N201负载Fe(Ⅲ)复合材料对Sb(Ⅲ)的深度吸附和再生试验研究

李福勤，任志辉

(河北工程大学 能源与环境工程学院，河北 邯郸056038)

N201负载Fe(Ⅲ)复合材料对Sb(Ⅲ)的深度吸附和再生试验研究

李福勤，任志辉

(河北工程大学 能源与环境工程学院，河北 邯郸056038)

通过静态和动态吸附试验研究强碱性凝胶型阴离子交换树脂N201负载Fe(Ⅲ)复合材料对水中Sb(Ⅲ)的吸附性能及其再生方法。结果表明：N201-Fe(Ⅲ)对Sb(Ⅲ)的最大静态吸附容量为610μg/g，最佳pH值为7，在有SO42-、Cl-等竞争离子共存条件下，N201-Fe(Ⅲ)仍然对Sb(Ⅲ)具有高效的选择性吸附能力；动态吸附容量为94.05mg/L；EDTA为最佳再生剂，在动态条件下再生度达到85%。

N201负载Fe(Ⅲ)；Sb(Ⅲ)；吸附；再生

锑是一种重金属元素，具有慢性毒性和潜在致癌性[1-2]。目前处理含锑废水主要有吸附、离子交换、化学沉淀、电解还原等方法[3-4]，其中吸附法具有工艺简单、成本较低、操作简单等优点，存在的主要问题是离子选择性较低、吸附-解吸过程可逆性较差。为此，研究开发具有高选择性和高再生度的新型吸附材料具有重要的现实意义[5-6]。潘炳才等[7]以D201为载体将HFO载入树脂中形成纳米吸附材料对As(Ⅴ)进行吸附并取得了很好的效果。李福勤等[8]采用D201负载Fe(Ⅲ)深度处理含As(Ⅲ)废水，出水含砷(Ⅲ)量达到地表水Ⅲ类水标准。而砷和锑为同主族元素[9-10]，铁和锰的氢氧化物或氧化物在重金属的分布中起主要作用[11]。Belzile等[12]在实验室中模拟铁和锰氢氧化物的形成过程，论证了自然水体及其沉积物中存在的铁和锰的氢氧化物能够吸附锑并将毒性较大的Sb(Ⅲ)转化为Sb(Ⅴ)。本文将Fe(Ⅲ)固载到N201离子交换树脂上，采用新合成的N201-Fe(Ⅲ)，研究其对水体中微量Sb(Ⅲ)的吸附性能。

1 实验部分

1.1主要实验仪器材料

电子天平，恒温空气浴振荡器，pH计，原子荧光分光光度计(AFS-230，北京海光仪器)、吸附柱等。

N201-Fe(Ⅲ)、树脂N201(苏青公司)、锑标准溶液，三氧化二锑、乙醇、氯化铁、硫脲、抗环血酸、盐酸、硼氢化钠、氯化钠、氢氧化钠、硫酸钠、乙二胺四乙酸二钠等均为分析纯。

1.2Sb(Ⅲ)储备液的制备

Sb2O3取0.610 3g，溶于100mL装有6mol/L的HCl的烧杯中，然后用去离子水定容到1 000mL容量瓶中。溶液浓度为500μg/mL。

1.3 静态吸附试验

取0.5gN201-Fe(Ⅲ)于锥形瓶中，加入100mL一定量锑浓度水样(由储备液加去离子水配制)，调节pH值为7，放入恒温空气浴振荡器中，温度20℃，转速120r/min，吸附时间2h。取上清液测得其浓度，计算出锑的去除率和吸附容量。

1.4 动态吸附试验

将N201-Fe(Ⅲ)装入内径32mm的吸附柱中，厚度600mm。水样(由储备液加自来水配制总硬度350mg/L、硫酸根250mg/L、氯离子250mg/L)中锑含量500μg/L。调节pH值为7，流速为12.5m/h。在试验过程中，每隔20min取样，测定出水的Sb(Ⅲ)浓度，直至大于5μg/L(地表水环境Ⅲ类质量标准)，作出穿透曲线，计算锑的动态吸附容量。

2 结果与讨论

2.1 静态最大吸附容量

在pH为7、温度20℃的静态试验条件下，静态最大吸附容量如图1所示。

由图1可知，N201-Fe(Ⅲ)对Sb(Ⅲ)的吸附容量随溶液中Sb(Ⅲ)的浓度的增大而增大，当Sb(Ⅲ)浓度达到一定值后，吸附容量不再增大，最大吸附容量为610μg/g。

