引用本文:王佳琳,付秋平. C107e树脂对重金属离子的吸附行为研究[J].化学试剂, 2024, 46(12):62-70.
背景介绍
酸性矿山废水中包含Fe、Cu、Pb、Zn等重金属,对人类健康和环境安全构成严峻威胁。含特定官能团的离子交换树脂具有吸附容量高、吸附速率快、操作简单的特点,对金属离子可表现出不同的亲和力,实现选择性吸附,减去其负面影响。漂莱特C107e中的羧基官能团(-COOH)能为去除金属离子提供吸附点位,且不溶于酸性废水、与酸性废水中游离的酸根离子结构相似,吸附表现更为稳定。然而,目前酸性官能团树脂在弱酸介质中对重金属离子的选择吸附性能及吸附动力学暂不明晰。因此,有必要开展相关研究。
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文章亮点
1.本文以含有羧基官能团的离子交换树脂C107e作为吸附材料,用含Cu2+、Fe2+、Pb2+、Zn2+的乙酸溶液模拟弱酸性矿山废水进行动态吸附实验,分析评价其吸附性能,验证含有酸性官能团的离子交换树脂对酸性废水中重金属离子选择性吸附的可行性;
2.通过4种数学模型对穿透曲线进行拟合,筛选拟合效果更优的数学模型;
3.提供一种利用离子交换树脂选择性吸附重金属离子的有效方法,对降低酸性废水中金属污染物的风险有着理论价值和实践意义。
内容介绍
1 实验部分
1.1 主要仪器与试剂
1.2 实验方法
1.2.1 吸附实验
1.2.2 吸附性能评价
1.2.3 穿透曲线
固定床柱的吸附穿透曲线是多组分混合溶液流经固定床后,各个组分的出口浓度与入口浓度之比(C/Ci)随床层体积(BV)变化的曲线,一般呈“S”型,反映了动态吸附的动力学过程。
1.2.4 穿透曲线模型
用于预测吸附质在固定床上的动态吸附行为的经验模型被称为穿透曲线模型,它为吸附柱结构参数的设计和优化以及工业生产提供数据支持[24,25]。常见的模型有Adams-Bohart模型、Thomas模型、Yoon-Nelson模型[26-28]。
2 结果与讨论
2.1 吸附性能评价
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2.2 模型拟合
2.2.1 Adams-Bohart模型
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2.2.2 Thomas模型
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2.2.3 Yoon-Nelson模型
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2.2.4 MDR模型
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3 结论
C107e树脂在乙酸介质中吸附4种重金属离子的亲和力排序为Pb2+>Cu2+>>Fe2+>Zn2+。经过48 h的吸附,Pb2+、Cu2+、Fe2+、Zn2+的总吸附容量达到39.83、38.98、32.00、29.99 mg/g,说明该树脂对以上离子具备良好的选择吸附性能,为后续酸性废水治理提供了新思路。Thomas、Yoon-Nelson和MDR模型均能较好地描述4种重金属离子的穿透曲线,但适用场景不同,其中Yoon-Nelson模型可预测给定出口浓度下可处理的含金属离子的废水体积,可用于实际吸附工艺设计;MDR模型适用于拟合穿透曲线的初始部分;Thomas和MDR模型预测的饱和吸附容量均与实验所得数值有较大误差,不具备参考价值。
