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离子交换树脂对模拟氨氮废水的吸附研究_熊昌狮

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我国稀土资源储量位居世界第一位.由于南

方离子吸附型稀土生产企业在稀土浸取工艺段采

用硫酸铵浸取稀土，使得稀土生产企业每年排放大

量的氨氮废水[1-2].氨氮是水体的主要营养素，可导

致水体富营养化，是水体中的主要耗氧污染物，非

离子氮（NH3）能够附着在鱼类及某些水生生物上皮细胞膜表面，将氧转移，对鱼类及某些水生生物有毒害作用；水中的氨氮还可以被细菌氧化成亚硝酸盐，亚硝酸盐能够与人体内蛋白质结合形成亚硝胺，这是一种强致癌物质，对人体健康极为不利[3-6].尤其是低浓度氨氮废水的处理在经济与处理效果上总是难以两全[7]，因此，寻找经济有效的浓度氨氮废水处理技术具有非常重要的现实意义.目前，氨氮废水的处理方法主要包括：吹脱法[8]、

收稿日期：２０１５－１０－０５基金项目：国家“十二五”科技支撑计划课题（2012BAC11B07）作者简介：熊昌狮（1992-），男，硕士研究生，主要从事废水处理与废渣资源化等方面的研究，E-mail:894833159@qq.com.通信作者：陈云嫩（1970-），女，教授，主要从事废水处理与废渣资源化等方面的研究，E-mail:

550223495@qq.com.文章编号：2095-3046（2016）01-0010-05DOI:10.13265/j.cnki.jxlgdxxb.2016.01.003

离子交换树脂对模拟氨氮废水的吸附研究

熊昌狮，代振鹏，朱清江，陈云嫩，罗仙平

（江西理工大学资源与环境工程学院，江西赣州341000）

摘要：采用钠型D113离子交换树脂对模拟氨氮废水进行吸附处理研究，分析了不同的吸附条

件及等温吸附模型对吸附效果的影响.静态吸附表明，30℃条件下，pH值为5～7、树脂投加量为

5g/L、接触时间为10min，氨氮去除率最大可达84.8%；正交试验得出各因素对氨氮去除率影响

的大小关系为：树脂投加量>接触时间>初始氨氮浓度；树脂对氨氮的吸附符合Langmuir吸附等

温式，吸附主要发生在树脂的表层，为单分子层吸附；使用1mol/L的HCl对树脂进行解吸，再生

后树脂重复2次试验去除率基本保持不变.关键词：离子交换树脂；静态吸附；氨氮；等温吸附

中图分类号：X758文献标志码：A

Adsorptionofionexchangeresinstosimulated

ammonium-nitrogenwastewater

XIONGChangshi,DAIZhenpeng,ZHUQingjiang,CHENYunnen,LUOXianping

（SchoolofResourceandEnvironmentalEngineering,JiangxiUniversityofScienceandTechnology,Ganzhou341000,China）

Abstract:Na-D113ionexchangeresinwasusedtotreatsimulatedwastewatercontainingammonium-nitrogen.

Theeffectsofdifferentadsorptionconditionsandisothermaladsorptionmodelsontheadsorptionwerestudied.

StaticadsorptionshowedthatundertheconditionsofpH5～7,resinsdosage5g/L,reactingtime30minand

temperature30℃,theammonium-nitrogenremovalratecanreach84.8%.Orthogonalexperimentshowedthat

theorderofinfluencingfactorswasdosageofresin>contacttime>initialconcentration.Theadsorption

equilibriumdatafittedwellfortheLangmuirmodel,whichmeanstheadsorptionmainlyhappenedonsurface

activeareaofresinsandmonolayeradsorption.Theremovalrateoftheregeneratedresinskeptconstantafter

tworepeatedtestswhenusing1mol/LHClasdesorbentoftheresins.

Keywords:ionexchangeresin;staticadsorption;ammonium-nitrogen;isothermal

adsorption江西理工大学学报

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉａｎｇｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ第37卷第1期

2016年2月Vol.37,No.1

Feb.2016熊昌狮，等：离子交换树脂对模拟氨氮废水的吸附研究

拆点氯化法[9]、化学沉淀法[10]、催化氧化法[11]、膜分

离法[12]等，但以上方法多少存在着不足之处.离子

交换树脂处理氨氮废水是一种新型分离技术，研究

发现，离子交换法不仅能有效处理氨氮废水，同时，树脂再生后的氨氮经预处理后还可作为浸取剂返

回生产中使用，且树脂的再生与重复利用性好，具有

较好的经济和环境效益[13-15].文中研究了钠型D113离子交换树脂对稀土浸矿氨氮废水的吸附作用，通

过静态试验分析不同树脂投加量、溶液pH值、反应

温度、接触时间等对氨氮去除率的影响，并通过正交

试验得出各主要因素与氨氮去除效果的关系，运用

Langmuir吸附等温式研究了树脂对氨氮的吸附作用

机理，并对树脂的解吸再生效果进行研究.

