MIEX基吸附纸的制备及其对有机物的去除特性

唐晓红

(河南教育学院 化学与环境学院，河南 郑州 450046)

MIEX基吸附纸的制备及其对有机物的去除特性

唐晓红

(河南教育学院 化学与环境学院，河南 郑州 450046)

为了有效地解决吸附剂与水体的分离问题，提高吸附剂对有机物的去除效率，实验以磁性离子交换树脂(MIEX)和滤纸为原材料，采用一种简单的方法制备了具有高吸附、易分离特性的MIEX基吸附纸.通过凝胶渗透色谱仪(GPC)检测有机物相对分子质量分布，从浸泡浓度、MIEX负载量、使用次数、吸附时间、稀释倍数等因素考察了MIEX基吸附纸对有机物去除效率的影响.结果表明：MIEX基吸附纸对中等分子量有机物有良好的吸附效果，当MIEX负载量为2.992 3 g·m-2、吸附时间为20 min时，UV254和DOC的去除率分别为84.7%和59.4%.实验还发现，MIEX基吸附纸不仅可以多次使用，而且对水体不会产生二次污染.

磁性离子交换树脂；有机物；吸附纸；凝胶渗透色谱

1 实验部分

1.1 实验材料

FP(长城双圣定量滤纸)；MIEX树脂(Orica公司，墨尔本，澳大利亚)；实验原水取自郑州市郑东新区龙子湖高校园区龙子湖，其综合水质指标见表1.

表1 综合水质指标Tab.1 comprehensive water quality indicators

1.2 测试方法

UV254采用Agilent Cary 60 UV-Vis紫外可见分光光度计测定；DOC质量浓度采用岛津 TOC-Vcph测定仪测定；有机物相对分子质量分布采用上海科哲生化科技有限公司生产的Gel Master 1000凝胶渗透色谱仪进行检测，检测器为单波长紫外检测器，标准物质为聚乙二醇，其中，吸附量和去除率分别按式(1)、(2)计算，

(1)

(2)

qt为t时刻(min)的吸附量(mg·g-1)，c0为有机物的初始浓度(mg·L-1)，ct为t时刻有机物的浓度(mg·L-1)，ce为吸附平衡时有机物的浓度(mg·L-1)，v为实验原水的体积(L)，m为吸附剂的质量(g)，er为去除率.

1.3 吸附纸MnFP的制备

首先制备浓度分别为5，10，15，20，25，30，35 mL·L-1的MIEX溶液，再将FP放入以上不同浓度的MIEX溶液中于常温下浸泡3 h，取出浸泡后的FP，放在40 ℃干燥箱中干燥24 h，得到7种不同负载量的MIEX基吸附纸MnFP (以下分别简称M5FP，M10FP，M15FP，M20FP，M25FP，M30FP，M35FP).

1.4 有机物吸附实验

将面积为16 cm2的不同负载量MIEX基吸附纸MnFP分别放入100 mL实验原水中，常温下进行静态吸附. 然后在不同时间间隔对水进行取样分析，测定UV254和DOC的含量.

使用次数对有机物的去除影响实验，是在吸附纸每次使用后取出放在40 ℃干燥箱中干燥24 h，即可待下次使用.

2 结果与讨论

2.1 MIEX浓度对吸附纸中MIEX的负载量影响

图1 不同浓度下的MIEX负载量Fig.1 MIEX loading at different concentrations

图1是单位面积吸附纸上MIEX的负载量随着MIEX浓度变化的曲线图.可见MIEX溶液浓度越高，单位面积吸附纸负载的MIEX质量越大.但是当MIEX浓度超过25 mL·L-1以后，单位面积滤纸上MIEX的负载量增加缓慢，这是因为滤纸中纤维素分子结构中能与MIEX形成氢键的羟基逐渐耗用完，所以单位面积滤纸上能负载的MIEX量随着MIEX溶液浓度的增加趋于饱和.

将吸附纸放在盛有清水的烧杯中浸泡3 d再取出，发现吸附纸完好无损，而且烧杯中的水仍然清澈透明.这说明MIEX与滤纸之间通过很强的相互作用交缠在一起，导致MIEX与纤维素有良好的界面粘合力.这是因为，一方面，纤维素分子结构中具有大量的羟基，可在纤维素的分子内和分子间形成大量的氢键，正是因为纤维素本身的高结晶度和强大的氢键作用，使其具有较大的湿韧强度;另一方面，MIEX表面含有丰富的含氧官能团，易与纤维素分子结构中丰富的羟基通过氢键牢固结合在一起.

2.2 MEIX负载量对有机物的去除影响

图2 浸泡浓度对MIEX基吸附纸去除有机物效果的影响Fig.2 Effect of soaking concentration on removal of organics by MIEX adsorption paper

图2显示了M5FP，M10FP，M15FP，M20FP，M25FP，M30FP，M35FP 7种不同MIEX负载量吸附纸对DOC和UV254的去除效果.从图中可以看出，有机物总量的去除率随着制备吸附纸的MIEX浓度的增加而提高，这是因为同等面积MIEX浓度越高负载的MIEX质量越大，吸附活性位点越多，吸附量越高，从而对有机物的去除效果就越好.

