崔国士 高俊娜 束兴娟 袁梦珍 张蕊蕊

摘 要：本文采用河南科高辐射化工科技有限公司提供的强酸性阳离子交换纤维对镉离子进行吸附性能研究。通过研究可以得出以下结论：强酸性离子交换纤维对重金属镉离子有良好的吸附性，最大吸附率为127.5mg/g；已吸附重金属的离子交换纤维能用 0.1mol/L的硝酸进行解析，纤维能进行二次利用，而且解析后纤维的吸附能力变化不大。

关键词：阳离子交换纤维；镉离子；吸附能力

中图分类号：TQ425；O647.3 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）16-0133-03

Study of the Adsorption of Cadmium on Strong Acid Cation Exchange Fibers

CUI Guoshi1，2 GAO Junna1，2 SHU Xingjuan1，2 YUAN Mengzhen1，2 ZHANG Ruirui1，2

Abstract： This paper used the strong acid cation exchange fiber provided by Henan Kegao Radiation Chemical Technology Co. Ltd. to study the adsorption properties of cadmium ions. The following conclusions could be drawn from the study： strong acidic ion exchange fiber had good absorption of heavy metal cadmium ions.The maximum adsorption rate was 127.5mg/g， and the ion exchange fibers that have adsorbed heavy metals could be analyzed with 0.1mol/L nitric acid， and the fiber could be used for two times， and the adsorption capacity of the fiber was little changed.

Keywords： cation Exchange fiber；cadmium ions；adsorption capacity

1 研究背景

離子交换纤维是继离子交换树脂之后一个新型的离子交换材料，其可以以各种纤维如聚烯烃、聚丙烯腈纤维[1]、聚乙烯醇纤维[2]、聚苯硫醚纤维[3]以及聚氯乙烯等纤维原料，通过湿法或者干法形式制成无纺布，或对其进一步改性。由于其具有比表面大、吸附与解析速度快、价格低廉等优势，因此可以用于气体净化、污水处理[4]、重金属分离[5]和生物化工[6-10]等多方面。本文以河南科高辐射化工科技有限公司研制的一种强酸性阳离子交换纤维进行镉离子吸附实验。该离子交换纤维中含有大量的极性基团羧基，增强了纤维的亲水性，为吸附重金属提供可能。实验结果显示，该材料对镉离子吸附能力较强，吸附速率快，可以再生，是一种比较理想的离子交换材料。

2 实验部分

2.1 实验原料与试剂

强酸性阳离子交换纤维：河南科高辐射化工科技有限公司提供。其他试剂均为市售，分析纯。

2.2 实验仪器

756MC紫外可见分光光度计，上海高致精密仪器有限公司；酸度计：上海先农仪器仪表有限公司；DHG-9070A型电热恒温鼓风干燥箱；FA2004电子天平，上海上平仪器有限公司。

2.3 分析方法

利用紫外光谱仪测定溶液中镉离子的初始浓度及吸附一定时间后的浓度。

2.4 强酸性阳离子交换纤维对镉离子吸附容量的测定

准确称取强酸性阳离子交换纤维0.1g（精确到0.000 1g），放于250mL锥形瓶中，20℃下加入200mg/L的硝酸镉溶液150mL，24h后测定溶液中镉离子浓度，纤维吸附率Qe按式（1）计算：

Qe=V[C0-Ce/W] （1）

式（1）中，Qe表示纤维吸附率（mg/g）；V表示溶液体积（L）；[C0]表示镉离子初始时的浓度（mg/L）；[Ce]表示镉离子平衡时的浓度（mg/L）；W表示离子交换纤维量（g）。

2.5 吸附动力学的测定

准确称取10份强酸性阳离子交换纤维各0.1g，置于250ml锥形瓶中，加入200mg/L的硝酸镉溶液150ml，20℃下震荡吸附，分别在0、1、2、4、6、9、12、17、23min和30min时，测定溶液中镉离子浓度，计算纤维吸附率Qt：

Qt=V[C0-Ct/W] （2）

式（2）中，Qt表示t时刻纤维吸附率（mg/g）；[Ct]表示t时刻镉离子浓度（mg/L）。

2.6 温度对离子交换纤维吸附率的影响

准确称取0.1g干燥阳离子交换纤维7份，分别放入200mg/L，150mL的镉离子溶液中，10、20、30、40、50、60℃和70℃下，30min后，分别测定离子交换溶液中镉离子浓度，同时计算阳离子交换纤维的吸附率。

2.7 重金属离子解析

为了将重金属及离子交换纤维回收，需对已吸附的离子交换纤维进行解析，把重金属离子解析下来。常用的方法即降低溶液的pH值，增强溶液酸度，或加入强配位体。本研究采用0.1mol/L的HNO3溶液对吸附重金属后的离子交换纤维进行洗脱，然后再对该离子交换纤维动力学性能进行研究。

3 结果与讨论

3.1 离子交换纤维的吸附率

离子交换纤维的吸附率是一个重要指数，其影响纤维的投放量及对溶液中重金属的吸附效率。离子交换纤维的吸附率越大，纤维吸附重金属的量就越多，交换纤维的投放量就越少，对溶液中重金属的吸附率就越大，离子交换纤维的效率就越高。本研究中，离子交换纤维在吸附24h后，溶液重金属离子浓度测定为115mg/L。根据离子交换纤维吸附率计算公式得出该强酸性阳离子交换纤维的吸附率为127.5mg/g。

3.2 吸附动力学

确定吸附平衡所需时间，研究吸附动力学对离子交换纤维实际应用有重要指导意义。吸附平衡所需时间越短，说明纤维吸附速率越高，离子交换纤维在应用中的效率也越高。本实验结果如图1所示。由图1可以看出，该强酸性离子交换纤维在20min内即达到吸附平衡，这与该纤维的亲水性好有关，亲水性越好，越有利于重金属离子在纤维内的扩散。

3.3 温度对纤维吸附率的影响

升温有利于离子扩散。同样在离子交换吸附实验中，升温有利于重金属离子扩散到交换纤维内部，提高离子交换速率。本升温实验显示，温度越高，吸附平衡所需时间越短（见图2）。温度的影响在实际应用中考虑经济成本，所以最佳吸附温度为20～40℃。

3.3 重金属离子的解析

为了使离子交换纤维二次利用，必须对所吸附的金属离子进行解析。阳离子交换纤维一般采用盐酸、硫酸等酸性相对较强的无机酸或者较强的配位体浸泡交换纤维来对金属离子进行解析。本实验采用0.1mol/L硝酸进行解析。解析后的离子交换纤维二次利用性能变化不大（见图3）。

4 结论

①强酸性离子交换纤维对重金属镉离子有良好的吸附性，最大吸附率为127.5mg/g。

②由于离子交换纤维含有大量磺酸基，与水的极性相似，扩散速率高，纤维达到吸附平衡时间短。

③升温加快了离子游动，有利于纤维迅速达到吸附平衡。

④已吸附重金属的离子交换纤维能用0.1mol/L的硝酸进行解析，纤维能进行二次利用，而且解析后纤维的吸附能力变化不大。

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