1材料与方法

1.1试剂和仪器

主要试剂：酒石酸钾钠溶液、纳氏试剂、酚酞指

示剂、甲基橙指示剂、HCl、NaOH、模拟NH4Cl溶

液、阳离子交换树脂等.

主要仪器：UV-2100-型紫外可见分光光度计、JJ100B-电子天平、HJ-6B-恒温磁力搅拌器、SHA-

C-水浴恒温振荡器、101A-3-电热鼓风干燥箱、PH6011A-pH计等.

1.2树脂的预处理

树脂在生产过程中会附带一些杂质，因此新购

树脂在使用前要进行清洗，同时要使用适当的药剂

把树脂转为所需离子型式的树脂.本试验采用大

孔型弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂（D113），将

树脂在蒸馏水中反复漂洗，用2倍于树脂体积的

1mol/LNaOH溶液浸泡4h后用蒸馏水洗至中

性，再用2倍于树脂体积的1mol/LHCl溶液浸泡

4h后用蒸馏水洗至中性，最后再用4倍于树脂体

积的1mol/LNaOH溶液浸泡12h后用蒸馏水洗

至中性为止，烘干备用.

1.3试验方法与测定

静态离子交换吸附：将离子交换树脂投入到

100mL浓度为100mg/L的氨氮模拟废水溶液中，在恒温磁力搅拌器上进行搅拌，考察离子交换树脂

投加量、pH、反应温度、接触时间等因素对吸附效

果的影响，取反应后上清液，采用紫外分光光度法

测定氨氮浓度.静态解吸再生：将一定体积的交换吸附氨氮

后的树脂置于烧杯内，首先用2倍于树脂体积的

1mol/LHCl溶液浸泡树脂4h，然后再以蒸馏水洗至中性.接着用2倍于树脂体积的1mol/LNaOH溶液浸泡树脂4h，然后再以蒸馏水洗至中性为

止，烘干备用.氨氮去除率（η）的计算:

η＝C0－CC0×100%（1）

式（1）中：C0为氨氮的初始浓度，mg/L；C为反应后

氨氮的浓度，mg/L；

2结果与分析

2.1树脂投加量对吸附效果的影响

分别在100mL浓度为100mg/L氨氮溶液中

加入钠型D113树脂1、3、5、7、9、11g/L调节pH值

为6，室温（30℃）下搅拌30min，取反应后上清液

测氨氮浓度，结果如图1所示.由图1可知，去除

率随着树脂投加量的增加而提高；树脂投加量在

1～3g/L之间时，氨氮去除率急剧升高；当树脂投

加量达3g/L以上时，氨氮去除率升高幅度变缓；当树脂投加量达5g/L及以上时，氨氮浓度满足

《稀土工业污染物排放标准》(GB26451-2011)要

求（15mg/L）.综合考虑成本和排放标准要求，选取

较适宜树脂投加量为5g/L.

2.2pH对吸附效果的影响

在100mL浓度为100mg/L氨氮溶液中加入

钠型D113树脂5g/L，分别调节溶液pH值为5、6、7、8、9、10，室温（30℃）下搅拌30min，取反应后上

清液测氨氮浓度，结果如图2所示.由图2可知，当pH值为5~7时，氨氮去除率基本保持不变.当

pH值继续升高时，氨氮去除率开始下降，且pH值

小于9时，氨氮的去除率迅速下降.这是因为NH4+浓度随着pH值的升高而降低，当pH值升高时，可

提供离子交换吸附的NH4+减少，随即影响离子交换

吸附行为的发生.综合考虑氨氮去除率和调节pH值的碱使用量，确定后续试验调节废水pH值为6.图1

树脂投加量对吸附效果的影响90

80

70

60

50

02468101250

40

30

20

10去除率剩余氨氮浓度

树脂投加量/（g·L-1）去除率/%

剩余氨氮浓度/（mg·L-1）第３７卷第１期112.3反应温度对吸附效果的影响

在100mL浓度为100mg/L氨氮溶液中加入钠

型D113树脂5g/L，调节pH值为6，分别在30、35、40、50、60℃下搅拌30min，取反应后上清液测氨氮

浓度，结果如图3所示.由图3可知，随着温度的升

高，氨氮去除率略有下降，但变化不大，总体上看，低

温更有利于钠型D113树脂对氨氮的离子交换吸附.

