李亞林，劉 蕾，黃亞楠，張景玉

(1.河南工程學(xué)院 資源與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 451191；2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，陜西 楊凌712100)

土壤電動(dòng)修復(fù)殘余電解液的凈化處理

李亞林1，劉 蕾1，黃亞楠2，張景玉1

(1.河南工程學(xué)院 資源與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 451191；2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，陜西 楊凌712100)

以鎘污染土壤電動(dòng)修復(fù)的殘余陰極電解液為處理對(duì)象，以D001×7型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂對(duì)鎘離子的交換量為技術(shù)指標(biāo)，采用靜態(tài)法和動(dòng)態(tài)法研究了不同操作參數(shù)對(duì)電解液中鎘離子的去除效果.結(jié)果表明，D001×7樹脂可以有效地去除殘余電解液中的鎘離子，靜態(tài)條件下當(dāng)鎘離子的初始質(zhì)量濃度為20 mg/L、樹脂投加量為3.0 g、pH值為5.0、反應(yīng)溫度為35 ℃、反應(yīng)時(shí)間為120 min時(shí)，樹脂的吸附容量為0.515 mg/g，鎘離子的去除率達(dá)到74.1%；動(dòng)態(tài)條件下當(dāng)流量為8 mL/min、濾層厚度為1.9 cm時(shí)，樹脂對(duì)鎘離子的吸附容量達(dá)到最大，鎘離子的去除率為93.2 %.

電解液；鎘；離子交換；再生

土壤的重金屬污染因具有持續(xù)性、隱匿性和污染范圍廣等特點(diǎn)，已經(jīng)成為全球性的環(huán)境問(wèn)題之一[1].電動(dòng)修復(fù)是近年來(lái)發(fā)展較快的一種污染土壤新型修復(fù)技術(shù)，該技術(shù)可以使土壤中的重金屬和有機(jī)物通過(guò)電遷移、電滲流和電泳等方式遷移出土壤[2].現(xiàn)有研究表明，電動(dòng)修復(fù)技術(shù)可以有效地去除土壤中的重金屬和有機(jī)物，操作簡(jiǎn)單且處理效率高，明顯優(yōu)于植物修復(fù)、微生物修復(fù)等其他修復(fù)技術(shù)[3-5].

在污染土壤的電動(dòng)修復(fù)過(guò)程中，電解反應(yīng)的陽(yáng)極區(qū)域產(chǎn)生H+而形成酸性帶，促使陽(yáng)極區(qū)域的金屬離子在電場(chǎng)作用下向陰極遷移，實(shí)現(xiàn)陽(yáng)極區(qū)域污染的去除[6].但是，遷移出土壤的重金屬離子存在于陰極電解液中，還需要進(jìn)一步處理才能降低對(duì)環(huán)境的污染[7].因此，對(duì)土壤電動(dòng)修復(fù)后殘余電解液的處理更具重要意義.

本研究在前期電動(dòng)修復(fù)鎘污染土壤的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上[8-10]，對(duì)陰極殘余電解液進(jìn)行收集，采用陽(yáng)離子交換樹脂對(duì)電解液進(jìn)行凈化，分別研究了靜態(tài)實(shí)驗(yàn)和動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)條件參數(shù)對(duì)殘余電解液中鎘離子的凈化效果，同時(shí)對(duì)樹脂吸附再生性能進(jìn)行了研究，為小規(guī)模土壤電動(dòng)修復(fù)實(shí)驗(yàn)中殘余電解液的凈化回用提供了參考.

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

表1 陰極殘余電解液的基本性質(zhì)Tab.1 Basic properties of catholyte

電解液為含鎘土壤電動(dòng)修復(fù)后陰極所產(chǎn)生的殘余電解液，原電解液為c(KCl)0.1 mol/L的KCl溶液，修復(fù)過(guò)程中添加乙酸溶液以維持陰極的pH值，土壤修復(fù)完成后收集殘余電解液進(jìn)行處理實(shí)驗(yàn)，電解液的基本性質(zhì)如表1所示.

