張萍+陳衛(wèi)+李曉晨+高雁

摘 要：本文結(jié)合砷污染現(xiàn)狀，對(duì)離子交換樹脂在砷污染水處理中的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，闡述了離子交換樹脂，特別是無機(jī)改性離子交換樹脂性質(zhì)及在砷污染水處理中的研究應(yīng)用現(xiàn)狀，并針對(duì)目前研究現(xiàn)狀中存在的問題了研究展望。

關(guān)鍵詞：砷污染；無機(jī)改性離子交換樹脂；水處理

中圖分類號(hào)：TU911 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）10-0010-02

砷污染是指由砷或其化合物所引起的環(huán)境污染。我國(guó)是受砷中毒危害最為嚴(yán)重的國(guó)家之一。2013年下半年，瑞士和中國(guó)研究人員在瑞士公布的一項(xiàng)最新研究成果顯示遭受砷污染的飲用水正在危害2000萬國(guó)人的健康[1]。因此，開發(fā)高效廉價(jià)的砷污染處理產(chǎn)品和技術(shù)成為砷污染治理的熱點(diǎn)之一，具有很大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境意義。

吸附法[2，3]是重金屬水污染處理方法中應(yīng)用最為廣泛、最有前景的技術(shù)之一。吸附法對(duì)重金屬有高效的去除能力，而且成本低廉，有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)可行性。在一定條件下，吸附劑可以解吸再生、重復(fù)利用，減少二次污染。相比于其它吸附劑，樹脂尤其是離子交換樹脂的優(yōu)點(diǎn)比較顯著，比如比表面積巨大，機(jī)械強(qiáng)度高，吸附容量大，再生簡(jiǎn)單，成本低廉等。隨著對(duì)樹脂的廣泛研究和推廣應(yīng)用及新型吸附材料的研究進(jìn)展，不少學(xué)者嘗試對(duì)樹脂進(jìn)行改性得到新型高效吸附劑處理水中的重金屬（包括砷）污染。

本文主要對(duì)改性離子交換樹脂對(duì)水中砷污染處理的研究進(jìn)展進(jìn)行較為系統(tǒng)的分析，并對(duì)存在問題的解決途徑及今后的研究方向作為進(jìn)一步展望。

1 離子交換樹脂除砷方面的應(yīng)用研究

離子交換樹脂是一類帶有功能基的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子化合物，其結(jié)構(gòu)由三部分組成：不溶性的高分子三維空間網(wǎng)狀骨架、連接在骨架上的功能基團(tuán)和功能基團(tuán)所帶的相反電荷的可交換離子。近年來，很多實(shí)驗(yàn)室研究通過改變吸附條件和改善樹脂結(jié)構(gòu)來提高離子交換樹脂的去除效果，很多研究已經(jīng)達(dá)到商業(yè)化水平，被廣泛應(yīng)用于實(shí)際水處理中。

胡天覺[4]等合成制備了一種對(duì)As（Ⅲ）離子高效選擇性吸附的螯合離子交換樹脂，研究了該螯合樹脂從含砷溶液中脫除砷的最佳條件.結(jié)果表明：該樹脂吃飯含As（Ⅲ）5g/L的溶液脫砷率高于99.99%，脫砷溶液中砷含量完全達(dá)標(biāo)。 Anirudhan[5]等制成了一種新型的陰離子交換劑CP-AE，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)As（V）的初始濃度為1mg/L時(shí)，陰離子交換劑對(duì)As（V）的最大去除率可達(dá)99.2%。Korngold[6]等研究了Purolite-A-505和Relite-490兩種強(qiáng)堿性樹脂對(duì)砷的去除效果，結(jié)果表明后者由于連接有乙基、丙基或其它更長(zhǎng)的官能團(tuán)，對(duì)H2AsO4-以及HAsO42-的親合力更強(qiáng)。有機(jī)離子交換劑聚苯乙烯強(qiáng)堿型陰離子交換樹脂，在美國(guó)新墨西哥州的Albuquerque市的生活飲用水除砷中得到了應(yīng)用。

2 無機(jī)改性離子交換樹脂除砷實(shí)際應(yīng)用研究

由于砷在水體中的分布形式主要是以離子形態(tài)存在，而傳統(tǒng)的陰離子交換樹脂對(duì)五價(jià)砷有一定的去除效果，但是對(duì)于三價(jià)砷的去除效果并不理想。隨著對(duì)離子交換樹脂改性技術(shù)和實(shí)驗(yàn)研究，利用改性離子交換樹脂去除水中的砷的研究工作也越來越多。

