摘要

采用溶胶-凝胶沉淀法合成了由有机阴离子交换剂Dowex SBR-P与Sn (IV)、Zr (IV)、Fe (III)水合氧化物组成的有机-无机杂化离子交换剂。研究了不同无机组分杂化离子交换器对砷阴离子的吸附性能(V)，发现溶液中砷含量和介质酸度的变化对离子交换器的吸附性能有充分的影响。在中性和酸性介质中，有机阴离子交换剂Dowex SBR-P被发现无效。Sn (IV)和Sn (IV)/Fe (III)水合氧化物的引入有效地扩展了阴离子交换剂对酸性介质的作用范围，并显著提高了稀释溶液对砷(V)的吸附。

关键字

水合氧化物;有机阴离子交换剂Dowex SBR-P;铁氧化物;砷(V)阴离子

介绍

扩展离子交换吸附技术的范围，以有效地从水溶液中提取昂贵或有毒离子组分主要通过具有所需性能的功能性离子交换材料的存在而决定。一种这样的性质是树脂在复合组合物的盐溶液中朝向靶离子的选择性。

近年来开展的许多研究[1,2]表明，将离子交换树脂引入具有吸附活性的无机组分可以改善离子交换树脂的性能。有机基质中无机离子交换剂的存在极大地提高了选择性。研究表明，在离子交换树脂中引入铁氧化物可以生成对砷阴离子具有良好选择性的杂化材料[3-5]。

本研究的目的是估算锡（IV）和铁（III）的水合氧化物沉淀作为无机吸附 - 活性组分在物理化学和吸附性上的聚合物阴离子交换剂DOWEX SBR-P的基质中的无机吸附 - 活性组分的影响砷（v）离子的性质。

实验的程序

选择强大的阴离子交换器Dowex SBR-P，用于研究由Dow Chemical Company制造，季胺作为官能团，具有以下特点：最低交换能力-1,2 Mol•EQ•DM^3.，含水量- 53- 60%，平均粒径- 0.3 - 1,2 mm，粒密度- 1.08 g•cm^3.，容重- 0.69 g•cm^3.，工作pH范围-0-14，工作温度范围高达100°C[6]。

为了将Sn（IV），Fe（III），Zr（IV）或氢氧化物混合物引入有机聚合物基质中的离子交换树脂Dowex SBR-P浸渍有水溶液或溶液的混合物的氢氧化物金属氯化物。将10g离子交换树脂Dowex SBR-P的称重部分置于50毫米^3.取1 M金属盐水溶液，搅拌加热1小时，然后过滤，用蒸馏水洗涤，放入30 mm^3.25%的NH_4.OH溶液，搅拌24小时。完成这些操作后，离子交换材料的颗粒被过滤掉，用蒸馏水彻底清洗，并风干至恒重。阴离子交换剂Dowex SBR-P和杂化离子交换剂的一些性质如表1所示。

表1:基于阴离子交换剂Dowex SBR-P的混合材料的无机成分，膨胀和堆积密度的含量注意：在700℃下燃烧后，通过残余物重量测定引入的无机成分的含量[7]。

以砷酸二氢钠(NaH)为溶剂，制备了用于吸附研究的溶液₂aso._4.•H₂O)在蒸馏水中的高纯度类别。采用Pye Unicam SP9火焰原子吸收分光光度法测定溶液中砷离子的含量。

吸附研究在20°C的静态条件下进行。为此目的，将0.2 g吸附剂的样品放入烧瓶中，并在其中添加100毫米^3.然后放在恒温器中摇晃8小时。在初步的实验中，确定了这样的时间足以达到吸附平衡。为了研究pH对砷离子吸收的影响(V)，通过酸化0.1 M的硝酸溶液将平衡pH调整到预定值。