1.2 試劑和儀器

實(shí)驗(yàn)所用試劑：鎘粒、氯化鉀、氫氧化鈉、冰乙酸、鹽酸，均為分析純；D001×7型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂(上海南開樹脂有限公司生產(chǎn))，樹脂的物理特性如表2所示.

表2 離子交換樹脂的基本性質(zhì)Tab.2 Basic properties of ion exchange resin

實(shí)驗(yàn)儀器：土壤電動(dòng)修復(fù)裝置(自制)、離子交換吸附柱(自制)、3510型原子吸收分光光度計(jì)(上海安捷倫科技分析儀器有限公司生產(chǎn))、H1850型離心機(jī)(湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開發(fā)有限公司生產(chǎn))、THZ-82A型水浴恒溫振蕩器(金壇市宏華儀器廠生產(chǎn))、BT100M/YZ1515X型蠕動(dòng)泵(保定申辰泵業(yè)有限公司生產(chǎn))、PHS-3C型精密pH計(jì)(上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司生產(chǎn)).

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樹脂預(yù)處理

用蒸餾水多次沖洗去除樹脂中的雜質(zhì)，浸泡24 h；除去蒸餾水后用ω(乙醇)99%乙醇溶液浸泡24 h，去除醇性物質(zhì)；再用蒸餾水反復(fù)沖洗至無(wú)色無(wú)味，用ω(NaOH)8%的氫氧化鈉溶液浸泡3～4 h；將樹脂沖洗至中性，加入ω(HCl)7%的鹽酸溶液浸泡3～4 h；除去HCl后將樹脂沖洗至中性，于60 ℃干燥后備用.

1.3.2 靜態(tài)實(shí)驗(yàn)

取定量經(jīng)預(yù)處理的樹脂置于250 mL錐形瓶中，加入定量電解液，在水浴恒溫?fù)u床中控制轉(zhuǎn)速和溫度進(jìn)行振蕩反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中定時(shí)取樣，使用原子吸收分光光度法測(cè)定電解液中的鎘離子含量[11]，根據(jù)式(1)計(jì)算t時(shí)刻樹脂的吸附量qt:

(1)

式中：qt為t時(shí)刻離子交換樹脂對(duì)鎘離子的吸附量，mg/g；ρt為t時(shí)刻電解液中的鎘離子質(zhì)量濃度，mg/L；ρ0為電解液中鎘離子的初始質(zhì)量濃度，mg/L；V為溶液體積，L；m為樹脂用量，g.

1.3.3 動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)

圖1 動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置Fig.1 Dynamic experimental device

動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)將電解液凈化裝置與土壤修復(fù)裝置結(jié)合，如圖1所示.蠕動(dòng)泵將土壤修復(fù)裝置中的殘余電解液抽取置于電熱恒溫水槽內(nèi)的燒杯中，使電解液維持一定的溫度通過(guò)吸附柱.用3個(gè)規(guī)格相同的吸附柱串聯(lián)，分別稱取等量樹脂裝填到3個(gè)離子交換柱中，吸附柱上端用玻璃珠填充以減緩溶液對(duì)柱內(nèi)樹脂的沖刷，底端用48 μm的玻璃纖維濾布固定以截留樹脂并及時(shí)排出處理后的電解液.殘余電解液以預(yù)定流速通過(guò)1#柱，當(dāng)出水鎘離子的去除率達(dá)到60%時(shí)，可視為穿透,將此水通入2#和3#柱繼續(xù)吸附.過(guò)程中定時(shí)取樣，測(cè)定流出電解液中的鎘離子含量，并根據(jù)式(2)計(jì)算3#柱t時(shí)刻樹脂的吸附量qt′:

(2)

式中：ρt為第t個(gè)取樣點(diǎn)流出液的鎘離子質(zhì)量濃度，mg/L；ρt-1為第t-1個(gè)取樣點(diǎn)流出液的鎘離子質(zhì)量濃度，mg/L；qt′為第t個(gè)取樣點(diǎn)離子交換樹脂的吸附量，mg/g；qt-1為第t-1個(gè)取樣點(diǎn)離子交換樹脂的吸附量，mg/g；Vt為第t個(gè)取樣點(diǎn)流出液的體積，L；Vt-1為第t-1個(gè)取樣點(diǎn)流出液的體積，L；m為樹脂用量，g.

