【摘 要】
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本课题采用离子交换法处理含铜酸性矿山废水,以5～25mg/L含Cu（Ⅱ）水样作为研究对象,以Cu（Ⅱ）的去除率和吸附量作为评价指标,选取D463型离子交换树脂为吸附剂,研究了外部因素对D463型离子交换树脂除Cu（Ⅱ）性能的影响,同时探讨了树脂的再生性能及吸附除铜机理。在此基础上,利用L-半胱氨酸和3-氨基苯硫酚两种不同的改性剂对其改性处理,通过单因素试验、正交试验以及响应曲面试验等方法逐步优化改
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本课题采用离子交换法处理含铜酸性矿山废水,以5～25mg/L含Cu（Ⅱ）水样作为研究对象,以Cu（Ⅱ）的去除率和吸附量作为评价指标,选取D463型离子交换树脂为吸附剂,研究了外部因素对D463型离子交换树脂除Cu（Ⅱ）性能的影响,同时探讨了树脂的再生性能及吸附除铜机理。在此基础上,利用L-半胱氨酸和3-氨基苯硫酚两种不同的改性剂对其改性处理,通过单因素试验、正交试验以及响应曲面试验等方法逐步优化改性条件,并利用SEM、EDS、FT-IR等表征手段对改性后的树脂进行表征,进一步研究了外部因素对L-半胱氨酸改性D463型离子交换树脂吸附除Cu（Ⅱ）性能的影响和改性树脂的再生性能。研究内容及主要试验结果如下:（1）D463型离子交换树脂对Cu（Ⅱ）的吸附符合准二级动力学方程和Langmuir模型,吸附过程容易进行,以化学吸附为主,并且存在单分子层吸附和定位吸附,D463型离子交换树脂对Cu（Ⅱ）的吸附属于自发进行的放热过程。（2）D463型离子交换树脂的最佳投加量为0.2g/100m L;D463型离子交换树脂在酸性较强条件下对Cu（Ⅱ）仍有非常好的吸附作用,p H为3时对Cu（Ⅱ）吸附效果最佳;在25℃下即可完成对Cu（Ⅱ）的吸附;在120min时达到对Cu（Ⅱ）的吸附平衡;Ni2+与Pb2+的共存对树脂吸附Cu（Ⅱ）存在一定影响,Ni2+和Pb2+浓度增大会造成对Cu（Ⅱ）去除率和吸附量的下降;D463型离子交换树脂经四次吸附再生循环后仍有良好的吸附能力。（3）单因素试验确定出了两种改性方法中D463型离子交换树脂和改性剂质量比、反应体系p H、反应温度、反应时间等因素的有效影响范围;通过正交试验法确定出D463型离子交换树脂与L-半胱氨酸的质量比影响最大,时间的影响最小;响应曲面试验表明各因素对不同初始浓度Cu（Ⅱ）去除效果的影响显著情况各不相同,对于L-半胱氨酸改性D463型离子交换树脂,在5mg/L与15mg/L的含铜水样中,温度对改性D463型离子交换树脂去除Cu（Ⅱ）的影响最显著,在25mg/L的含铜水样中,三个因素的影响均不显著;3-氨基苯硫酚改性D463型离子交换树脂在5mg/L含铜水样中,D463型离子交换树脂与3-氨基苯硫酚的质量比的影响最显著,在15mg/L含铜水样中,三个因素的影响均不显著,在25mg/L的含铜水样中,温度的影响最显著。响应面试验结果可靠,模型可信度高。（4）D463型离子交换树脂的最佳改性条件受废水初始浓度的影响:针对5mg/L、15mg/L、25mg/L不同浓度的含铜水样,L-半胱氨酸改性D463型离子交换树脂的最佳改性条件分别为:（1）m（L-半胱氨酸）:m（D463）=1:0.74、p H为7.07、反应温度为61.83℃,反应时间为4h;（2）m（L-半胱氨酸）:m（D463）=1:0.60、p H为7.07、反应温度为61.63℃,反应时间为4h;（3）m（L-半胱氨酸）:m（D463）=1:0.69、p H为7.59、反应温度为63.44℃,反应时间为4h。3-氨基苯硫酚改性D463型离子交换树脂的最佳改性条件分别为:（1）m（3-氨基苯硫酚）:m（D463）=1:0.56、p H为2.21、反应温度为63.53℃,反应时间为4h;（2）m（3-氨基苯硫酚）:m（D463）=1:0.61、p H为3.44、反应温度为64.40℃,反应时间为4h;（3）m（3-氨基苯硫酚）:m（D463）=1:0.57、p H为3.08、反应温度为60.91℃,反应时间为4h。（5）改性后的D463型离子交换树脂表面出现更加致密的孔道,增加了比表面积,S的含量明显增多,酰胺键和-SH的红外特征峰出现,均说明两种不同的改性剂均将重金属离子强配位基团-SH引入了D463型离子交换树脂,改性成功。（6）L-半胱氨酸改性D463型离子交换树脂对Cu（Ⅱ）的最佳吸附条件为:改性树脂投加量为0.2g/100m L、p H为5、反应温度为25℃、反应时间为120min。在竞争离子Ni2+和Pb2+的存在下仍有较高的去除率和吸附量,经过四个周期的吸附-再生,去除率可达90%以上。经L-半胱氨酸改性的D463型离子交换树脂较改性前对Cu（Ⅱ）的吸附效果有了明显提升,可用于酸性矿山废水的处理。
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