2.3 MIEX基吸附纸对不同相对分子质量区间有机物的去除规律

图3为实验原水经M25FP吸附纸处理前后的凝胶渗透色谱.图3表明，实验原水经M25FP吸附纸处理后，水中有机物的相对分子质量分布发生了明显变化.原水中有机物相对分子质量主要集中分布在500～1 500和5 000～50 000两个区间内，说明原水中有机物以中小分子量物质居多.值得注意的是，40 000～60 000区间内的峰值已经消失，说明M25FP对这部分有机物具有更好的去除效果.HUANG等[8-9]的研究结果也证明，MIEX对于中等分子量有机物具有良好的去除效果.

图3 有机物相对分子质量分布Fig.3 Relative molecular weight distribution of organics

2.4 吸附时间对有机物的去除影响

图4为吸附时间对M25FP吸附纸去除有机物效果的影响.从图中得知，M25FP吸附纸对有机物的去除效果与吸附时间有关，随着吸附时间的增加，UV254和DOC的去除率逐渐提高，在10 min时UV254和DOC的去除率分别是43.0%和32.0%，20 min时就达到了84.7%和59.4%，说明在20 min以前吸附速率大，有机物的去除率速率上升，为吸附质扩散到吸附剂表面的过程 (液膜扩散).在20 min以后变化趋于平稳，此时吸附质已经附在吸附剂的吸附位上.整个过程符合多孔吸附剂的液相吸附的基本特点[10].但考虑到实际生产中吸附时间越长，则净化效率越低，因此最佳吸附时间为20 min.所以后期实验时间均用20 min.

2.5 使用次数对有机物去除的影响

图4 吸附时间对M25FP去除有机物效果的影响Fig.4 Effect of adsorption time on removal of organics by M25FP

图5是有机物去除率随着M25FP吸附纸使用次数变化的曲线图.总体上可以看出，随着使用次数的增加，M25FP吸附纸仍对UV254和DOC保持很高的去除率，说明M25FP吸附纸对有机物有着较大的吸附量，所以在实际水处理过程中，可以通过提高使用次数来降低运行成本.

2.6 稀释倍数对有机物的去除影响

将实验原水分别稀释1，2，3，4，5倍，用M25FP吸附纸吸附20 min，得到实验原水初始浓度对UV254和DOC的去除规律，如图6所示.可以看出：原水中有机物的初始浓度越大，M25FP吸附纸对UV254和DOC的去除率反而越高.该现象与传质推动力有关：当UV254和DOC浓度增大，则吸附质在吸附剂内外的浓度差也就增大，这有利于推动吸附质由液体向吸附剂表面及内部扩散，从而加快吸附速率，促进吸附.

图5 M25FP使用次数对有机物去除率的影响Fig.5 Effect of M25FP use number on removal rate of organics

图6 稀释倍数对M25FP去除有机物的影响Fig.6 Effect of dilution ratio on removal of organics by M25FP

3 结论

实验以MIEX和滤纸FP为原材料制备了MIEX基吸附纸，在制备过程中FP滤纸作为MIEX的载体，MIEX的含氧官能团和FP的纤维素通过氢键作用形成结构稳定的吸附纸.实验表明吸附纸对污水中的有机物有很好的吸附效果.在试验范围内，吸附纸对UV254和DOC的去除率最大分别达到了86.2%和62.5%，其中，吸附纸去除有机物受浸泡浓度、MIEX负载量、吸附时间、稀释倍数等因素的影响.

本实验制备的MIEX基吸附纸作为吸附剂与普通的吸附剂相比，最大的优势是吸附与水体分离简单，并且可多次使用，不会对水体产生二次污染，具有其他材料不可比拟的优点和特性，极具开发潜力和应用前景，在水污染处理方面有着重要的作用.

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AdsorptionPaperBasedonMIEX:PreparationandRemovalCharacteristicofOrganics

TANG Xiaohong

(ChemistryandEnvironmentDepartment,HenanInstituteofEducation,Zhengzhou450046,China)

In order to solve the separation problem of adsorbent and water body and improve the removal efficiency of organics by adsorbents, using magnetic ion exchange resin and filter paper as raw materials, the adsorption paper based on MIEX with high adsorption and easy separation characteristics was prepared by a simple way in this paper.The relative molecular weight distribution of organic matter was detected by gel permeation chromatography (GPC).The effect of adsorption paper based on MIEX on the removal efficiency of organic matter was investigated from the factors such as soaking concentration,MIEX loading,using times,adsorption time，dilution ratio,etc.The results showed that adsorption paper based on MIEX had good adsorption effect on medium molecular weight organic compounds.When the MIEX loading was 2.992 3 g·m-2and the adsorption time was 20 min, the removal rate ofUV254andDOCwas 84.7% and 59.4%,respectively.The experiment also found that the adsorption paper based on MIEX can not only be used repeatedly, but also does not produce secondary pollution to the water body.

magnetic ion exchange resin; organic matter; adsorption paper; gel permeation chromatography

2017-06-22

河南省大中专毕业生就业创业研究课题(JYB2013406)

唐晓红(1977—)，女，重庆梁平人，河南教育学院化学与环境学院副教授，主要研究方向：污水处理.

10.3969/j.issn.1007-0834.2017.04.008

TQ028

A

1007-0834(2017)04-0033-04