離子交換法是目前廣泛采用的處理重金屬廢水的方法之一，重金屬離子吸附過(guò)程是在離子交換樹(shù)脂上進(jìn)行的，利用可交換離子與廢水中的重金屬離子發(fā)生交換，使廢水中的重金屬離子從廢水中脫除出來(lái)，從而實(shí)現廢水凈化。離子交換技術(shù)具有分離選擇性好、濃縮倍數高及操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)離子交換法凈化后水中重金屬離子濃度遠低于化學(xué)沉淀法，降低了重金屬離子進(jìn)入環(huán)境的風(fēng)險。

　　隨著(zhù)全氟磺酸離子交換樹(shù)脂生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，它除了以離子膜的形式用于燃料電池和氯堿工業(yè)外，還在污水處理、化學(xué)催化、光催化、氣體分離、功能復合材料、高純水制備、海水淡化、新型電解有機化工生產(chǎn)、酸性廢水處理回收、醫院廢物處理、濕法冶金和氣體干燥等諸多行業(yè)起著(zhù)其他材料無(wú)可替代的作用。

　　全氟磺酸離子交換樹(shù)脂是由四氟乙烯和帶有磺?；鶊F的全氟乙烯基醚單體共聚而成，是一種以聚四氟乙烯結構為骨架、末端帶有磺酸根烯醚結構側鏈的全氟聚合物，它具有超常的化學(xué)穩定性和熱穩定性。全氟磺酸樹(shù)脂的結構式如下:

　　全氟磺酸離子交換樹(shù)脂屬含氟高分子材料，是一種性能極其優(yōu)異的特種功能材料，全氟磺酸樹(shù)脂結構由骨架和活性基團磺酸基(―SO3H)組成。其中的H+可以在溶液中游離，并與金屬離子進(jìn)行交換。與銅離子交換的反應式如下:

　　式中，R為樹(shù)脂的骨架。

　　1、試驗部分

　　1.1 試驗材料和儀器

　　全氟磺酸離子交換樹(shù)脂中空細管，管內徑1mm，壁厚0.25mm;含銅有機廢水，金屬電鍍廠(chǎng)生產(chǎn)廢水。

　　精密注射泵，LSP01-2A，電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)，8000型。

　　1.2 試驗裝置

　　離子交換法試驗裝置如圖1所示，溶液流速通過(guò)實(shí)驗室精密注射泵進(jìn)行控制。

　　1.3 檢測方法

　　Cu2+含量通過(guò)ICP-OES進(jìn)行現場(chǎng)檢測。

　　2、結果與討論

　　2.1 廢水流速對Cu2+去除效果的影響

　　全氟磺酸離子交換樹(shù)脂中空細管長(cháng)度60cm，內徑1mm，壁厚0.25mm。為了考察全氟磺酸交換樹(shù)脂中空細管對不同流速含銅有機廢水的交換能力，設計了5組不同試驗，有機廢水通過(guò)離子交換樹(shù)脂的速率分別為10、30、50、100和500mL/h。試驗結果見(jiàn)表1。

　　由表1可知，全氟磺酸離子交換樹(shù)脂中空細管對有機廢水中的Cu2+具有較好的去除效果，有機廢水流速對去除效果有明顯的影響，流速越大處理效果越差，流速越小交換吸附效果越好，交換速率對Cu2+去除起著(zhù)決定性作用。

　　全氟磺酸離子交換樹(shù)脂中空細管交換容量為0.9mmol/g，管長(cháng)為60cm，質(zhì)量約0.5g，理論上可以將14.4mg的Cu2+回收完全。為了更清晰地了解全氟磺酸離子交換樹(shù)脂中空細管交換時(shí)間與廢水中Cu2+回收率的關(guān)系，對其進(jìn)行了數據分析，分析結果見(jiàn)圖4和圖5。

　　由圖4、圖5可見(jiàn)，為了達到試驗室廢水排放標準，只有選擇在較小流速下進(jìn)行試驗才能滿(mǎn)足要求。

　　2.2 交換面積對Cu2+去除效果的影響

　　為了進(jìn)一步研究全氟磺酸離子交換樹(shù)脂中空細管的交換能力，對相同流速下不同長(cháng)度全氟磺酸離子交換樹(shù)脂中空細管與廢水中Cu2+交換含量的關(guān)系進(jìn)行了試驗研究，結果見(jiàn)表2。

　　由表2可見(jiàn)，全氟磺酸離子交換樹(shù)脂中空細管的長(cháng)度對處理效果的影響較小。理論上，交換樹(shù)脂中空細管長(cháng)度越大處理效果越好，但表2數據表明交換效果并不明顯。由于大多數離子交換樹(shù)脂為蜂窩狀多孔結構，孔道內壁的功能基團是離子交換反應的活性點(diǎn)，一旦這些活性點(diǎn)被覆蓋，交換就無(wú)法進(jìn)行。

　　從樹(shù)脂的結構和工作過(guò)程來(lái)看，全氟磺酸離子交換樹(shù)脂中空細管可以解決大多數常見(jiàn)螯合型離子交換樹(shù)脂在試驗中離子交換通道阻塞以及在離子交換反應過(guò)程中難溶沉積物沉積在樹(shù)脂內部的問(wèn)題，而銅在全氟磺酸基團上的交換機理還有待考察研究。

　　2.3 飽和樹(shù)脂再生

　　用離子交換樹(shù)脂中空細管對含Cu2+廢水進(jìn)行處理，當樹(shù)脂飽和時(shí)，采用H2SO4作為再生劑，將其配制成質(zhì)量分數為10%的H2SO4溶液對飽和樹(shù)脂中空細管進(jìn)行再生，再生時(shí)間為120min。

　　3、結論

　　全氟磺酸離子交換樹(shù)脂對貴金屬離子液具有一定的交換能力，由全氟磺酸離子交換樹(shù)脂制成的中空細管對有機廢水中的Cu2+具有較好的去除效果，有機廢水流速對處理效果有明顯的影響。全氟磺酸交換樹(shù)脂的離子交換性能穩定，再生方法簡(jiǎn)便，對Cu2+的吸附能力完全達到要求。

　　由于是首次進(jìn)行嘗試性試驗，試驗數據積累不夠，研究不夠深入，同時(shí)也只對眾多貴金屬離子中的銅離子進(jìn)行了考察，從試驗結果看對銅金屬回收有一定的效果。希望隨著(zhù)研究的不斷深入，期待能為有機廢水金屬回收提供新的選擇。(來(lái)源：含氟功能膜材料國家重點(diǎn)實(shí)驗室，山東東岳高分子材料有限公司，山東東岳未來(lái)氫能材料有限公司)