离子交换树脂对铜离子吸附交换行为分析

离子交换树脂对铜离子吸附交换行为分析
摘要：交换树脂与铜离子之间可以产生吸附交换行为，并且不同的试验条件会
影响达到铜离子的吸附交换效果。

基于此，本文将从树脂种类、pH、树脂投入量、温度四个方面分析离子交换树脂对铜离子吸附交换行为的影响，从而弄清离子交
换树脂与铜离子之间的吸附交换过程。

关键词：离子交换树脂；铜离子；吸附交换；吸附影响
引言：
离子交换树脂是去除工业废水中铜离子的重要方法，并且具有显著净化的效果。

为了对
这一过程进行更好的研究，本文将对离子交换树脂对铜离子的吸附交换行为进行试验，探究
各种试验因素对铜离子吸附交换的影响。

1.材料的选择与处理
1.1试验用水及材料
工业废水模拟液是由添加适量的水配制而成，浓度为500mg/l，pH为5.4。

离子交换树
脂选择大孔磺酸型阳离子交换树脂，该树脂的种类较多，在吸附交换过程具有较强的扩散性，可以有效地加快吸附交换的速度，对具有较好的吸附效果，并且化学结构非常稳定。

离子交
换树脂的种类选择D152弱酸树脂、D113弱酸性阳离子交换树脂、D401大孔苯乙烯螯合树脂。

1.2树脂的预处理
离子交换树脂中通常具有一定的杂质，需要通过去离子是去除里面的杂质，如破碎粒子、泡沫等，从而提高离子交换树脂的浓度。

树脂的预处理过程如下：首先，需要使用5%的溶液
对树脂进行浸泡3h，直到去离子水冲洗后呈中性；然后，需要使用6%的HCl溶液对树脂进
行浸泡3h，直到去离子水冲洗后呈中性；最后，需要使用无水乙醇对树脂进行浸泡3h，直
到去离子水冲洗后无醇味。

完成上述步骤后，将三种树脂放在30℃的风干机中风干，等待试验。

2.铜离子吸附试验
2.1树脂种类吸附试验
分别称取D152、D113、D401树脂各0.6g，将其放在250ml的锥形瓶中，加入100ml的
溶液，以此来模拟工业废水的处理过程。

其中，的浓度为200mg/l，匀速搅拌溶液，试验温
度为25℃，每隔一段时间进行取样，得出的比吸附量，比较三种树脂的的比吸附量，从而得
出吸附交换效果最好的树脂[1]。

2.2pH吸附试验
称取0.6g的离子交换树脂，将其放在250ml的锥形瓶中，并且加入100ml不同pH的溶
液进行试验，试验的温度为25℃，pH值分别为4、5、6、7、8，匀速搅拌溶液，每隔一段时
间进行取样，得出的比吸附量，比较不同pH值下的比吸附量，从而得出不同pH值对吸附交
换效果的影响。

2.3树脂投入量吸附试验
称取0.15、0.25、0.50、0.80、1.00、1.50g离子交换树脂，将其放在250ml的锥形瓶中，加入100ml的溶液进行试验，匀速搅拌溶液，试验温度为25℃，每隔一段时间进行取样，得
出的比吸附量，比较不同树脂投入量下的比吸附量，从而得出不同树脂投入量对吸附交换的
影响。

2.4温度吸附试验
称取0.6g离子交换树脂，将其放在250ml的锥形瓶中，加入100ml的溶液进行试验，
匀速搅拌溶液，分别在10、25、50℃的温度下进行试验，每隔一段时间进行取样，得出的比
吸附量，比较不同温度下的比吸附量，从而得出不同温度对吸附交换的影响。

3.结果与分析
3.1树脂种类对吸附的影响
在相同条件下分别对三种离子交换树脂进行试验可以得到以下结论：4h之前，三种树
脂的的比吸附量处于上升趋势，并且D401树脂的上升速率最快，D113、D152树脂分别次之；5h之后，的比吸附量趋于平缓，三种树脂中的比吸附量不再上升，由此可见，D401树脂对
的比吸附效果最好，的比吸附量最高为45.12mg/g，D113树脂次之，的比吸附量最高为
30.23mg/g，D152树脂比吸附量最低，的比吸附量最高为13.22mg/g。

