改性離子交換樹脂除砷方面的應(yīng)用

張萍+陳衛(wèi)+李曉晨+高雁

摘 要：本文結(jié)合砷污染現(xiàn)狀，對離子交換樹脂在砷污染水處理中的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，闡述了離子交換樹脂，特別是無機(jī)改性離子交換樹脂性質(zhì)及在砷污染水處理中的研究應(yīng)用現(xiàn)狀，并針對目前研究現(xiàn)狀中存在的問題了研究展望。

關(guān)鍵詞：砷污染；無機(jī)改性離子交換樹脂；水處理

中圖分類號：TU911 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）10-0010-02

砷污染是指由砷或其化合物所引起的環(huán)境污染。我國是受砷中毒危害最為嚴(yán)重的國家之一。2013年下半年，瑞士和中國研究人員在瑞士公布的一項最新研究成果顯示遭受砷污染的飲用水正在危害2000萬國人的健康[1]。因此，開發(fā)高效廉價的砷污染處理產(chǎn)品和技術(shù)成為砷污染治理的熱點(diǎn)之一，具有很大的社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境意義。

吸附法[2，3]是重金屬水污染處理方法中應(yīng)用最為廣泛、最有前景的技術(shù)之一。吸附法對重金屬有高效的去除能力，而且成本低廉，有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)可行性。在一定條件下，吸附劑可以解吸再生、重復(fù)利用，減少二次污染。相比于其它吸附劑，樹脂尤其是離子交換樹脂的優(yōu)點(diǎn)比較顯著，比如比表面積巨大，機(jī)械強(qiáng)度高，吸附容量大，再生簡單，成本低廉等。隨著對樹脂的廣泛研究和推廣應(yīng)用及新型吸附材料的研究進(jìn)展，不少學(xué)者嘗試對樹脂進(jìn)行改性得到新型高效吸附劑處理水中的重金屬（包括砷）污染。

本文主要對改性離子交換樹脂對水中砷污染處理的研究進(jìn)展進(jìn)行較為系統(tǒng)的分析，并對存在問題的解決途徑及今后的研究方向作為進(jìn)一步展望。

1 離子交換樹脂除砷方面的應(yīng)用研究

離子交換樹脂是一類帶有功能基的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子化合物，其結(jié)構(gòu)由三部分組成：不溶性的高分子三維空間網(wǎng)狀骨架、連接在骨架上的功能基團(tuán)和功能基團(tuán)所帶的相反電荷的可交換離子。近年來，很多實驗室研究通過改變吸附條件和改善樹脂結(jié)構(gòu)來提高離子交換樹脂的去除效果，很多研究已經(jīng)達(dá)到商業(yè)化水平，被廣泛應(yīng)用于實際水處理中。

胡天覺[4]等合成制備了一種對As（Ⅲ）離子高效選擇性吸附的螯合離子交換樹脂，研究了該螯合樹脂從含砷溶液中脫除砷的最佳條件.結(jié)果表明：該樹脂吃飯含As（Ⅲ）5g/L的溶液脫砷率高于99.99%，脫砷溶液中砷含量完全達(dá)標(biāo)。 Anirudhan[5]等制成了一種新型的陰離子交換劑CP-AE，通過實驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)As（V）的初始濃度為1mg/L時，陰離子交換劑對As（V）的最大去除率可達(dá)99.2%。Korngold[6]等研究了Purolite-A-505和Relite-490兩種強(qiáng)堿性樹脂對砷的去除效果，結(jié)果表明后者由于連接有乙基、丙基或其它更長的官能團(tuán)，對H2AsO4-以及HAsO42-的親合力更強(qiáng)。有機(jī)離子交換劑聚苯乙烯強(qiáng)堿型陰離子交換樹脂，在美國新墨西哥州的Albuquerque市的生活飲用水除砷中得到了應(yīng)用。

2 無機(jī)改性離子交換樹脂除砷實際應(yīng)用研究

由于砷在水體中的分布形式主要是以離子形態(tài)存在，而傳統(tǒng)的陰離子交換樹脂對五價砷有一定的去除效果，但是對于三價砷的去除效果并不理想。隨著對離子交換樹脂改性技術(shù)和實驗研究，利用改性離子交換樹脂去除水中的砷的研究工作也越來越多。