2.4接触时间对吸附效果的影响

在100mL浓度为100mg/L氨氮溶液中加入钠

型D113树脂5g/L，调节pH值为6，室温（30℃）下

分别搅拌1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30min，取反应后上清液测氨氮浓度，结果如图4所示.由

图4可知，氨氮去除率随接触时间的延长而增大，当

接触时间大于10min后，氨氮去除率基本保持稳定.因此，后续试验选择接触时间为10min.2.5初始氨氮浓度对吸附效果的影响

取9组氨氮浓度分别为20、50、100、150、200、

400、600、800、1000mg/L，调节pH值为6，加入钠型

D113树脂5g/L，室温（30℃）下搅拌30min，取反应

后上清液测氨氮浓度，结果如图5所示.由图5可

知，氨氮的去除率随初始氨氮浓度的升高而降低，这

主要是由于一定量的树脂对氨氮的去除量是有限

的，且在较高氨氮浓度下，处理后氨氮浓度依然较

高，难以满足排放要求.综合考虑氨氮去除率及处理

后氨氮浓度的要求，选择100mg/L作为氨氮反应的

初始浓度.

2.6正交试验

根据钠型D113树脂对氨氮的离子交换吸附单

因素试验结果，在树脂投加量、接触时间、pH值、温

度、氨氮初始浓度这5个因素中选择了对离子交换

吸附效果影响较大的3个因素，即初始浓度、树脂

投加量和接触时间，进行三因素三水平的正交试验

设计.三因素三水平正交表见表1，正交试验结果

见表2.

由表2可知，影响离子交换吸附效果的因素

主次顺序为：树脂投加量>接触时间>初始氨氮

浓度，各因素的最优水平组合为：树脂投加量为

5g/L，接触时间为10min，初始氨氮浓度为

100

mg/L.图2pH对吸附效果的影响86

84

82

80

7802468101222

20

18

16

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离子交换树脂的功能

离子交换树脂的功能

离子交换树脂的功能

离子交换树脂是一种常见的固相萃取材料，具有广泛的应用领域。其主要功能是通过静电吸附和离子交换的原理，从溶液中去除杂质离子，实现水处理、废水处理、制药、食品加工、化工、环保等行业的目的。

首先，离子交换树脂具有去除水中重金属离子的功能。例如，水中的铁、锰、镉、铬、铅等重金属离子会对人体健康产生严重危害，因此需要从水中去除。离子交换树脂能够通过静电吸附和离子交换的作用，将这些重金属离子吸附在树脂表面，从而达到净化水质的目的。

其次，离子交换树脂还可用于软化水处理。水中的钙、镁等硬度离子会导致水质硬度增加，从而影响使用和加工过程。离子交换树脂可以选择性吸附水中的钙、镁离子，释放等量的钠离子，从而有效降低水质硬度，软化水质。

此外，离子交换树脂还可用于pH调节。水溶液的pH值对很多化学过程和生物过程具有重要影响，需要进行调节。离子交换树脂具有选择性吸附和释放氢离子或氢氧根离子的能力，可以调节水溶液的酸碱度。

离子交换树脂还常用于分离和纯化有机物。在制药、食品加工等行业中，需要对药物、食品添加剂等有机物进行纯化和分离。离子交换树脂可以通过静电吸附和离子交换的作用，选择性地吸附有机物，从而实现纯化和分离的目的。

除了上述功能之外，离子交换树脂还可用于水中氟离子的去除、酒精提纯、废液处理等方面。因此，离子交换树脂在环境保护、水处理、化工、制药等行业中具有广泛的应用。

总结起来，离子交换树脂的主要功能包括去除水中重金属离子、软化水处理、pH调节、有机物分离纯化等。它通过静电吸附和离子交换的原理，能够有效地去除溶液中的杂质离子，达到净化水质、纯化有机物的目的，对保护环境、提高生产效率具有重要作用。

离子交换树脂对环氧丙烷皂化废水中氯离子吸附的研究

离子交换树脂对环氧丙烷皂化废水中氯离子吸附的研究

离子交换树脂对环氧丙烷皂化废水中氯离子吸附的研究

程银芳;陈芳

【摘 要】采用离子交换法吸附环氧丙烷皂化废水中的氯离子，分别在静态和动态条件下，对D201X7型强碱性小孔阴离子交换树脂的工作条件进行了优化．在静态状况下，比较了不同条件下树脂对氯离子的处理效果，结果表明：树脂用量为6．0 g、搅拌时间为10 min、废水pH值6到8时处理效果最佳．在动态状况下，研究了不同流量下树脂对氯的吸附效果，结果表明：流量越小处理效果越好，但必需考虑单位时间的处理量，选择流量0．2 mL／s左右．在同样条件下，还研究了再生以后树脂对氯的吸附效果，只有原树脂处理能力的60％左右．%Here we

