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离子交换法分离含钒废水的研究 1.引论 《离子交换》[1.1]一书中明确说明，离子交换剂被广泛应用于贵金属的精炼过程中。用Ky—2阴离子交换剂可以实现铜离于与铁、铝、钒离于的分离或钒离子与铁离子的分离。 《离子交换应用技术》[1.2]一书中说阴离于交换剂用10％的氨溶液处理，可以把95—97％的吸附了的钒以钒酸铵的形式提取出来。 其它书中也有相近论述，所以采用离子交换法可以分离钒。 2.原理 （1）总述 离子交换树脂为一带有极性基团的高分子化合物, 其结构可分为三部分①不溶性高分子骨架②骨架上有极性基团③极性基团可以电离的离子。可电离的离子可与溶液中的同性离子按照定量关系发生离子交换反应, 该反应是可逆的。这就是树脂能够进行离子交换和再生的原因。在废液中, 有多种阴离子, 如钒酸根，硫酸根，硅酸根等。该溶液体系与阴离子树脂进行离子交换反应时, 钒酸根阴离子基团交换势远远大于其它阴离子的交换势, 故用阴离子交换树脂可以将钒酸根阴离子与溶液中的其它阴离子基团或金属阳离子很好地分离。 （2）离子交换技术及交换过程 雷兆武等[1]描述说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。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。离子交换树脂不溶于酸、碱溶液及各种有机溶剂,结构上属于既不溶解、也不熔融的多孔性固体高分子物质。每个树脂颗粒都由交联的具有三维空间立体结构的网络骨架构成,在骨架上连接着许多较为活泼的功能基。这种功能基能离解出离子,可以与周围外边离子相互交换。离子交换树脂的单元结构由三部分组成:不溶性的三维空间网状骨架、连接在骨架上的功能基团和功能基团所带的相反电荷的可交换离子。 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,其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。 3.实验研究成果及应用 王斌[2]在实验中，使离子交换树脂在常温下、在不同值及不同吸附时间下进行静态吸附实验选用不同解吸剂,在常温下和不同解吸时间下进行静态解吸实验优选出吸附或解吸效果好的树脂进行动态条件实验。采用离子交换法能够很好地除去浸出液中大部分杂质, 并能使钒得到富集不同树脂对钒的吸附均受吸附时间、溶液值等实验条件的影响, 不同解吸剂与解吸时间也会影响树脂解吸的效果。 曾理等[3]研究表明氯型树脂和硫酸型树脂在吸附工作容量上基本无差别。随着吸附速度的增加(即吸附料液与树脂接触时间的减少) , 树脂的吸附工作容量减小, 但即使在30 min 的吸附接触时间条件下, 吸附工作容量仍能达到171 mg·ml - 1湿树脂以上。 pH = 3 和4 条件下的吸附工作容量差别不大。因此, 树脂在较宽幅度的pH 值条件下仍能保持对钒良好的吸附性能。在料液pH = 4 , 60 min 的接触时间、硫酸型树脂和室温条件下, 树脂的吸附工作容量可达到260 mg·ml - 1湿树脂以上。 采用NaOH 溶液作为负载钒树脂的解吸剂,解吸效果好, 当NaOH 溶液浓度为3 mol·L- 1时, 解吸液钒浓度最高达到160 g·L- 1以上。 郝喜才等[4]在研究离子交换法回收废钒催化剂中钒的研究时发现离子交换树脂种类的选择及酸度对其吸附性能和钒溶液质量分数对树脂交换容量产生影响，他们对多种树脂进行了选择对比试验,结果表明901树脂效果较好。试验主要将其与回收废钒催化剂常用的717树脂进行了对比,吸附试验在装有湿树脂14 g的玻璃柱(直径16 mm,高400 mm)中进行。对氧化后的钒溶液,在静态条件下测定717、901两种树脂的交换容量与交换的pH。717树脂最大的交换容量出现在pH = 6～7,其容量C(V2O5) 为98. 4 mg/mL。901树脂吸附钒的适宜pH在3～4,当pH = 3. 5时, 901树脂的交换容量为235. 2 mg/mL。此外, 901树脂易于再生,转成氯型后,能完全恢复吸附能力,无杂质积累。因此,试验选定901树脂。在离子交换吸附钒的过程中,钒以多钒酸根阴离子形式被树脂吸附,而钒在溶液中的状态除了同pH密切相关外,