结果与讨论

引入无机氧化物组分对有机阴离子吸收度Dowex SBR-P对浓度为500 mg•dm溶液中砷(V)阴离子的影响的估计结果^3.在pH范围很广的情况下，如图1所示。可以看出，引入了相对少量的无机氧化物组分SnO(以重量计可达23%)₂和Fe.₂о_3.: SnO₂在50%的微酸性溶液(pH 4-6)中，吸附能力的大小增加了50%，在更小的程度上- 5-10% -在碱性溶液(pH 10-11)中。需要注意的是，杂化离子交换剂的吸附容量不影响砷盐溶液(pH= 5-11)的酸度，而初始有机树脂的负离子吸附容量随着pH的增加而逐渐增加。

图2为不同平衡pH下离子As (V)的吸附等温线，详细研究了杂化离子交换剂的吸附特性。

通过对图2-4所示数据的详细分析，可以确定阴离子交换基质Dowex SBR-P中氧化物组分引入对杂化吸附剂对As (V)离子吸附性能影响的一些最典型的结果。

在混合离子交换器的情况下，最大吸附值可以在相当小的As (V)离子含量的平衡溶液中实现，这清楚地表明了酸化溶液的吸附等温线。我们可以假设，由于无机氧化物的引入增加了吸附等温线的斜率，由于对As (V)离子的更完全的萃取，吸附材料的饱和发生在更低的浓度。

引入的氧化物的化学组成的差异对杂化物吸收率的影响仅在碱性溶液中吸附观察到。从图2的曲线可以看出，在低含量As (V)的溶液中，交换树脂与水合氧化物Fe一起引入₂O._3.和SnO₂与其他吸附剂相比，展示了最大吸附能力。然而，初始有机阴离子交换机的吸附行为和仅包含SnO的阴离子交换机的差异₂，消失在溶液酸度的增加（等温机变得几乎相同）。可以看出，在均衡溶液的酸化，观察到原始阴离子树脂和杂化阴离子交换剂的吸附行为的显着差异。

图1：溶液酸度的影响（500 mg•DM^－3)的吸附容量(A_马克斯(1)和含水合锡氧化物Dowex SBR-P/SnO的杂化离子交换剂₂（2）和锡和氧化铁Dowex SBR-P / Sno₂/铁₂O._3.(3)．

图2：作为（v）杂交交换剂的等温物（V）离子吸附来自pH 9：1-Dowex SBR-P，2-Dowex SBR-P / SnO的溶液中的杂交交换机和初始有机树脂₂， 3 - Dowex SBR-P/SnO₂/铁₂O._3.，在溶液中吸收，C-平衡浓度为（v）离子。

图3:作为（v）杂交交换剂和初始有机树脂在pH 7：1-Dowex SBR-P，2-Dowex SBR-P / SnO中的杂交交换剂和初始有机树脂的等温物₂, 3-Dowex SBR-P / SnO₂/铁₂O._3.、A-absorption mg•g^－1；溶液中As (V)离子的c平衡浓度。

图4:杂交交换器和初始有机树脂在pH 5：1-Dowex SBR-P，2-Dowex SBR-P / SnO中的杂交交换机和初始有机树脂的等温物₂, 3-Dowex SBR-P / SnO₂/铁₂O._3.、A-absorption mg•g^－1；溶液中As (V)离子的c平衡浓度。

在稀溶液中，Dowex SBR-P阴离子交换树脂的吸附等温线明显地显示出随着pH平衡溶液的降低，吸附值显著降低，而对于混合离子交换树脂，这种行为并不典型。

图5为As (V)离子分布系数对溶液平衡pH的依赖关系。分布系数高，以Dowex SBR-P阴离子树脂为基础的混合型交换器的分布系数可达~5000，显著高于初始有机阴离子交换器的分布系数，导致假设这种材料可能是水的有效治疗方案,内容的阴离子(V)。没有pH值的分布系数的影响作为混合吸附剂(V)离子观察表明其高选择性尽管增加的内容在溶液中阴离子哦——竞争。

图5:计算了溶液浓度为5 mg•dm-3: 1-Dowex SBR-P, 2-Dowex SBR-P/SnO时，As (V)离子随平衡pH的分布系数₂, 3-Dowex SBR-P / SnO₂/铁₂O._3.

