工业废水中的重金属，对环境危害很大，必须对重金属离子进行处理，才能达标排放，有利于保护环境。
目前，重金属溶液处理技术有很多种， 比如化学还原沉淀法、 电解法、 膜分离法、 生物法、 吸附法以及其他方法。
化学沉淀法是指通过加入沉淀剂、 络合剂等药剂， 使溶液中的金属离子与之发生化学反应生成沉淀物， 最后通过固液分离除去。
这种方法具有经济效益高、 处理效率高、便捷等优点， 常见应用于工业废水中的重金属处理。但也存在缺点：沉淀法存在二次污染物， 如产生沉淀物、 引入了本身就具有毒的药剂；处理后的溶液由于被引入了杂质，溶液环境改变， 需要对处理后的溶液进行进一步处理；不适用于处理低浓度金属离子的溶液；处理后的出水水质一般都很难达到排放要求。
电解法是指利用直流电进行溶液氧化还原反应将金属离子除去的一种方法。此方法可以使溶液中的高价金属离子在阴极上直接被还原成为低价低毒或无毒的离子， 或者使某些金属离子直接还原析出， 例如：
CrO 4 2- + 3e - + 8H + → Cr 3+ + 4H 2 O
Ag+ + e -→ Ag↓
通过这种方法， 我们可以回收利用纯金属， 比如金、 银、 铜等。但由于电解法成本较高， 处理效率低， 有的还存在二次污染物， 所以应用性不强。膜分离技术主要包括电渗析、 反渗透和液膜法。
膜分离已经得到了广泛的研究， 在分离处理技术上占有了一定的地位。但这种处理技术相对较复杂、 效率较低， 在废水治理上还处在研究和试用阶段， 但这种方法具有广阔的发展前景。
生物法是是指利用自然界中的微生物， 将溶液中的金属离子降解或吸附， 以达到去除的目的。这种方法具有低投入、 高效率、 处理彻底、 无二次污染物等特点， 而且近年来也得到了快速的发展。
虽然， 将生物法应用于大规模废水等溶液处理上的条件还不成熟， 目前还处于研究阶段， 但我们相信， 生物法应用前景非常广阔。
吸附法是一种利用吸附剂吸附除去重金属离子方法。吸附剂的种类有很多， 如活性炭、 树脂等。活性炭具有物理吸附和化学吸附的双重特性， 吸附能力好， 可以有选择的吸附气相、 液相中的各种物质， 同时也可以吸附离子， 广泛应用于城市污水处理、 饮用水及工业废水处理。但活性炭吸附法存在活性炭的使用具有期限性， 再生过程中活性炭损耗较大， 再生后活性炭吸附能力会有明显下降， 活性炭中的粉末很容易污染待处理溶液等缺点。
树脂吸附法，即离子交换树脂法，是一种化学分离技术， 通过树脂上的交换基团的活性离子和溶液中同性的待交换的离子发生交换反应，从而达到去除离子的目的。
该技术对所要分离的物质具有很高的选择性，在应用上具有很多其他处理技术不可比拟的优异性， 因此在分离提纯、 废水处理等领域得到了广泛应用。特别是在废水处理领域， 由于废水排放标准日益严格， 而离子交换技术具有处理水质好、 树脂处理容量大、 树脂可再生利用、 可回收利用交换出的金属离子等优点， 使得废水处理开始向离子交换技术方向发展 。
离子交换树脂
离子交换树脂是一类带有功能基的网状结构高分子化合物， 具有选择、 吸附、 交换和催化等功能。离子交换树脂的结构可分为三个部分：不溶性的三维空间网状骨架，与骨架相连的功能基团， 以及功能基团所带的相反电荷的可交换离子 。
离子交换树脂有多种分类：按可交换的离子性质， 可分为阳离子交换树脂和阴离子交换脂。按所带官能团的性质可分为强酸、强碱、弱酸、弱碱、螯合、 酸碱两性和氧化还原型等类型。
按形态又可分为凝胶型和大孔型两种。为了改善树脂的某些性能， 近年来出现了一些合成的具有某些特殊功能的离子交换树脂，例如具有交换速度快、机械强度大、抗污染能力强和化学稳定性好的大孔离子交换树脂。
阳离子交换树脂
阳离子交换树脂是指在骨架上结合有磺酸（-SO3 H）和羧酸（-COOH）等酸性功能团的一类聚合物。在溶液中，树脂上的交换基部分（-SO3 H 或-COOH） 将发生像酸一样的电离， 以 R 表示树脂骨架， 即发生如下反应：
RSO3H→RSO3 - +H+
RCOOH→RCOO - +H+
游离的 H+能与溶液中的金属离子进行交换，例如：
R-SO 3 H+Na + → R-SO3Na+H+
其中，–SO3是与本体联结的固定部分，不能游离和交换。若树脂上的所有 H + 都被 Na +
交换取代后，此时树脂呈 Na+ 饱和状态，此时阳离子交换树脂已由 H 型转换为 Na 型阳
离子交换树脂， 同样可以用该树脂来置换溶液中的其他金属离子。
由于离子交换是可逆反应， 因此可以用HCl等酸溶液将其再次还原转化成 H 型树脂。
由于-SO3H上的H+类似于 HCl 或H2SO4 中的H+，很容易电离，似强酸，故将 RSO3H
型树脂称为强酸性阳离子交换树脂。
