废水中有机污染物的吸附治理研究(2)
1绪论
含有大量化学物质的废水的排放造成的污染是当今人类面临的最严重的环境问题之一。如何经济有效地去除废水中这些化学物质一直是人们关注的目标。废水处理工艺分为分离处理和转化处理。作为分离工艺之一的吸附法,可以从废水中有效地去除和回收化学物质而不产生任何有害的副产物。吸附法采用的药剂称为吸附剂。活性炭是过去最常用的吸附剂,然而,活性炭较高的再生费用和较低的机械强度限制了它的广泛使用。近年来,高分子吸附剂由于具有较高的比表面积、较高的机械强度、树脂和孔结构的可调整性以及容易再生等特点,已经作为活性炭的替代品。根据材料的来源,高分子吸附剂可以分为合成高分子吸附剂和天然高分子及其改性吸附剂。合成高分子吸附剂主要包括吸附树脂、螯合树脂、离子交换树脂、吸水树脂等。得益于分子设计的发展,合成高分子吸附剂的研究和生产发展很快,涌现出大量具有高吸附容量、高选择性的合成吸附材料,极大
地丰富了人类调控自然的能力和手段。本文重点讨论了吸附树脂的性能、合成、性能及其在水与废水处理中的应用。
离子交换树脂是一类带有可离子化基团的三文网状高分子材料，其外形一般为颗粒状，不溶于水和一般的酸、碱，也不溶于普通的有机溶剂，如乙醇、丙酮和烃类溶剂。常见的离子交换树脂的粒径为0.3～1.2nm。一些特殊用途的离子交换树脂的粒径可能大于或小于这一范围。离子交换树脂具有一般聚合物所没有的新功能——离子交换功能，本质上属于反应性聚合物。尽管人们对离子交换（或离子交换过程）作了许多不同的解释，但是最典型的是这三种理论：（1）晶格交换理论；（2）双电层理论；（3）Donnan理论。离子交换树脂最主要的功能是离子交换，此外，它还具有吸附、催化、脱水等功能。吸附树脂则以其巨大的表面积而具有优异的吸附性为其主要功能。
1.1 离子交换树脂的概述
离子交换树脂的全名称由分类名称、骨架（或基因）名称、基本名称组成。孔隙结构分凝胶型和大孔型两种，凡具有物理孔结构的称大孔型树脂，在全名称前加“大孔”。分类属酸性的应在名称前加“阳”，分类属碱性的，在名称前加“阴”。如：大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂。
离子交换树脂还可以根据其基体的种类分为苯乙烯系树脂和丙烯酸系树脂。树脂中化学活性基团的种类决定了树脂的主要性质和类别。首先区分为阳离子树脂和阴离子树脂两大类，它们可分别与溶液中的阳离子和阴离子进行离子交换。阳离子树脂又分为强酸性和弱酸性两类，阴离子树脂又分为强碱性和弱碱性两类 （或再分出中强酸和中强碱性类）。
离子交换树脂是一类带有功能基的网状结构的高分子化合物，加热不熔，也不溶解于任何介质，能同溶液里的离子起交换反应。离子交换反应与无机化学的置换或复分解反应类似，如硫酸钠与硝酸钡的化学反应：
所差异的只是，无机化学的复分解反应一般是均相反应，而在离子交换树脂上进行的反应是非均相反应。最主要的离子交换反应有：
① 阳离子交换树脂的交换反应：
R为高分子强酸基，如结构式a、b。
② 阴离子交换树脂的交换反应： R为高分子强碱基，如结构式c。
离子交换树脂还具有脱水功能，强酸型阳离子交换树脂中的 基团是强极性基团，相当于浓硫酸，有很强的吸水性。干燥的强酸型阳离子交换树脂可用作有机溶剂的脱水剂。