图6显示了在浓度为100 mg•dm的溶液中，As (V)离子的吸附随pH的变化^－3不₂aso._4.•H₂和0.1 mol•dm^－3氯化钾。在此条件下，有机阴离子交换器对砷的选择性较低(吸附值小于1 mg•g)^－1）.分别引入铁氧化物和锆氧化物的有机-无机杂化交换剂对砷酸盐表现出介质吸收选择性。然而，在中性介质中引入氧化铁的吸附剂无效，而引入氧化锆的吸附剂在中性环境中对砷酸盐表现出最大的选择性。在此条件下，以阴离子交换剂Dowex SBR-P为基础的杂化材料在引入铁氧化物和锆的同时获得了较高的选择性吸附值(吸附值可达~14 mg•g-1)。

图6:溶液酸度的影响(100mg•dm^－3不₂aso._4.•H₂O和7.5克•dm^－3研究了Dowex SBR-P对As (V)离子的吸附及含锆水合氧化物Dowex SBR-P/ZrО的杂合离子交换剂₂、Dowex SBR-P/ Fe的水合氧化物₂о_3.Dowex SBR-P/ZrО2 /Fe₂о_3.

从杂交吸附剂进行调查中，选择Dowex SBR-P / SNOSE用于研究pH值对砷酸盐离子的吸附的影响，以及Dowex SBR-P /Zr®₂选择用于研究KCl竞争对砷酸盐离子的吸附的影响。在两种情况下竞争离子（没有_3.-、Cl-)对有机树脂Dowex SBR-P表面对砷离子的吸附影响较大，而杂化吸附剂对砷离子的吸附影响较小。研究高浓度盐(KCl)对Dowex SBR-P/ZrО的影响是有趣的₂，因为在这种情况下，无机组分的添加量非常小(图7)₂由于足够量的无机组分，选择性应最佳。在Zro的情况下获得的结果显示₂此外，杂化吸附剂的选择性也足够好。

图7:无机组分含量对合成量的依赖关系:1-SBR-P/SnО₂, 2-Dowex SBR-P / SnО₂/ FE.₂о_3.， 3-Dowex SBR-P/ Fe₂о_3., 4-Dowex SBR-P / ZrО₂/ FE.₂о_3., 5-SBR-P / ZrО2

因此，在有机树脂颗粒内沉淀水合氧化物，表面朝向砷酸盐的离子的反应增加。

热重研究表明，在150℃下，有机树脂Dowex SBR-P的失重率为65%，所有杂交材料的失重率约为15%。从实验结果可以看出，杂化吸附剂形成后，有机树脂内部水的状态发生了变化，或者更准确地说，改变了其化学吸附和电离的程度。这一过程是由氧化物孔内的表面OH-基团引起的，它可以与水反应，形成带正电或负电的表面。这就是杂化吸附剂对多离子吸附的选择性优于有机树脂的原因。此外，As (V)的离子含有一个o原子，它可以与氧化物表面基团或与离子水反应。因此，水合氧化物在有机树脂颗粒内沉淀后，由于带电选择性孔的形成，表面对砷酸盐离子的反应性增加。

结论

因此,这项研究显示的可能性显著改善阴离子交换剂的吸附性质Dowex SBR-P向(V)的离子引入到无机聚合物基质的sorption-active components-hydrated氧化锡、铁、氧化和双锡、铁、锆氧化物和铁的两倍。在稀溶液中发现无机组分对提高吸附选择性的影响，同时观察到降低溶液酸度值对吸附能力的影响。

参考文献

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条信息

文章类型:研究文章

引用:Kolomiyets YO, Belyakov VN, Palchik AV, Maltseva TV(2016)阴离子交换剂Dowex SBR-P基质中Sn (IV)， Zr (IV)和Fe (III)的水合氧化物掺入对砷(V)阴离子吸附能力的影响。国际污水处理2(2):doi http://dx.doi。org/10.16966/2381 - 5299.120

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出版历史记录：

收到日期:2016年2月25日

接受日期:2016年3月15日

发表日期:2016年3月21日