第41卷第9期2013年5月
广州化工
Guangzhou Chemical Industry
Vol.41No.9
May.2013离子交换树脂处理重金属废水的研究进展
陈锦绣，李辉辉
(广州市金牛环保科技有限公司，广东广州510663)
摘要：当前重金属废水排放形势日益严峻，废水处理技术也在不断的更新，离子交换树脂的方法得到较广泛的关注和应用，综述主要介绍了离子交换树脂的分离机理和简单工艺技术及其在重金属废水处理方面的研究和应用，介绍了近年来国内外采用离子交换树脂处理重金属废水的研究发展和研究成果，并针对该技术方法研究方向提出一些看法。
关键词：离子交换树脂；废水处理；研究进展
中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1001－9677（2013）09－0044－02
Application and Progress of Ion Exchange Resins in Treatment of Wastewater
CHEN Jin－xiu，LI Hui－hui
（Guangzhou Gold Bull Environmental Protection Technology Co.，Ltd.，
Guangdong Guangzhou510663，China）
Abstract：As current increasingly grim situation of heavy metal wastewater discharge，wastewater treatment technologies were constantly updated.The method of ion－exchange resin was more widely used.Ion－exchange resins including their separation mechanism and application in the extraction process from wastewater in resent years were briefly introduced. The progress of research in treatment was introduced and analyzed as well as the existed problems.Some advices and em-phases in the field of research especially for the application of ion－exchange resins were put forward.
Key words：ion－exchange resins；treatment of wastewater；progress of research
随着现代工业的高速发展，工业废水的排放量日益增加，水质越来越复杂，其中有些属于致癌、致畸或致突变的剧毒物质对人类危害极大［1］。纵然污染日益复杂，科技发展速度也是很快，废水处理技术日新月异。废水的传统处理方法有氧化法、中和沉淀法、吸附离子交换法、膜处理技术、不溶性络合物法、电解法、气浮法和生物处理技术等［2］，其中离子交换树脂处理废水的应用和研究备受关注，本文主要综述离子交换树脂在废水处理中的应用及研究进展［3］。
1离子交换树脂
离子交换树脂是一种在交联聚合物结构中含有离子交换基团的功能高分子材料。按交联聚合物的不同品种，离子交换树脂可分为苯乙烯系、丙烯酸系、酚醛系、环氧系、乙烯吡啶系、脲醛系、氯乙烯系等；按树脂形态的不同可分为凝胶型和大孔型两种；另外，根据离子交换树脂所含官能团的性质又可分为强酸、弱酸、强碱、弱碱、螯合、酸碱两性和氧化还原型等七类；按用途还可分为水处理用树脂、药用树脂、催化用树脂、脱色用树脂、分析用树脂以及核子级树脂等［4］。
由于废水排放标准日益严格，废水处理正向着离子交换方向发展。应用离子交换树脂进行工业废水处理，不仅树脂可以再生，而且操作简单、工艺条件成熟、流程短，目前在废水处理方面得到了大量应用。在工业废水处理中，离子交换树脂主要用于回收重金属、贵金属和稀有金属，净化有毒物质，除去有机废水中的酸性或碱性的有机物质如酚、酸、胺等［5］。2离子交换技术及过程
2.1离子交换技术［6］
离子交换法是利用重金属离子与离子交换树脂发生离子交换，使废水中重金属浓度降低，从而使废水得以净化的方法。离子交换树脂交换吸附饱和后进行再生。再生是利用再生剂中的离子在浓度占绝对优势的情况下，将离子交换树脂上的离子洗脱下来，使离子交换树脂恢复其交换能力。
2.2离子交换过程［6］
离子交换技术是一种液相组份分离技术，具有优异的分离选择性与很高的浓缩倍数，操作方便，效果突出。因此采用离子交换可以实现从废水中去除重金属离子，或分离物质。在应用离子交换处理重金属废水过程中。离子交换过程可分为以下几个步骤：
①废水中的重金属离子通过对流和扩散到达树脂表面的静止液膜；
②重金属离子通过静止液膜扩散到树脂表面；
③重金属离子在树脂内部进一步扩散；
④扩散进入的重金属离子与树脂上的可交换离子发生交换；
⑤交换下的离子在树脂内部扩散；
⑥交换下的离子通过静止液膜扩散进入溶液；
⑦交换下的离子在溶液中对流、扩散。
离子交换过程的总速度取决于上述步骤中最慢的步骤，一
第41卷第9期陈锦绣等：离子交换树脂处理重金属废水的研究进展45
般情况下，步骤①⑦速度相对较快，可忽略不计。步骤②⑥一般称为外扩散，步骤③⑤为内扩散，步骤④为离子交换化学反应。
3离子交换树脂在重金属废水处理中的应用
3.1重金属废水来源及处理方法
重金属废水主要来源于电镀、机械加工、矿山开采业、钢铁及有色金属的冶炼和部分化工企业。由于重金属在环境中的不可降解性及其对人类和环境的危害，因此对于重金属废水的排放必须符合有关排放标准［6］。
