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人工合成化学品的大量生产和使用造成了水污染形式的多样性,水体中往往含有多种不同来源、不同性质的污染物,不同污染物之间会产生复杂的交互作用,形成复合污染[1],复合污染研究不仅是水污染研究不断走向深入的结果,也是现实环境问题的迫切需要。国内外学者相继开展了重金属-重金属[2]和有机物-有机物[3]复合方面的研究,在所表现出来的污染类型中,重金属、有毒有机污染物所形成的复合污染是普遍的环境污染现象之一[4~6]。
选用NDA-150、NJ-1和NJ-2三种树脂作为吸附剂,NJ-1和NJ-2树脂由NDA-150在不同温度下进行氧化修饰而得,研究了树脂表面含氧官能团的种类和数量对苯胺、对甲苯胺、对硝基苯胺、1-萘胺四种芳香胺有机物和铜离子吸附效果的影响,以及苯胺与铜离子同时存在时在吸附过程中的相互作用。
静态吸附实验表明,所用树脂对四种有机物的吸附均符合Langmuir等温吸附方程和Freundlich等温吸附方程,属于优惠吸附。吸附能力依次为:NDA-150>NJ-1>NJ-2。低温有利于吸附,说明主要为物理吸附。比表面积的降低、羧基的提升都不利于树脂对有机物的吸附。四种有机物在树脂上的吸附量依次为:1-萘胺>对硝基苯胺>对甲苯胺>苯胺。吸附质的疏水性和分子中的取代基团的性质是影响吸附量的主要原因,芳香类有机物中含有供电子的基团(如甲基)能增加分子的电子云密度,促进吸附质与聚苯乙烯树脂之间的π-π作用,含有吸电子的基团(如硝基)则会降低π-π作用,从而降低吸附量。
三种树脂对铜离子的吸附均符合Langrnuir等温吸附方程,吸附能力依次为:NJ-2>NJ-1>NDA-150,对铜离子的吸附能力与树脂表面羧基含量成正比。液膜扩散是铜离子在NJ-1和NJ-2树脂上的吸附速率控制步骤,303K时膜扩散速率常数R(l)分别为1.59×10-2min-1和1.90×10-2min-1。
复合条件下,苯胺和铜离子在NDA-150和NJ-1两种树脂上的吸附量都大于单组份时的吸附量,预负载吸附实验进一步表明,苯胺—铜离子之间络合物的形成,是两种物质吸附量增加的主要原因。
选用NJ-1树脂对苯胺—铜离子复合组分(两种物质浓度均为2mmol/L)进行动态柱吸附实验,当处理量为45BV时,出水中苯胺的平均浓度为0.16mmol/L,铜离子的平均浓度为0.02mmol/L。用95%乙醇(50℃)+2.0mmol/L盐酸溶液,脱附流速为1BV/h,对苯胺和铜离子能进行分段脱附,苯胺的脱附率可达96.87%,铜离子脱附率达100%。
研究结果表明,NDA-150树脂适用于处理含芳香胺类有机污染物的废水,对芳香胺类有机物吸附效果显著。NJ-1和NJ-2树脂适用于作为重金属—芳香胺类有机物复合污染水体治理的吸附剂,对金属离子和芳香胺类有机物均有较好的吸附效果。