1.3.4 樹脂動(dòng)態(tài)再生實(shí)驗(yàn)

在恒溫條件下，用一定濃度的HCl溶液淋洗吸附柱中已經(jīng)吸附飽和的樹脂，直至流出液的酸度與HCl溶液的酸度相同即為解析平衡，間隔一定時(shí)間取樣，反應(yīng)過(guò)程中定時(shí)取樣，測(cè)定流出電解液中的鎘離子含量.

2 結(jié)果與分析

2.1 靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)

圖2 溶液初始濃度對(duì)鎘離子吸附量的影響Fig.2 Effect of initial concentration on adsorption of cadmium

2.1.1 初始濃度對(duì)鎘離子吸附的影響

分別取不同鎘離子含量的電解液各90 mL置于錐形瓶中，調(diào)節(jié)pH值至6，投加3.0 g樹脂，在室溫(20 ℃)條件下振蕩2 h(轉(zhuǎn)速為120 r/min)，定時(shí)連續(xù)取樣測(cè)定鎘離子濃度，計(jì)算吸附量，結(jié)果如圖2所示.

由圖2分析，樹脂對(duì)鎘離子的吸附量隨著溶液初始濃度的增加呈先上升后下降的趨勢(shì).在吸附初期，由于樹脂活性位點(diǎn)充足，對(duì)鎘離子的吸附速率較快，不同初始濃度條件下的吸附量差別不大.隨著吸附的進(jìn)行，樹脂對(duì)鎘離子吸附量的差異逐漸顯現(xiàn).

當(dāng)鎘離子的初始質(zhì)量濃度低于20 mg/L時(shí)，吸附量隨著電解液中鎘離子濃度的升高而增加，此時(shí)樹脂中可發(fā)生鎘離子交換的活性位點(diǎn)充足；當(dāng)初始質(zhì)量濃度高于20 mg/L時(shí)，隨著鎘離子濃度的增加，樹脂上可利用的化學(xué)位點(diǎn)逐漸減少，在高濃度條件下，鎘離子在短時(shí)間內(nèi)會(huì)迅速擴(kuò)散到樹脂的液膜中，這不利于樹脂液膜內(nèi)部傳質(zhì)和結(jié)合位點(diǎn)離子交換的進(jìn)行，因而離子交換樹脂的吸附容量減少[12].綜上，確定鎘離子的初始質(zhì)量濃度最佳值為20 mg/L.

圖3 樹脂用量對(duì)鎘離子吸附量的影響Fig.3 Effect of resin dosage on adsorption of cadmium

2.1.2 樹脂用量對(duì)鎘離子吸附的影響

分別取90 mL鎘離子質(zhì)量濃度為20 mg/L的電解液置于錐形瓶中，調(diào)節(jié)pH值至6，投加不同質(zhì)量的樹脂，在室溫條件下振蕩2 h，定時(shí)連續(xù)取樣測(cè)定鎘離子濃度，計(jì)算吸附量，結(jié)果如圖3所示.

圖4 溫度對(duì)鎘離子吸附量的影響Fig.4 Effect of temperature on adsorption of cadmium

由圖3可知，隨著樹脂用量的增加，樹脂對(duì)鎘離子的吸附量呈先上升后下降的趨勢(shì).樹脂用量較少時(shí)，樹脂與電解液中的鎘離子充分反應(yīng)，吸附量隨著樹脂用量的增加呈上升趨勢(shì)；當(dāng)樹脂用量超過(guò)3.0 g時(shí)，由于離子交換樹脂過(guò)多聚集在一起而形成群簇，致使部分的離子交換點(diǎn)位無(wú)法與鎘離子進(jìn)行有效反應(yīng)，導(dǎo)致吸附量略有下降[13]；當(dāng)樹脂用量為3.0 g時(shí)，平衡吸附量最大為0.51 mg/g，此時(shí)溶液中鎘離子的去除率達(dá)60%以上，樹脂吸附量在不同時(shí)刻均優(yōu)于其他用量時(shí)的吸附量.因此，確定樹脂的最佳加入量為3.0 g.