當(dāng)前，對(duì)傳統(tǒng)離子交換樹脂進(jìn)行無機(jī)改性，研究主要集中在將金屬氧化物或金屬化合物負(fù)載到樹脂上，從而提高其對(duì)重金屬的選擇性。大量研究表明[13]：將鐵、鋅、鈦、鋁、錳等金屬氧化物負(fù)載到離子交換樹脂上后，通過配位絡(luò)合作用與重金屬離子吸附結(jié)合，而且由于這種吸附是特異性的內(nèi)層吸附，因此不易受離子強(qiáng)度或其它離子的干擾。而且由于金屬氧化物的兩性特征，在不同的pH條件下，它們所帶電荷會(huì)有所不同，因此對(duì)水中的重金屬陽(yáng)離子或陰離子都能發(fā)揮其吸附性能。

趙雅萍[7]等利用載Fe（Ⅲ）和La（Ⅲ）-氨基膦酸型螯合樹脂選擇性吸附水中痕量As（Ⅴ），動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)表明，載Fe（Ⅲ）的螯合樹脂是一種有前景的飲用水除As（Ⅴ）的吸附劑。De Marco M J[8]等采用水合氧化鐵（HFO）對(duì)陽(yáng)離子交換樹脂和陰離子交換樹脂進(jìn)行改性后，對(duì)兩種形態(tài)的砷都很好的吸附選擇性，出水砷濃度很低。Lenoble[9]等制備出負(fù)載MnO2的聚苯乙烯樹脂，在中性條件下對(duì)As（Ⅲ）和As（Ⅴ）吸附容量為53mg/L和22mg/L。張貞發(fā)[10]等采用浸漬法用Fe（Ⅲ）對(duì)D401螯合樹脂進(jìn)行改性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，F(xiàn)e（Ⅲ）改性D401螯合樹脂可將水中1mg/L的砷含量降至0.01mg/L以下，并可用稀鹽酸再生，再生率達(dá)94%。徐偉[12]等也研究了用Fe（Ⅲ）改性的大也已弱堿性陰離子樹脂D301對(duì)飲用水中As（V）的吸附性能，結(jié)果表明，在pH<10時(shí)，D301-Fe對(duì)As（V）有較強(qiáng)的吸附性能，共存離子影響不大。

潘丙才[13，14]等把大孔強(qiáng)堿性離子交換樹脂D201作為載體，利用FeCl3-HCl-NaCl溶液特有的性質(zhì)制備出一種新型樹脂基水合氧化鐵復(fù)合材料（D201-HFO），研究結(jié)果表明，D201-HFO性能優(yōu)良、穩(wěn)定，是一種有廣泛應(yīng)用前景的除砷吸附劑。離子交換樹脂經(jīng)過改性后，一般都帶有能與重金屬進(jìn)行專屬吸附的基團(tuán)或配位原子，尤其是抗離子干擾能力強(qiáng)，對(duì)重金屬的選擇性優(yōu)于傳統(tǒng)的離子交換樹脂。

美國(guó)的SenGupta[15，16，17，18]等也利用金屬化合物（HFO/Fe3O4、HFO、HFO/ZrO2）對(duì)離子交換樹脂進(jìn)行了改性，研究其除砷性能，結(jié)果表明，改性后的離子交換樹脂對(duì)砷有很好的吸附選擇性。不僅如此，還在研究的基礎(chǔ)上，開發(fā)了化的除砷樹脂ArsenXxp，對(duì)商業(yè)化除砷進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用研究。

3 結(jié)語

隨著人們對(duì)離子交換樹脂改性研究的深入進(jìn)行，制備出許多有效的除砷劑。而這些改性樹脂也由于其機(jī)械強(qiáng)度高、比表面積大、抗沖擊能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，顯示出良好的發(fā)展前景和推廣應(yīng)用價(jià)值。

綜上所述，今后對(duì)改性離子交換樹脂的研究可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)一步深入：

（1）繼續(xù)開發(fā)成本低廉、易操作、可控性強(qiáng)的新型改性樹脂，研發(fā)成型產(chǎn)品并推廣應(yīng)用；（2）根據(jù)不同的樹脂和化合物，可研究多種物質(zhì)的復(fù)合改性劑，針對(duì)某種污染物（比如砷），研發(fā)強(qiáng)效吸附劑產(chǎn)品；（3）改性離子樹脂對(duì)水中重金屬的處理研究中可引入多目標(biāo)污染物及重金屬與有機(jī)物共存的復(fù)合體系；（4）針對(duì)目前我國(guó)重金屬污染狀況，研究拓展改性離子交換樹脂在其它領(lǐng)域（如：土壤修復(fù)）等領(lǐng)域中的作用和效能。

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