用离子交换法对铬洗脱液脱钠工艺进行研究

　　用离子交换法处理六价铬废水需经过阴离子交换，六价铬以CrO42-、HCrO4-或 Cr2O72-的形式被交换吸附在阴离子树脂（ROH）上，交换过程如下：

　　【公式１】

　　当交换过程完成后，用氢氧化钠溶液再生阴离子树脂，使发生上述反应的逆过程，得到了以铬酸钠为主的碱性溶液，即铬洗脱液。由于铬洗脱液中的钠离子对电镀工艺或电镀质量会产生影响，因此，需对铬洗脱液进行脱钠处理以得到可以返回镀槽再利用的铬回收液。为避免在脱钠过程中引入杂质离子，本文选用比盐酸更具优势的硫酸作再生剂，用离子交换法对铬洗脱液脱钠工艺进行了研究，取得了良好的结果。

　　1、 实验

　　1.1 试剂与材料

　　硫酸、氢氧化钠、氯化钠、二异丙胺，均为分析纯；硫酸、氢氧化钠、氯化钠、二异丙胺，均为分析纯；阳离子树脂：强酸型树脂 A；弱酸型树脂 B；强酸型树脂 C。

　　1.2 仪器

　　250 mL 锥形瓶等相关玻璃仪器若干；DWS-51 通用型钠度计，贵阳学通仪器仪表有限公司；托盘天平，江苏省星润达教学仪器科技有限公司。

　　1.3 废水来源

　　某电镀厂铬在线回用装置中阴离子交换柱洗脱液，简称铬洗脱液，pH>12，钠离子浓度大于 11g/L。

　　1.4 钠离子检测

　　先将待测水样用二异丙胺调节到 pH=10 左右，然后直接用钠度计(预先用高纯水配制的氯化钠标准溶液按照说明书上的两点标定法进行标定)测试并读出钠离子的浓度值，所测结果与国标法测定结果基本吻合，对工业生产没有任何影响。

　　1.5 实验内容

　　(1)预处理：先在托盘天平上准备称取适量树脂，用清水洗干净，然后依次用 8 %氢氧化钠溶液、10 %硫酸浸泡 24 小时，最后用纯水清洗树脂直至洗水为中性，将预处理后的树脂贮存好备用。

　　(2)交换过程：称取 20 g 预处理好的树脂于 250 mL 锥形瓶中，再加入铬洗脱液 150 mL，然后在不同时刻取样 10 mL 测试溶液中钠离子浓度，取样时间设置为 0，5 min，20 min，50 min，110 min，200 min，320 min。

　　(3)再生过程：设定再生剂硫酸浓度为 5 %、10 %、15 %，再生体积比(再生硫酸用量与树脂的体积之比)为 2∶1、3∶1∶5，浸泡时间为 4 h、9 h、14 h、24 h。先固定其中的两个再生条件，然后分别以此条件进行静态实验，每个实验条件重复试验至少 5 次。

　　2、 实验结果与讨论

　　2.1 不同树脂的脱钠效果

　　分别取20 g预处理后的三种阳离子树脂于相同的实验条件下对铬洗脱液进行静态吸附实验，然后在不同反应时间分别取样检测溶液中钠离子的含量，并计算出树脂的吸附容量，实验结果见图 1。

　　由图 1 可以看出，三种树脂的吸附容量随反应时间变化曲线都在反应开始很短的时间后就保持基本稳定，说明树脂的交换反应已经达到了平衡。树脂 C 和 A 对钠的吸附容量曲线基本相同，树脂 B 曲线略高于树脂 C，而树脂 B 对钠吸附容量要远大于前两者，这正好说明了弱酸树脂的吸附容量要大于强酸树脂。经过多次重复实验，都得到相同结果，表明树脂B的脱钠能力最强，稳定性最好。故选用树脂B进行后续实验。

　　2.2 再生剂浓度对脱钠效果的影响

　　分别用 5 %、10 %、15 %的硫酸 125 mL(约为树脂体积的 4.5倍)再生树脂 14 h，然后在同条件下进行实验，所得实验数据如表1 和图 2 所示，

　　从表 1 和图 2 知道，树脂的再生度先随着硫酸浓度的上升而增大，而后反而减小，在对应 10 %硫酸时达到最大。这是因为在硫酸浓度较低时，树脂上被置换出的离子也随着 H+的增加而相应增多，再生度提高；据资料知，硫酸浓度超过某一临界值时，将会产生硫酸钙沉淀，而当硫酸浓度达到 10 %时，硫酸中的 H+还来不及与树脂上的钙离子交换并将其带出树脂内部，硫酸根离子就已经和钙离子形成了沉淀，从而使树脂的内部空间和活性位点大大减少。这也是树脂再生度从对应 5 %硫酸到 10 %硫酸时提高很多，而之后却有少许下降。从图 2 中可以明显看出这一点，所以再生树脂 B 选用 10 %硫酸。

　　2.3 再生体积比对脱钠效果的影响

　　用 10 %硫酸再生树脂 14 h，设定硫酸再生体积依次为 55 mL，83 mL，138 mL，分别对应树脂用量并刚好与之构成 1∶2、1∶3、1∶5 的体积比关系。按此条件进行实验，实验结果如表 2、图 3所示。

　　由表 2 及图 3 可以明显地看出，当树脂用量与再生剂硫酸的体积比为 1∶3 或 1∶5 时，树脂吸附容量较大，明显比 V10%硫酸∶V树脂=2∶1 时再生效果都好。再生体积比的不同，决定了再生液中H+数量的多少，正如酸浓度影响再生度一样，在一定范围内，H+的增多有利于再生度的提高，所以 V10%硫酸∶V树脂=2∶1 的再生效果最差。考虑到 V10%硫酸∶V树脂=5∶1 时酸消耗量偏大，最后选用V10%硫酸∶V树脂=3∶1。

　　2.4 再生时间对脱钠效果的影响

　　以 3 倍于树脂体积的 10 %硫酸进行再生，再生浸泡时间分别为 5 h、9 h、14 h、24 h，然后在不同反应时间取样分析，实验情况见表 3 和图 4。

　　从表 3 中的数据容易得到：再生时间越长树脂的再生度越高，对钠的平均吸附容量越大，但当再生时间从 14 h 延长到 24 h 时，树脂的吸附容量略有下降。原本树脂再生时间越长约有利于树脂上的吸附离子与硫酸中 H+充分交换，但是从实验数据或图 4 可以看出，浸泡时间从 9 h 到 24 h 树脂的再生度增加不大且都维持在98%以上，为了节省时间，因此选择再生浸泡时间为 9 h。

　　3、 结论

　　综述所述，该公司铬洗脱液脱钠的最佳实验条件是：采用阳离子交换树脂 B，再生浸泡时间为 9 h，10 %硫酸作再生剂，并且与树脂用量保持 3∶1 的体积比关系时，树脂对铬洗脱液的脱钠能力最强，再生度可达 98 %以上。本实验只是用静态实验法初步探讨了铬洗脱液脱钠树脂的种类及某树脂的再生条件优化，以为后续动态实验及深入研究提供参考。

　　参考文献：
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