2.1.3 溫度對(duì)鎘離子吸附的影響

分別取90 mL鎘離子質(zhì)量濃度為20 mg/L的電解液置于錐形瓶中，調(diào)節(jié)pH值至6，投加3.0 g樹脂，在不同溫度條件下振蕩2 h，定時(shí)連續(xù)取樣測(cè)定鎘離子濃度，計(jì)算吸附量，結(jié)果如圖4所示.

由圖4可知，在溫度為35 ℃時(shí)，樹脂對(duì)鎘離子的吸附量?jī)?yōu)于在其他溫度時(shí)的吸附量，在吸附時(shí)間為50 min時(shí)，樹脂對(duì)電解液中鎘離子的吸附量最大為0.478 mg/g，此時(shí)溶液中鎘離子的去除率達(dá)70%以上.而溫度繼續(xù)升高并不利于樹脂吸附溶液中的鎘離子，因?yàn)楦邷叵码x子間的庫(kù)侖力變小，離子的交換能力相對(duì)減弱，所以吸附量也略有降低[14].因此，確定最佳反應(yīng)溫度為35 ℃.

圖5 pH值對(duì)鎘離子吸附量的影響Fig.5 Effect of pH value on adsorption of cadmium

2.1.4 pH值對(duì)鎘離子吸附的影響

分別取90 mL鎘離子質(zhì)量濃度為20 mg/L的電解液置于錐形瓶中，調(diào)節(jié)pH值至所需值，投加3.0 g樹脂，在35 ℃條件下振蕩2 h，定時(shí)連續(xù)取樣測(cè)定鎘離子濃度，計(jì)算吸附量，結(jié)果如圖5所示.

由圖5可知，當(dāng)pH值<5時(shí)，溶液中大量存在的H+不利于離子交換樹脂化學(xué)位點(diǎn)上離子與溶液中的鎘離子的相互交換[15]，所以隨著pH值的增加，H+含量降低，逐漸促進(jìn)樹脂對(duì)鎘離子的吸附作用，因而樹脂吸附量呈升高趨勢(shì)；當(dāng)pH值=5時(shí)，吸附量達(dá)到最大，而隨著溶液pH值的繼續(xù)升高使溶液中的OH-逐漸增多，并與溶液中的鎘離子形成非沉淀型絡(luò)合物，進(jìn)而減少樹脂吸附量；當(dāng)pH值>6時(shí)，溶液中鎘離子會(huì)與大量的OH-形成氫氧化鎘沉淀，在離子交換反應(yīng)與沉淀的共同作用下導(dǎo)致溶液中鎘離子的濃度降低.因此，確定最佳pH值=5.

圖6 振蕩時(shí)間對(duì)鎘離子吸附量的影響Fig.6 Effect of oscillating time on adsorption of cadmium

2.1.5 振蕩時(shí)間對(duì)鎘離子吸附的影響

分別取90 mL鎘離子質(zhì)量濃度為20 mg/L的電解液置于錐形瓶中，調(diào)節(jié)pH值至所需值，投加3.0 g樹脂，在35 ℃條件下振蕩不同時(shí)間，定時(shí)連續(xù)取樣測(cè)定鎘離子濃度，計(jì)算吸附量，結(jié)果如圖6所示.

由圖6可知，樹脂對(duì)鎘離子的吸附量在前10 min增長(zhǎng)迅速，之后增長(zhǎng)趨勢(shì)較為平緩.當(dāng)振蕩時(shí)間為120 min時(shí)，樹脂吸附量基本不再改變且最大為0.475 mg/g，此時(shí)溶液中鎘離子的去除率為73.1%.因此，確定最佳振蕩時(shí)間為120 min.

