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将水合氧化铁固载到树脂表面是处理含砷废水非常有前景的技术之一,但是由于Fe3+与强碱性阴离子交换树脂的静电相斥作用,至今为止没有公开的文献报道其在强碱性阴离子树脂上的固载方法。
本文成功地将水合氧化铁固载于大孔强碱性阴离子交换树脂D201和凝胶型强碱阴离子树脂N201上并制得新型除砷吸附剂D201-Fe和N201-Fe。研究了溶液pH值尤其是存在高浓度竞争离子(Cl-、HCO3-、SO42-)时对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)在D201-Fe及N201-Fe树脂上吸附行为的影响,并通过吸附等温线、吸附热力学、吸附动力学分析了As(Ⅲ)和As(Ⅴ)在两种树脂上的吸附行为。实验结果表明:
(一)D201-Fe对砷的吸附受pH值的影响较小,平衡吸附量在60-75mg/g之间,其中溶液pH对As(Ⅴ)的影响比As(Ⅲ)略大;在有Cl-、HCO3-、SO42-等竞争离子存在的情况下,D201对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的去除率仅为18.0%、8.5%,相反,D201-Fe对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的去除率则达到了96.8%、93.6%。D201-Fe对砷的高选择性正是由于固载于树脂上水合氧化铁与砷之间非常强的络合配位能力及树脂表面Donnan膜效应。静态动力学实验表明D201-Fe对砷的吸附符合准二级动力学模型,且能在40分钟内达到吸附平衡,表明该材料有着较好的动力学性能。静态吸附平衡实验表明,As(Ⅲ)和As(Ⅴ)在D201-Fe上的吸附符合Freundlich模型,As(Ⅲ)在N201-Fe上的吸附是放热过程,而As(Ⅴ)在D201-Fe上的吸附是吸热过程。动态吸附实验表明出水砷含量在50 ppb以下时D201仅能处理不到十个床体积。而D201-Fe较D201的处理能力大为增加,能处理高达5000个床体积,实验采用8%NaOH和4%NaCl的混合液对D201-Fe进行再生的效果较好。
(二)针对砷在地表水中主要以As(Ⅴ)存在,N201-Fe主要以As(Ⅴ)为吸附对象。N201-Fe在pH为6~9时对As(Ⅴ)的去除效果最佳,且受pH值的影响较N201小。在Cl-、HCO3-、S042-等竞争离子共存时,N201对As(Ⅴ)的去除率不到2%,而N201-Fe却高达90%。N201-Fe对As(Ⅴ)的高选择性归因于N201-Fe中水合氧化铁与As(Ⅴ)之间的络合配位能力及树脂表面的Donnan膜效应。静态实验表明N201-Fe吸附As(Ⅴ)的等温线符合Freundlich模型,热力学结果显示该吸附过程为吸热过程。动态穿透实验表明模拟水中的As(Ⅴ)经N201-Fe处理后可达到中国和美国的饮用水标准,且N201-Fe的吸附处理量较N201提高30多倍。吸附后采用8%NaOH和4%NaCl的混合液进行再生效果良好。