adopts the ion exchange method to adsorb chlorine ion from

saponification in propylene epoxide production waste water.Under static

conditions.experiment parameters(pH,contacting time and dosage of resin)

were evaluated.And the effect of flow rates on ion exchanges was studied

under dynamic conditions.The results indicate that 6.0 g resin,10 min

contacting time,pH 6 to 8 are the best conditions for static adsorption,and

the better effect the smaller flux at dynamic.But for practical

applications,the flow rate of the treating sample should be taking into

离子交换法处理含铬废水的动态吸附试验研究

离子交换法处理含铬废水的动态吸附试验研究

2014年2月󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁

第40卷总第177期2014年第1期SichuanBuildingMaterials

DOI:10.3969/j.issn.1672-4011.2014.01.053

离子交换法处理含铬废水的动态吸附试验研究

晁浏宏,杨海舟

(四川省工业环境监测研究院,四川成都　610041)

作者简介:晁浏宏(1985-),四川成都人,本科,工程师,主要从事环境影响评价相关工作。 摘　要:模拟含铬废水以一定流速均匀通过装填离子

交换树脂的交换柱,利用动态吸附的方法研究MKF-10X

弱碱性阴离子交换法,应用于含铬废水处理时对Cr6+的去

除效果。结果表明低流速有利于树脂Cr6+的吸附,具体流

速的确定应该考虑柱的利用效率、操作周期,以及进样浓

度的共同影响;进样浓度越高,达到吸附饱和的时间越短,

穿透也就越快;低脱附剂流量、高脱附剂浓度所对应的脱

附效率较高。动态脱附实验的适宜条件:以5%(质量分

数)的NaOH为脱附剂,流量为1BV/h。 关键词:离子交换法;动态吸附;含铬废水

中图分类号:X703．1文献标志码:A

文章编号:1672-4011(2014)01-0114-03

DynamicAdsorptionExperimental

StudyonTreatmentofWasteWaterContaining

ChromiumbyIonExchangeMethod

CHAOLiuhong,YANGHaizhou(SichuanIndustryResearchInsitituteofEnvironmentalMonito-

ring,Chengdu610041,China)

Abstract:Simulationofchromium-containingwastewaterwithacertainuniformvelocityevenlythroughtheionexchange

resinexchangecolumn,usingthemethodofdynamicadsorption

离子交换树脂吸附含铁废盐酸溶液研究

离子交换树脂吸附含铁废盐酸溶液研究

离子交换树脂吸附含铁废盐酸溶液研究

前言

废盐酸溶液是一种常见的工业废水，其中含有大量的有害金属离子，如铁离子。如何有效地处理含铁废盐酸溶液，是一个值得探讨的课题。本文将介绍离子交换树脂吸附法处理含铁废盐酸溶液的研究过程和结果。

一、 离子交换树脂的原理

1、 离子交换树脂的构造

离子交换树脂是由交换基团和树脂基体构成的。交换基团通常是羧基或磺基，能够与溶液中的离子发生交换。树脂基体则用来支撑交换基团，使其分布均匀。

2、 离子交换树脂的交换机理

在溶液中，离子交换树脂的交换基团会与溶液中的离子发生交换。这种交换反应是动力学平衡的，即交换基团与溶液中的离子在不断地交换，但交换平衡后，树脂中的交换基团浓度和溶液中的离子浓度之比是固定的。

二、 实验设计

1、 试剂

 废盐酸溶液：从工业废水中收集的含铁废盐酸溶液。

 离子交换树脂：选用磺基离子交换树脂。

2、 实验装置

使用离子交换树脂吸附装置，其中包括一个树脂柱和一个循环泵。

3、 实验方法

 将离子交换树脂装入树脂柱中。

 将废盐酸溶液置于循环泵中。

 调节循环泵的流速，使废盐酸溶液流过树脂柱。

在一定的时间间隔内，测量废盐酸溶液的铁离子浓度。

三、 实验结果

通过实验，我们得到了如下的结果：

时间（min） 铁离子浓度（mg/L）

0 120

30 80

60 45

90 30

120 20

从结果中可以看出，随着时间的增加，铁离子浓度逐渐降低。这说明，离子交换树脂吸附法能够有效地去除废盐酸溶液中的铁离子。

四、 讨论

1、 离子交换树脂吸附法的优点

离子交换树脂吸附法具有较高的去除效率，能够有效地去除废盐酸溶液中的有害金属离子。此外，该法操作简单，成本较低，因此在工业废水处理中有广泛的应用。

2、 离子交换树脂吸附法的不足 离子交换树脂吸附法存在一些不足，例如交换基团的耗尽和交换平衡的问题。为了解决这些问题，我们需要定期更换离子交换树脂，并对树脂进行再生处理。