的比吸附量是选择离子交换树脂的重要依据，根据的比吸附量，可以选择出吸附交换效果最好的树脂，这样有利于
提高吸附交换反应的速率，对具有较好的净化效果。

因此，工业废水处理中，通常使用D401树脂作为废水处理的树脂，以此来加快工业废水中的处理速率，可以有效地将从工业废水中
分离出来，从而保障工业废水处理工艺更加的高效化。

3.2pH对吸附的影响
在相同条件下分别对不同pH进行试验可以得到以下结论：2h之前，的比吸附量处于上
升趋势，并且当pH为5时，的比吸附量上升速率最快；pH为4、6、7时，的比吸附量上升
趋势基本相同；pH为8时，的比吸附量上升趋势最缓。

2h之后，不同pH下的的比吸附量上升的趋势基本趋于水平，吸附交换过程趋于稳定。

pH从4.0-8.0，的比吸附量最大值分别为39.77、39.95、39.89、39.79、30.01mg/g，在pH为4-7时，的比吸附量的最大值相近，虽然
当pH为5时，的比吸附量的最大值最大，但差距并不是很明显。

这是在酸性溶液中，存在
着丰富的和，两者之间具有一定的竞争关系，离子交换树脂会同时与这两种离子进行吸附交
换反应，降低了离子交换树脂与的螯合反应，进而提高了的吸附效果。

当pH大于7.0时，将会与反应生成发生沉淀，进而导致的比吸附量最大值较低[2]。

3.3树脂投入量对吸附的影响
树脂投入量对去除的效果是按照一定的规律，呈折线式上升的。

根据具体的实验可知，
树脂的投加量为5.0g/L，且反应的时间超过3个小时，那么它的吸附量将会达到40mg/g。

由
此可以推断出，加大树脂的投入量可以加快树脂吸附的速度，保障工作的效率。

具体的原理为，大量的树脂增加化学反应的结合点。

但是如果一直报保持5.0g/L的树脂投加量，在5个
小时之后，它的吸附量将一直固定在40mg/g的状态，不会随着时间的变化进行改变。

如果
树脂的投加量为2.5g/L，经过6个小时后，它的比吸附量可以达到70mg/g。

但是如果后期依
然保持现有的投加量，吸附量将不会有明显的变化。

如果树脂的投加量为10g/L，经过2.5个
小时后，它的比吸附量可以达到20mg/g。

同样在2.5小时后，在固定的投加量下，它的吸附
情况变化较小。

这是因为在时间的推移下，树脂表面生成多个没有饱和的吸附点，影响投加
量发挥它的作用。

由此可见当投加量处于5.0g/L时，可以发挥它的最佳状态，起到良好的去
除效果。

3.4温度对吸附的影响
一般情况下，吸附的过程是放热的。

所以，一旦达到吸附平衡，若是温度升高则会造成吸附量下降；若是温度较低，则吸附平衡无法在短时间内达到，这时若升高温度，由于高温下的吸附速率较快，则会导致吸附量增加的情况。

由树脂交换对铜离子吸附的热力学相关材料研究得知，在树脂对铜离子进行交换吸附过程中，所产生的反应也为吸热反应。

因此，通过实验结果表明，在10、25以及50℃的温度环境下，D401树脂铜离子的吸附量在八小时分别是39.27、39.00、39.69mg/g。

这表明温度的升高有助于铜离子的吸附。

一般情况下，随着温度的逐渐升高，树脂的吸附集团也会逐渐活化，进而使吸附离子以较快的速度进入树脂内部。

但是，在该过程中，温度的升高也会使吸附离子加速离解。

因此，经过各方面的试验以及考虑，常温状态下就可以满足D401树脂吸附铜离子的温度条件。

结语：
综上所述，在相同条件下，D401树脂的吸附交换效果最好，的比吸附量最高为
45.12mg/g；在相同条件下，pH为5时吸附交换效果最好，的比吸附量最高为39.95mg/g；在相同条件下，离子交换树脂投入量为5.0g/h时吸附交换效果最好，的比吸附量最高为
40.00mg/g；在相同条件下，温度为50℃时，的比吸附量最先达到最高值39.69mg/g。

参考文献：
[1]王照贺，丁世磊，李福威，等.磁性离子交换树脂（PMMA-DVB-GMA）的制备及其对Cd~（2+）的吸附特性研究[J].应用化工，2018，47（11）：2364-2368.
[2]赵玉，赵德智，王德慧，等.离子交换树脂吸附净化工业废液研究进展[J].应用化工，2018，47（03）：584-588+592.。