目前，世界各国重金属废水处理方法主要有三类：第一类是废水中重金属离子通过发生化学反应除去的方法，包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、铁氧体共沉淀法、化学还原法、电化学还原法和高分子重金属捕集剂法等。第二类是使废水中的重金属在不改变其化学形态的条件下进行吸附、浓缩、分离的方法，包括吸附、溶剂萃取、蒸发和凝固法、离子交换和膜分离等。第三类是借助微生物或植物的絮凝、吸收、积累、富集等作用去除废水中重金属的方法，其中包括生物絮凝、生物化学法和植物生态修复等［6］。
其中，离子交换技术能有效地去除废水中的重金属，净化后出水中重金属离子浓度远低于化学沉淀法处理后出水中重金属离子的浓度，通过再生，回收再生后溶液，可以实现重金属的回收，降低重金属离子进入环境的风险，同时也避免采用化学沉淀法处理重金属废水时产生的大量污泥［6］。
离子交换树脂对废水中重金属离子的选择性分离，可以更好地实现废水中重金属离子的处理和重金属离子的回收。因此对废水处理用的离子交换树脂的研究开发一直发展迅速。
3.2离子交换树脂处理重金属（Cu2+）废水
在电镀、电子、矿山以及有色金属冶炼、机械加工等行业的生产过程中，均会产生各种铜废水。较高浓度的Cu对生物体有毒，其影响随有机体种类很不相同。海草及软体动物对Cu2+特别敏感，它们的安全浓度小于10μg/L。排入水体的Cu2+可通过食物链被生物大量富集，人体摄入过量Cu2+会导致腹痛，呕吐，肝硬化等［3］。
宋吉明等［7］采用胺基磷酸整合树脂对弱酸性电镀废水中的铜、镍离子与其他螯合树脂相比具有较强的吸附性能。胺基磷酸螯合树脂由H+型转为Na+型后，对Cu2+的吸附提高31.9%。实用装置结构简单、操作方便。处理后水质Cu2+≤0.15mg/L。
杨明平等［8］以苯氧基乙酸和甲醛为原料合成含醚键的离子交换树脂来处理含Cu2+的废水，经过对该离子交换树脂的吸附动力学进行了分析，并从吸附时间、溶液pH值及溶液浓度对吸附的影响进行了探讨，研究得出该种离子交换树脂在温度25ħ、pH值为4.5的条件下，对Cu2+具有较好的吸附性能，其饱和吸附量可达2.3mol·kg－1左右，去除率可达97.5%以上。
张剑波等［9］选用多种大孔强酸型离子交换树脂，通过测定各种树脂对铜离子的去除率、不同铜离子浓度和溶液pH值对去除率的影响，以及各树脂再生性能的比较，表明“争光”、“强酸1号”和PK208树脂性能最为突出，效果明显优于其它几种树脂，其离子交换性能稳定，交换容量大，树脂溶胀率小，有良好的再生性，对Cu2+的吸附去除能力完全可达到要求，净化后水的［Cu2+］低于0.1μg/mL，可用于含铜废水的净化处理。王瑞祥等［10］水的处理，进行了研究，结果表明，此方法能有效浓缩回收Cu－EDTA和游离EDTA。
李磊［11］研究结果表明3350H树脂对铜络阴离子的交换吸附－脱附效果稳定，处理后废水中铜的质量浓度降至20mg/L 左右，铜的去除率在96.97% 97.75%，脱附率为98.47% 99.14%左右。树脂在使用过程中，无破碎现象，机械强度良好。
Li－Chun Lin等［12］采用带有亚胺基二乙酸官能团的螯合离子交换树脂Chelex100和Amberlite IRC748（formerly，IRC 718）从水溶液中置换出Cu2+和Zn2+，认为离子交换量随pH 升高（pH=1.0 5.0）而增大，当平衡时pH=2.5，对Cu2+的最大交换量分别为为0.88mol/kg和1.10mol/kg。
4展望
离子交换树脂物理化学性质稳定，吸附选择性特殊，发展迅速，在重金属废水处理方面已经得到非常广泛的应用，国内外对其相关的研究也日渐成熟。
但离子交换树脂存在强度低、不耐高温，吸附率低等缺点，有待进一步改善。提高材料的交换能力、吸附容量、吸附选择性、交换速度，吸附－解吸附过程的可逆性、再生利用性能及机械强度是现在乃至今后的一个重要发展方向。研制和开发能在不同条件（pH值，温度等）下分离不同离子的复合型多功能离子交换树脂，对于其在废水处理中的应用也将有重要的意义。
参考文献
［1］李红艳，李亚新，李尚明．离子交换技术在重金属工业废水处理中的应用［J］．水处理技术，2008，34（2）：13－14．
［2］马少健，李长平，莫伟．重金属废水处理技术进展［J］．云南环境科学，2004，23（3）：54－57．
［3］王灿发，汤志勇，范鸿华，等．离子交换树脂在废水处理中的应用［J］．水处理技术，2008，34（2）：31－32．
［4］龚云表，石安富．合成树脂与塑料手册［M］．上海科学技术出版社，1993：367．
［5］陈秀芳．离子交换法在废水处理中的应用［J］．科技情报开发与经济，2004，14（7）：148－149．
［6］雷兆武，孙颖．离子交换技术在重金属废水处理中的应用［J］．环境科学与理，2008，33（10）：23－24．
［7］宋吉明，宋立明，候春芳．螯合树脂离子交换法处理弱酸性电镀废水中铜、镍的研究［J］．辽宁城乡环境科技，2000，20（2）：29－32．［8］杨明平，傅勇坚，黄念东．含醚键离子交换树脂对Cu2+和Pb2+的吸附性能研究［J］．湖南科技大学学报：自然科学版，2004，19（3）：
74－77．
［9］张剑波，王维敬，祝乐．离子交换树脂对有机废水中铜离子的吸附［J］．水处理技术，2001，27（1）：29－32．
［10］王瑞祥，曾青云，刘建华．离子交换法处理含络合铜废水的实验研究［J］．江西有色金属，2003，17（1）：35－40．
［11］李磊．离子交换树脂对铜离子吸附交换行为的研究［J］．工业用水与废水，2005，36（3）：45－48．
［12］Li Chun Lin，Ruey Shin Juang．Ion－exchange equilibria of Cu（II）and Zn（II）from aqueous solutions with Chelex100and Amberlite IRC748
resins［J］．Chemical Engineering Journal，2005（112）：211－218．
