酸钾钠与Cu(Ⅱ)形成的中性络合物会促进Cu(Ⅱ)在NMDC树脂上的吸附,同时NDMC树脂与C106树脂亦能通过骨架对中性络合物的亲和力和已经负载在树脂上铜的架桥作用去除酒石酸钾钠,NDMC上磁性颗粒有助于NDMC树脂对络合物的去除。由于阳离子对树脂交换点位的竞争效应,无机盐的加入会抑制NDMC树脂对Cu(Ⅱ)的吸附。NDMC树脂的再生稳定性良好,经过5次再生后交换容量仍然为新鲜树脂的92.7%。  NDMP、MIEX及D213树脂对溶解性有机物单宁酸的吸附动力学行为符合准二级动力学方程,NDMP树脂与MIEX树脂的吸附速率常数k2值分别是D213树脂的10.4和7.6倍,两种磁性树脂的动力学性能均远优于D213树脂,单宁酸在三种树脂上的吸附过程均受到液膜扩散和粒内扩散过程控制。单宁酸在三种树脂上的吸附等温线均符合Freundlich方程,显示出明显的优惠吸附的特征,D213树脂吸附容量要高于NDMP与MIEX树脂的吸附容量,树脂对单宁酸的吸附是自发的吸热过程。由于单宁酸离子化程度随着pH值升高而不断升高,因此使得单宁酸在NDMP树脂上的吸附量也随pH值升高而增加。预负载实验表明在单宁酸浓度低于80 mg/L时,Cu(Ⅱ)的去除主要由于单宁酸的吸附架桥作用;而在单宁酸浓度高于80 mg/L时,Cu(Ⅱ)的去除主要由络合物被树脂直接吸附引起;由于氯离子和硫酸根离子对活性位点的竞争,随着无机盐浓度的升高,单宁酸在NDMP和MIEX树脂上的吸附均会受到一定程度的影响。NDMP树脂经过8次循环使用后,吸附性能依然稳定。  树脂联用工艺对模拟电镀尾水中的复合污染物均能起到较好的去除效果,可以有效的减少深度处理中膜的污染,由于将两种树脂混合使用的工艺NDMC+NDMP可以仅在一个反应器内完成协同去除,所以其构筑物投资成本较低,经济可行性较好。
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