磁性树脂去除水中微量有机物的机理研究

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磁性离子交换树脂(Magnetic Ion Exchange Resin,MIEX)技术因其对腐殖质类天然有机物的卓越去除性能,目前已经在饮用水和再生水处理领域备受关注。已有研究表明其对离子型有机物具有良好的去除效果,但对于非离子型微量有机物的去除效果存在很大差异。药品及个人护理品(pharmaccuticals andpersonal care products,PPCPs)多为非离子型微量有机物,17α-乙炔基雌二醇(17α-Ethinylestradiol,EE2)被列在其前100名之内,具有强烈的内分泌干扰性。本课题选用EE2这一典型的非离子型微量有机物作为目标污染物,来研究MIEX树脂对这种非离子型微量有机物的去除机理。  本课题选用MIEX树脂投加量为10mL/L,处理时长为60min。研究发现,MIEX树脂对水中EE2的去除效果要优于文献已报道的其它非离子型微量有机物,在EE2浓度小于100μg/L时,去除率可达70%左右。电荷密度测定发现EE2在强酸和强碱性条件下会发生解离,但在中性水体中的电荷密度几乎为零(0.00000219±0.00000015 meq/μg EE2)。根据NO3-和EE2配水的离子交换计量统计关系研究发现,MIEX树脂对EE2的去除作用以离子交换为主,但离子交换并不是MIEX树脂去除EE2的唯一机理,可能存在一定程度的微孔吸附作用。具有强离子交换能力的阴离子(SO42-、Cl-)及其浓度对MIEX树脂去除EE2的影响实验进一步证明,MIEX树脂去除EE2的机理以离子交换为主。根据MIEX树脂对EE2的多周期去除规律可知,MIEX树脂对EE2的去除作用中离子交换作用贡献最大,占整个去除作用的66%左右。通过道南理论证明,尽管EE2在中性水体中几乎不解离,但MIEX树脂孔隙内微环境仍呈强碱性,EE2通过浓度梯度扩散进入树脂孔隙内部后仍会发生解离,从而在树脂内部发生离子交换过程。  在天然水体中,腐殖酸(Humic Acid,HA)是和微量有机物共存的典型有机物。研究发现,HA本身对EE2有一定的吸附效果,但HA的存在并没有对MIEX树脂去除EE2产生促进作用,反而有轻微的抑制作用。这是因为,在离子交换过程中,一方面HA和EE2会共同竞争MIEX树脂上的离子交换位点,另一方面MIEX树脂上吸附的HA又会通过其羧基与EE2的羟基形成氢键,进而去除水中的EE2。  以上研究证明,MIEX树脂对具有酚羟基结构的非离子有机物可以实现良好的去除,而且去除过程以离子交换为主。水中HA的存在会对其去除过程有轻微的抑制作用。
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