2.1.6 轉(zhuǎn)速對(duì)鎘離子吸附的影響

分別取90 mL鎘離子質(zhì)量濃度為20 mg/L的電解液置于錐形瓶中，調(diào)節(jié)pH值至所需值，投加3.0 g樹脂，在35 ℃不同轉(zhuǎn)速條件下振蕩2 h，定時(shí)連續(xù)取樣測(cè)定鎘離子濃度，計(jì)算吸附量，結(jié)果如圖7所示.

圖7 轉(zhuǎn)速對(duì)鎘離子吸附量的影響Fig.7 Effect of rotational speed on adsorption of cadmium

由圖7可知，各轉(zhuǎn)速下樹脂的吸附量隨著振蕩時(shí)間的增加均呈先增加后穩(wěn)定的趨勢(shì).由于加大轉(zhuǎn)速僅加大了液膜內(nèi)部傳質(zhì)的速率，對(duì)吸附過(guò)程幾乎沒(méi)有影響，故在吸附達(dá)到平衡以后，樹脂對(duì)鎘離子的吸附受轉(zhuǎn)速影響較小.在轉(zhuǎn)速為120 r/min時(shí)，其吸附量比其他轉(zhuǎn)速條件下的吸附量都大，為0.515 mg/g.此時(shí)，鎘離子的去除率為74.1%.

2.2 動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)

圖8 濾層厚度對(duì)鎘離子吸附量的影響Fig.8 Effect of filtration bed thickness on adsorption of cadmium

2.2.1 濾層厚度對(duì)鎘離子吸附的影響

稱取不同質(zhì)量的樹脂置于各吸附柱中，使柱高分別為0.7 cm，1.3 cm和1.9 cm(濕樹脂厚度分別為1.2 cm，2.4 cm和3.8 cm)，控制實(shí)驗(yàn)溫度為35 ℃，使待處理的電解液以6 mL/min的流量通過(guò)吸附柱，對(duì)3#吸附柱定時(shí)連續(xù)取樣測(cè)定鎘離子濃度，計(jì)算吸附量，結(jié)果如圖8所示.

由圖8可知，樹脂對(duì)電解液中鎘離子的吸附容量隨著濾層厚度的增加逐漸變大.當(dāng)濾層厚度為0.7 cm時(shí)，樹脂被穿透的時(shí)間為20 min，此時(shí)樹脂對(duì)電解液中鎘離子吸附量的最大值為0.310 mg/g；當(dāng)濾層厚度為1.3 cm時(shí)，樹脂被穿透的時(shí)間為30 min，此時(shí)樹脂對(duì)鎘離子吸附量的最大值為0.389 mg/g；當(dāng)濾層厚度為1.9 cm時(shí)，樹脂被穿透的時(shí)間為50 min，此時(shí)樹脂對(duì)電解液中鎘離子吸附量的最大值為0.467 mg/g.這是由于濾層越厚，交換吸附帶就越長(zhǎng)，其內(nèi)所含的功能基團(tuán)越多，吸附越徹底.電解液中的鎘離子在吸附柱中停留的時(shí)間越長(zhǎng)，越有利于樹脂對(duì)鎘離子的吸附.但是，濾層過(guò)厚會(huì)增加溶液的過(guò)柱阻力，延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)周期，影響實(shí)驗(yàn)的精確度[16].

2.2.2 過(guò)柱流量對(duì)鎘離子吸附的影響

圖9 過(guò)柱流量對(duì)鎘離子吸附量的影響Fig.9 Effect of flow rate on adsorption of cadmium

稱取3.0 g樹脂置于吸附柱中，控制實(shí)驗(yàn)溫度為35 ℃，使待處理的電解液分別以不同流量通過(guò)吸附柱，對(duì)3#吸附柱定時(shí)連續(xù)取樣測(cè)定鎘離子濃度，計(jì)算吸附量，結(jié)果如圖9所示.

