腐殖酸对水中六价铬在磁性离子交换树脂上的吸附特性与去除机制的影响

The effect mechanism of humic acid on the removal of hexavalent chromium adsorbed on MIEX is not interpreted distinctly. Some methods such as experimental techniques, theoretical analysis, materials characterization and comparison analysis are adopted to explore the effects of different humic acids on the adsorption characteristics and removal mechanism of chromium adsorbed on MIEX. Some experiments of one-component chromium adsorbed on MIEX are conducted to investigate the adsorption characteristics of chromium on MIEX and reveal other possible removal mechanism with the exception of ion exchange. And then the interaction properties between hexavalent chromium and insoluble humic acids, different molecular weight humic acids and different hydrophilic and hydrophobic humic acids are studied respectively. Finally, the effects of three types of different characteristics of humic acid on hexavalent chromium removal by MIEX resin are investigated respectively. These comparison analysis of MIEX surface infrared spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy and the changes in ions quantity and species before and after adsorption are attributed to revealing the effect of humic acid on the adsorption characteristics and removal mechanism of hexavalent chromium from aqueous solutions by MIEX. This study can improve and develop the MIEX adsorption theory, and provide theoretical basis and technical surport for controlling hexavalent chromium contamination of drinking water sources.

针对水源中腐殖酸对磁性离子交换树脂（MIEX）吸附去除六价铬的影响机制尚不清楚，本项目拟采用试验技术、理论分析、材料表征与对比分析相结合的方法，开展不同性能腐殖酸对水中六价铬在MIEX上的吸附特性与去除机制影响的系统研究。首先探讨单组份Cr(VI)在MIEX上的吸附特性与规律，揭示除离子交换作用外，可能的其它去除机制；然后研究Cr(VI)分别与水中非溶解性腐殖酸、不同分子质量以及不同亲疏水特性的溶解性腐殖酸的作用特征，揭示不同性能腐殖酸与Cr(VI)作用机制的差别和原因；最后研究上述三类不同特性腐殖酸分别对Cr(VI)在MIEX上去除的影响，对比分析结合吸附前后溶液中离子种类和数量以及MIEX表面红外光谱和光电子能谱的变化，揭示腐殖酸对Cr(VI)在MIEX上的去除特性与机制的影响。该研究可完善和发展MIEX吸附理论，为其控制水源中Cr(VI)污染提供理论依据与实践基础。

水源中腐殖酸对磁性离子交换树脂（MIEX）吸附去除六价铬的影响机制尚不清楚。本研究采用试验技术、理论分析、材料表征与对比分析相结合的方法，首先从单因素影响，正交试验、响应曲面试验、吸附平衡、吸附动力学、热力学以及吸附剂再生等方面系统研究了单组份Cr(VI)、腐殖酸在MIEX树脂上的去除特性、规律及机制；分离出不同性能腐殖酸并进行了表征，分析了其与六价铬的作用特性；最后结合吸附前后树脂材料表面特征变化研究了腐殖酸对Cr(VI)在MIEX 上的去除特性与机制的影响。Redlich-Peterson等温线模型可描述Cr（VI）在树脂上的吸附平衡。拟一级动力学模型可描述低浓度（≤5mg/L）Cr（VI）的动力学过程；而拟二级动力学模型可以很好的描述MIEX树脂吸附去除高浓度（≥7mg/L）Cr（VI）。树脂除Cr（VI）是一个自发的熵增加放热过程。单组份Cr（VI）在MIEX树脂上的去除机理以离子交换作用为主，也存在一定静电吸附作用。MIEX树脂是以苯环为骨架，包含丙烯酸酯、二乙烯苯、季胺基、甲基、亚甲基等官能基团的树脂，其对分子量小于300Da的腐殖酸有很好的去除效果。树脂对腐殖酸的去除除离子交换外还存在电荷吸引、氢键及苯环之间的 作用。 溶液pH显著影响Cr（VI）与不同性能腐殖酸的相互作用。非溶解性腐殖酸与六价铬的作用以氧化还原反应为主，而溶解性腐殖酸与六价铬的作用以直接吸附与络合作用为主。腐殖酸对MIEX去除Cr（VI）有明显的促进作用。腐殖酸的加入没有显著改变树脂吸附Cr（VI）的平衡规律，但动力学过程发生了变化，热力学特性由放热变成了吸热。此条件下，MIEX树脂对Cr（VI）的去除以化学吸附为主，腐殖酸中的部分官能团将Cr（VI）还原成Cr（III），存在多步骤反应，包含了Cr（VI）的还原、离子交换、络合以及表面化学沉淀等多种反应机制，且化学吸附是主要的速率控制步骤。该研究结果完善和发展了MIEX树脂 吸附理论，为其控制水源中Cr(VI)及天然有机物污染提供理论依据与科学依据。