2.2pH对吸附性能的影响

在锑浓度100μg/L、温度20℃的静态试验条件下，pH对锑的吸附性能的影响如图2所示。

2.3温度对吸附性能的影响

在锑浓度100μg/L、pH值为7的静态试验条件下，温度对锑的吸附性能的影响如图3所示。

由图3可知，温度越高离子运动就会更加激烈，与吸附剂的碰撞也会更加频繁，占据吸附剂自由吸附位点的几率也就增加，这自然会增加离子被吸附的可能，因此去除率和吸附量都会随着温度的升高而增加。在20℃之前温度提高，锑的去除率明显提高；25℃之后，去除率提高不明显。说明N201-Fe(Ⅲ)对Sb(Ⅲ)的吸附为吸热过程，最佳温度范围为20℃～25℃。

2.4 竞争吸附的影响

受污染水体中阴离子如SO42-、Cl-等的浓度往往高出锑浓度几十至几百倍，这些阴离子会影响树脂对Sb的吸附性能。溶液中竞争离子SO42-、Cl-浓度为500mg/L时，对比N201和N201-Fe(Ⅲ)对Sb(Ⅲ)的去除率，如图4所示。

结果表明，N201和N201-Fe(Ⅲ)对单一锑的去除率差不多，当竞争离子SO42-，Cl-等的浓度远远高于锑的浓度时，N201对锑的去除率大大降低，而N201-Fe(Ⅲ)对锑的去除率仍在97%以上。由于N201吸附机理主要为离子交换作用，高浓度的SO42-、Cl-与Sb(Ⅲ)在树脂表面发生竞争吸附会先和N201发生反应，占据吸附剂大量的吸附位点；另外离子强度会减少N201表面的正电荷及减少Zeta电位[14]，导致N201对Sb(Ⅲ)的去除率减少。N201-Fe(Ⅲ)中Fe(Ⅲ)与Sb因特殊的亲和力形成配位键生成络合物，又因为N201-Fe(Ⅲ)表面强碱基团存在而形成Donnan膜效应[15]，所以有很高的选择性去除率。

2.5 动态穿透实验

N201-Fe(Ⅲ)对Sb(Ⅲ)的动态吸附结果如图5所示。

由图5可知，试验出水中锑浓度大于5μg/L时，认为树脂滤层被穿透；N201-Fe(Ⅲ)过流体积比为190BV，吸附容量为94.05mg/L。

2.6 静态再生实验

(1)静态再生：锥形瓶中加入失效后N201-Fe(Ⅲ)树脂1g/L，选用5%HCl、2%EDTA、5%NaOH、5%NaCl做再生剂，放入恒温空气浴振荡器中，反应时间2h，测定溶液中的锑含量、铁含量，结果如表1所示。

表1不同再生剂静态再生效果

由表1可知，再生剂为HCl的脱锑量最多，EDTA次之，NaOH和NaCl很少。HCl脱铁量也最多，NaOH脱落最少。综合比较EDTA为最佳再生剂，并通过动态再生验证。

(2)动态再生：采用2%EDTA再生动态失效后的N201-Fe(Ⅲ)，再生方法为逆流再生，流速1.5BV/h，下进液30min，后浸泡30min。再生后动态穿透曲线如图6所示。

图6表明：采用EDTA再生后吸附容量为82.25mg/L，再生率为85%，满足工业应用要求。

3 结论

1)N201-Fe(Ⅲ)复合材料对Sb(Ⅲ)的最大静态吸附容量为610μg/g。最佳pH值为7。在有SO42-、Cl-等竞争离子共存条件下，仍然对Sb(Ⅲ)具有高效的选择性吸附能力。

2)N201-Fe(Ⅲ)深度吸附浓度为500μg/L的废水，对Sb(Ⅲ)的稳定处理出水量为190BV，吸附容量为94.05mg/L。采用2%EDTA对N201-Fe(Ⅲ)树脂进行再生，再生度达到85%，满足工业应用要求。

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(责任编辑 王利君)

Study on adsorption behavior and desorption of N201 resin loaded ferric iron for Sb( Ⅲ)

LIFuqin,RENZhihui

(CollegeofEnergyandEnvironmentalEngineering,HebeiUniversityofEngineering,HebeiHandan056038,China)

TheadsorptionbehavioranddesorptionmethodofaqueousSb(III)onN201supportedbyFe(III)adsorbentmaterialwereexaminedbystaticanddynamicadsorptionexperiments.TheresultsshowthatN201-Fe(III)onSb(III)maximumstaticadsorptioncapacityis610μg/g,thebestpHis7,andtheN201-Fe(III)resinisstillhighlyselectiveforSb(III)whilecoexistingwithSO42-,Cl-inhighconcentration.Thedynamicadsorptioniscapacityof94.05mg/L.EDTAisthebestregenerativeagent,underdynamiccondition,itsregenerationdegreecanbeupto85%.

N201resinloadedferriciron;Sb(Ⅲ);adsorption;regeneration

1673-9469(2016)04-0072-04doi:10.3969/j.issn.1673-9469.2016.04.016

2016-08-07

河北省科技计划项目(15274006D) 特约专稿

李福勤(1966-)，男，山西临县人，博士，教授，从事水污染控制工程及资源化、膜法水处理技术的研究。

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