由圖9可知，電解液流經(jīng)樹脂的穿透時(shí)間因流量的不同而不同，在不同流量下，隨著流出液體積的增加，離子交換樹脂對(duì)電解液中鎘離子的吸附量總體呈上升趨勢(shì).當(dāng)流量為10 mL/min時(shí)，樹脂對(duì)電解液中鎘離子的吸附量最小，這是由于流量過(guò)大，電解液在吸附柱中停留的時(shí)間變短，電解液中的鎘離子與樹脂接觸不充分所致；但流量過(guò)小，樹脂達(dá)到吸附飽和的時(shí)間變長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)實(shí)驗(yàn)周期延長(zhǎng).當(dāng)流量為8 mL/min時(shí)，3#吸附柱中的樹脂對(duì)電解液中鎘離子的吸附量達(dá)到最大，此時(shí)電解液中鎘離子的去除率為93.2%.

2.3 動(dòng)態(tài)再生條件的影響

2.3.1 再生流量對(duì)樹脂解吸的影響

以動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)中流量為8 mL/min、濾層厚度為1.9 cm的吸附飽和樹脂為再生實(shí)驗(yàn)對(duì)象，溫度控制在35 ℃，用1 mol/L的HCl溶液以不同流速通過(guò)吸附柱對(duì)失效樹脂進(jìn)行解吸，定時(shí)連續(xù)取樣測(cè)定鎘離子濃度，計(jì)算樹脂再生率，結(jié)果如圖10所示.

圖10 流速對(duì)樹脂再生率的影響Fig.10 Effect of flow rate on resin regeneration

由圖10可知，當(dāng)流出液體積相同時(shí)，樹脂的再生效率隨再生流速的升高呈遞減趨勢(shì).這是因?yàn)?，低流速條件下樹脂可與再生劑充分接觸，解吸較徹底.而當(dāng)再生流速為3 mL/min時(shí)，再生率已達(dá)99%，繼續(xù)降低流速不僅對(duì)樹脂再生率的影響不大，還會(huì)延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)周期.

2.3.2 再生劑濃度對(duì)樹脂解吸的影響

以動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)中流速為8 mL/min、濾層厚度為1.9 cm的吸附飽和樹脂為再生實(shí)驗(yàn)對(duì)象，溫度控制在35 ℃，用1 mol/L的HCl溶液以3 mL/min的流速通過(guò)吸附柱對(duì)失效樹脂進(jìn)行解吸，定時(shí)連續(xù)取樣測(cè)定鎘離子濃度，計(jì)算樹脂再生率，結(jié)果如圖11所示.

圖11 再生劑濃度對(duì)樹脂再生率的影響Fig.11 Effect of recycling agent on resin regeneration

由圖11可知，當(dāng)流出液體積在200 mL以內(nèi)時(shí)，2 mol/L的再生劑的再生率最高，0.4 mol/L的再生劑的再生率次之，1 mol/L的再生劑的再生率最低；當(dāng)流出液體積在200 mL以上時(shí)，再生率都達(dá)到99%以上.但是，再生劑濃度過(guò)高會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置有一定的腐蝕性.

2.4 樹脂穩(wěn)定性研究

用蒸餾水淋洗吸附柱中一次再生處理的樹脂，直至流出液的pH值為7左右時(shí)，即為樹脂淋洗完畢.在流量為8 mL/min、濾層厚度為1.9 cm的條件下進(jìn)行動(dòng)態(tài)吸附，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中控制溫度為35 ℃，在規(guī)定時(shí)間連續(xù)取樣.動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)完成后，用濃度為0.4 mol/L的再生劑在流量為3 mL/min的條件下淋洗失效樹脂.如此循環(huán)多次，考察樹脂再生次數(shù)與樹脂性能的關(guān)系，見圖12.

圖12 再生次數(shù)對(duì)樹脂性能的影響Fig.12 Effect of regeneration times on resin properties

分析圖12可知，0～20次再生后的樹脂再次進(jìn)行動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，樹脂的再生次數(shù)對(duì)樹脂吸附量的影響隨著吸附時(shí)間的增加而逐漸變小.吸附實(shí)驗(yàn)的前60 min，0～20次再生樹脂的吸附量差值為0.008～0.110 mg/g；后60 min，三者的吸附量差值為0.002～0.050 mg/g.這說(shuō)明樹脂的性能比較穩(wěn)定，再生次數(shù)并未影響樹脂對(duì)鎘離子的吸附和解吸，多次使用無(wú)破碎現(xiàn)象，再生效果好，可重復(fù)使用.

