离子交换树脂法处理氧化还原滴定废液金属离子研究分析

摘要

本论文对离子交换树脂法处理氧化还原滴定废液的金属离子性能和机制进行潜在分析。首先通过文献综述研究离子交换树脂的组成、结构、分类、吸附污染物过程研究及性能影响因素。发现离子交换树脂高分子骨架键连的功能化基团是影响金属离子吸附的关键因素，并受pH、共存物质、脱附和再生性能及相关工艺参数影响。目前尚未有探究离子交换树脂吸附氧化还原滴定废液金属离子的研究，但目前有典型案例分析了离子交换树脂去除不同种类的金属离子。研究结果表明，目前常用的离子交换树脂及其改性材料对铁离子、铁络合物、Cr(VI)、Ca²⁺、Mg²⁺等单一或者两种复杂的金属离子能够表现出优异的吸附性能，但对于氧化还原滴定废液中含有的多种金属离子复杂体系效果则可能会比较差，而这需要开发新型高效的改进型离子交换树脂用于氧化还原滴定废液中金属离子的去除。

关键词　氧化还原滴定；废液；离子交换树脂；金属离子

Abstract

The study analyzed the properties and mechanisms of metal ions treated by ion-exchange resin in REDOX titration wastes via reviewing the literature. It was found that the functional groups bonded by the polymer skeleton of ion-exchange resin were the key factors affecting the adsorption of metal ions, and are affected by pH, coexisting substances, desorption and regeneration properties, and related technological parameters. Currently, there is no research on ion exchange resin adsorption of metal ions in REDOX titration waste liquid, but typical cases are used to analyze ion exchange resin removal of different kinds of metal ions. As reported in previous studies, ion exchange resin had demonstrated its great potential in removing Fe²⁺/Fe³⁺, Cr (VI), Ca^2+, and Mg²⁺, but behaved sluggishly in removing polluted systems containing multiple heavy metals. Because of multiple heavy metals in redox titration waste liquid, a novel and efficient strategy demanded to be developed to remove metal ions from REDOX titration waste solution.

Keywords　Keywords redox titration; waste liquor; ion exchange resin; metal ions

1 前言

树脂，是指一类具有三维立体网状结构的高分子聚合物骨架，骨架上键连组分的不同使得其能够对不同的物质表现出不同的亲和力，进而达到吸附和交换离子的作用^[1-3](如图１-1)。根据骨架键连结构和组成所起功能作用的不同，根据与其他化合物的相互反应机制（可能存在酸碱反应、络合反应、氧化还原反应等），离子交换树脂可分为氧化还原类、酸类（强酸和弱酸）、碱类（强碱和弱碱）、两性类（同时含酸性和碱性组成）和络合性等五种大类^[4-6]，具体如表1-1所示。

如表1-1所示，离子交换树脂中骨架键连组成和结构性质的不同使得其表现出对包含重金属离子、阳离子、阴离子、有机污染物等不同的性质。其中，酸类离子交换树脂中骨架上接连的官能团能够解离产生质子，这些键连官能团解离质子后带负电，能够与污水等体系中带正电的金属离子通过静电吸附等作用结合起来^[^7-10]。与此同时，这些酸性官能团含有硫、氧等元素，譬如羟基、羧基等解离质子后的产物能够与一些金属阳离子发生沉淀、共沉淀、络合等作用，进而到达吸附重金属离子的作用。强酸和弱酸性官能团的不同导致离子交换树脂适合使用的条件不一致。强酸类离子交换树脂在较低pH条件下便能够对金属阳离子起吸附作用，而弱酸性离子交换树脂可能只有在中性甚至碱性的条件下才能够对金属阳离子起吸附作用。

与酸性离子交换树脂相反，碱性离子交换树脂主要用于吸附去除反应体系中的阴离子金属。其主要反应机制为，碱性离子交换树脂的官能团在酸性或者中性反应条件下，通过骨架键连官能团的碱性来吸附质子，从而使其带正电，进而通过静电吸附等作用机制来吸附去除阴离子。其中，强碱类离子交换树脂适应的pH更广，弱碱性离子交换树脂可能只有在酸性或中性条件下才能对阴离子起作用^[^11-13]。

络合类树脂，其主要起作用的功能组成是高分子聚合物骨架上键连的一系列含N、O、S、P等原子的官能团，其能够通过与金属离子形成络合物来达到去除的目的^[^14-16]。不同类型官能团与不同金属离子形成配位键能力和强度的不同，使得其对不同金属离子的去除表现出一定的选择性。如表1-2所示，根据离子交换树脂键连功能基团起作用配位原子的不同，络合类的离子交换树脂可分为含氧型、含氮型、含硫型、含膦型、混合型等。

结论与展望

本论文对离子交换树脂处理氧化还原滴定废液的金属离子性能和机制进行潜在分析。首先通过文献综述研究离子交换树脂的组成、结构、分类、吸附污染物过程研究及性能影响因素。调查结果发现，离子交换树脂的功能化基团能够通过静电吸附、络合成键等与金属离子发生离子交换反应，进而吸附金属离子。离子交换树脂吸附金属离子的影响因素主要有pH、溶液共存物质、离子交换树脂组成和结构、具体应用工艺参数及离子交换树脂的脱附和再生性能。针对氧化还原滴定废液中含有的Cu²⁺、Cu⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、AsO₄^3-、AsO^2-、Cr₂O₇^2-、Cr³⁺、MnO₄^-、Mn²⁺等金属离子及其络合溶液，离子交换树脂应能够表现出优异的去除性能。根据目前的文献调研，发现D001、201X7等离子交换树脂能够有效去除复杂体系中的铁离子及其络合产物，例如Fe(CN)₆^4-和Fe(CN)₆^3-等。采用nZVI改性离子交换树脂、PDA修饰nZVI负载离子交换树脂等，能够有效去除废水体系中的Cr(VI)。由于氧化还原滴定废液中可能含有多种金属离子，这就需要制备高性能的吸附剂能够同步有效地去除多种金属离子，但现在的反应体系且能够选择性去除一种或两种金属离子，这就需要制备高性能的改进型离子交换树脂用于氧化还原滴定废液中多种复杂金属离子的去除。

参考文献略

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