當(dāng)前，對傳統(tǒng)離子交換樹脂進(jìn)行無機(jī)改性，研究主要集中在將金屬氧化物或金屬化合物負(fù)載到樹脂上，從而提高其對重金屬的選擇性。大量研究表明[13]：將鐵、鋅、鈦、鋁、錳等金屬氧化物負(fù)載到離子交換樹脂上后，通過配位絡(luò)合作用與重金屬離子吸附結(jié)合，而且由于這種吸附是特異性的內(nèi)層吸附，因此不易受離子強(qiáng)度或其它離子的干擾。而且由于金屬氧化物的兩性特征，在不同的pH條件下，它們所帶電荷會有所不同，因此對水中的重金屬陽離子或陰離子都能發(fā)揮其吸附性能。

趙雅萍[7]等利用載Fe（Ⅲ）和La（Ⅲ）-氨基膦酸型螯合樹脂選擇性吸附水中痕量As（Ⅴ），動態(tài)實驗表明，載Fe（Ⅲ）的螯合樹脂是一種有前景的飲用水除As（Ⅴ）的吸附劑。De Marco M J[8]等采用水合氧化鐵（HFO）對陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂進(jìn)行改性后，對兩種形態(tài)的砷都很好的吸附選擇性，出水砷濃度很低。Lenoble[9]等制備出負(fù)載MnO2的聚苯乙烯樹脂，在中性條件下對As（Ⅲ）和As（Ⅴ）吸附容量為53mg/L和22mg/L。張貞發(fā)[10]等采用浸漬法用Fe（Ⅲ）對D401螯合樹脂進(jìn)行改性，實驗結(jié)果顯示，F(xiàn)e（Ⅲ）改性D401螯合樹脂可將水中1mg/L的砷含量降至0.01mg/L以下，并可用稀鹽酸再生，再生率達(dá)94%。徐偉[12]等也研究了用Fe（Ⅲ）改性的大也已弱堿性陰離子樹脂D301對飲用水中As（V）的吸附性能，結(jié)果表明，在pH<10時，D301-Fe對As（V）有較強(qiáng)的吸附性能，共存離子影響不大。

潘丙才[13，14]等把大孔強(qiáng)堿性離子交換樹脂D201作為載體，利用FeCl3-HCl-NaCl溶液特有的性質(zhì)制備出一種新型樹脂基水合氧化鐵復(fù)合材料（D201-HFO），研究結(jié)果表明，D201-HFO性能優(yōu)良、穩(wěn)定，是一種有廣泛應(yīng)用前景的除砷吸附劑。離子交換樹脂經(jīng)過改性后，一般都帶有能與重金屬進(jìn)行專屬吸附的基團(tuán)或配位原子，尤其是抗離子干擾能力強(qiáng)，對重金屬的選擇性優(yōu)于傳統(tǒng)的離子交換樹脂。

美國的SenGupta[15，16，17，18]等也利用金屬化合物（HFO/Fe3O4、HFO、HFO/ZrO2）對離子交換樹脂進(jìn)行了改性，研究其除砷性能，結(jié)果表明，改性后的離子交換樹脂對砷有很好的吸附選擇性。不僅如此，還在研究的基礎(chǔ)上，開發(fā)了化的除砷樹脂ArsenXxp，對商業(yè)化除砷進(jìn)行了實際應(yīng)用研究。

3 結(jié)語

隨著人們對離子交換樹脂改性研究的深入進(jìn)行，制備出許多有效的除砷劑。而這些改性樹脂也由于其機(jī)械強(qiáng)度高、比表面積大、抗沖擊能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，顯示出良好的發(fā)展前景和推廣應(yīng)用價值。

綜上所述，今后對改性離子交換樹脂的研究可以從以下幾個方面進(jìn)一步深入：

（1）繼續(xù)開發(fā)成本低廉、易操作、可控性強(qiáng)的新型改性樹脂，研發(fā)成型產(chǎn)品并推廣應(yīng)用；（2）根據(jù)不同的樹脂和化合物，可研究多種物質(zhì)的復(fù)合改性劑，針對某種污染物（比如砷），研發(fā)強(qiáng)效吸附劑產(chǎn)品；（3）改性離子樹脂對水中重金屬的處理研究中可引入多目標(biāo)污染物及重金屬與有機(jī)物共存的復(fù)合體系；（4）針對目前我國重金屬污染狀況，研究拓展改性離子交換樹脂在其它領(lǐng)域（如：土壤修復(fù)）等領(lǐng)域中的作用和效能。

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