2.5 靜態(tài)法與動(dòng)態(tài)法適用范圍

針對(duì)電解液中鎘離子的去除，綜合靜態(tài)吸附與動(dòng)態(tài)吸附的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知，靜態(tài)吸附對(duì)電解液中鎘離子的初始濃度、溶液pH值及反應(yīng)溫度均有一定的要求，適合一次性處理大量的電解液，可以在電解液收集后進(jìn)行集中凈化處理，實(shí)現(xiàn)電解液的回收利用，以提高電解液的利用率.

動(dòng)態(tài)吸附可以實(shí)現(xiàn)電解液凈化裝置與土壤修復(fù)裝置的聯(lián)用，在控制流量和濾層厚度的條件下可以有效去除電解液中的鎘離子，但動(dòng)態(tài)法要求通過(guò)樹脂濾層的流速較慢，處理速率有一定的局限性，但對(duì)鎘離子的去除率高于靜態(tài)法，故更適用于小規(guī)模的實(shí)驗(yàn)，可實(shí)現(xiàn)電解液的凈化循環(huán).

3 結(jié)論

(1)D001×7型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂可以有效去除殘余電解液中的鎘離子.靜態(tài)條件下，當(dāng)鎘離子的初始質(zhì)量濃度為20 mg/L、樹脂投加量為3.0 g、溶液pH值為5.0、反應(yīng)溫度為35 ℃、反應(yīng)時(shí)間為120 min時(shí)，樹脂對(duì)鎘離子的吸附量為0.515 mg/g，電解液中鎘離子的去除率達(dá)74.1%.動(dòng)態(tài)條件下，當(dāng)流速為8 mL/min、濾層厚度為1.9 cm時(shí)，樹脂對(duì)鎘離子的吸附容量達(dá)到最大，鎘離子的去除率為93.2 %.

(2)當(dāng)流量為3 mL/min、再生劑濃度為0.4 mol/L時(shí)，樹脂再生率可達(dá)99.8%.在適宜的吸附和解吸條件下，樹脂的性能比較穩(wěn)定，再生次數(shù)對(duì)樹脂吸附和解吸性能的影響不大，多次使用無(wú)破碎現(xiàn)象，再生效果好，可重復(fù)使用.

(3)靜態(tài)法和動(dòng)態(tài)法均可以實(shí)現(xiàn)電解液的凈化和循環(huán)利用，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益.

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Study on purification of residual electrolyte in soil electrokinetic remediation

LI Yalin1, LIU Lei1, HUANG Yanan2, ZHANG Jingyu1

(1.CollegeofResourcesandEnvironment,HenanUniversityofEngineering,Zhengzhou451191,China;2.CollegeofResourcesandEnvironment,NorthwestAgricultureandForestUniversity,Yangling712100,China)

The effects of different parameters on the removal efficiency of cadmium in residual electrolyte collected from soil electrokinetic remediation were investigated. The exchange capacity of D001×7 ion exchange resin on cadmium ions was used as index in static and dynamic process. The results showed that the resin can effectively remove the cadmium in the residual electrolyte. The adsorption capacity and removal ratio of cadmium can reach 0.515 mg/g and 74.1% at initial concentration of cadmium is 20 mg/L, resin dosage is 3.0 g, pH value is 5.0, reaction temperature is 35 ℃, reaction time is 120 min in static process. And The adsorption capacity and removal ratio of cadmium can reach maximum and 93.2 % at flow rate is 8 mL/min, filtration bed thickness is 1.9 cm in dynamic process.

electrolyte; cadmium; ion exchange; regeneration

2017-02-28

河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目(162102310402)；河南工程學(xué)院博士基金(D2015008)；鄭州市科技攻關(guān)項(xiàng)目(20150237)

李亞林(1984-)，男，河南鄭州人，講師，博士，主要研究方向?yàn)楣腆w廢物處理.

X53

A

1674-330X(2017)02-0028-07