而-COOH上的H+类似于有机酸上的H+，较难电离，似弱酸， 故将RCOOH型树脂称为弱酸性阳离子交换树脂。
离子交换树脂的应用
离子树脂交换法是一种被广泛应用的溶液去离子技术， 并已逐渐发展成为废水处理的主要技术和方法 。
离子交换技术是利用离子交换树脂在某个 pH 值范围下，对溶液中以离子形式存在的金属或非金属离子进行选择性吸附。
例如，净化有害物质，去除废水中的某些离子、有机废水中的有机物质， 回收重、贵或稀有金属， 等等。
离子交换技术具有化学沉淀法、膜过滤等废水处理技术所不具备的优点，比如能够连续、有效的处理高流速低浓度金属离子的废水，经济效益高，可回收利用重金属， 具有很高的选择吸附性，污泥等二次污染物产量低，能满足严格的排放标准等。因此，离子交换技术具有很大的应用前景。
阳离子交换树脂的应用
溶液中的阳离子， 特别是重金属阳离子对土壤、 海洋、 河流以及地下水等存在污染问题。为了除去饮用水、废水、或溶液中的某些阳离子， 离子交换技术由于具有经济、环境效益好， 处理效率高等特点，在国内外都有了广泛的研究和应用。利用离子交换树脂吸附溶液中的研究有很多。
印度科学家用印度本土生产的 BSR 型螯合离子交换树脂对人造纤维工业废水中的 Zn 和 Ca 离子进行了吸附研究。
以 Zn 为例， 进行了吸附时间、溶液初始 pH 值、树脂用量、以及吸附容量等研究。研究表明， 随着溶液 pH 值从 1.75 升高到 4.25， 树脂对浓度为 1.0mg/mL 的溶液中 Zn的吸附率也从 8.0%上升到 85.0%。
这是由于在低 pH 值越低，溶液中的H离子浓度越高，与溶液中的 Zn 离子竞相吸附于树脂， 造成树脂对锌的吸附率下降。该树脂对 pH 5.3，浓度为 0.5mg/mL 的锌溶液的吸附容量能达到 91.0mg/g。用树脂对含 0.085mg/mL Zn(II)和 0.025mg/mL Ca(II)的工厂废水进行交换处理后， Zn(II)浓度降为 0.0002mg/mL， Ca(II)几乎为 0。可见， 该树脂对 Zn(II)和 Ca(II)吸附效果极好。
此外， 吸附量为 Zn82 mg/ g的树脂，用 0.36 M 的 H2SO4 洗脱 10min 后， 洗脱率达 83%， 40min 后洗脱完全。
对 VionitCS32 强酸性大孔阳离子树脂（–SO3H，苯乙烯二乙烯基苯） 吸附 Zn(II)的动力学分析研究。
国内也有众多科研工作者在阳离子交换树脂研究上做了研究工作。
张剑波等对多种型号的阳离子交换树脂对有机废水中铜离子的吸附性能进行了研究。
计建洪研究了利用 D001 大孔型强酸性阳离子树脂和 001×7 强酸性凝胶型阳离子树脂处理重金属离子污水，并以溶液中的 Cu(II)为例，考察了流速、溶液的起始 pH 值、温度等因素对离子交换树脂去除 Cu(II)效果的影响。
刘大鹏和赵涛进行了 732 型阳离子交换树脂对 Ca、Mg 离子的吸附研究， 分别考察了树脂对 Ca、 Mg 离子吸附的类型、 速率及吸附热力学参数。
该项研究表明， 732 阳离子交换树脂对 Ca、Mg 离子的吸附性能相近， 均为 Langmuir型吸附， 而且是一个吸热、 自发的熵增过程。
由于钝化液在使用过程中， 由于锌和铁溶入钝化液， 使钝化液的使用寿命缩短，因此，我们公司进行了三价铬钝化液除铁的再生研究 。选用一种新型的树脂，研究了液体流速、 温度对树脂除铁的影响， 以及树脂的再生条件。研究表明，在温度较高（高于55℃）和流速较低的情况下， 钝化液的除铁效果好，而且不会对钝化液中的三价铬含量产生很大影响。此外， 用 30%HCl 可实现对该树脂进行再生，且再生效果好。
离子交换树脂的再生研究
试验采用的是预处理转化为 H 型的阳离子树脂，因此交换处理将交换出 H + 离子， 反应如式， 使得溶液 pH 值下降。
2 (-SO 3 H) + Zn 2+ → - (SO 3 ) 2 Zn + 2H + （5-4）
在实际生产过程中， 由于铬酸盐钝化需要消耗溶液中的 H + 离子， 因此在钝化液被使用一段时间后， 溶液的 pH 值会上升， 为了不影响钝化效果， 通常在 pH 值上升到 4.5~5左右就得用酸（硫酸或硝酸） 下调 pH 值到 2~3 范围。
而用离子交换树脂的方法， 能够实现在除锌的同时下调 pH 值， 极大了节约了经济成本。
交换处理后溶液 pH 值的变化：
由图可知：
用树脂交换吸附除 Zn(II)后溶液中 Cr(VI)浓度不变， 表明用树脂再生钝化液不会对 Cr(VI)浓度产生影响， 达到了―去锌保铬‖的目的。
此外， 当钝化液的 pH 调整为 7 时， 钝化液中出现大量 Zn(OH) 2 白色沉淀。过滤除去沉淀物， 测滤液中 Zn(II)和 Cr(VI)浓度。结果表明， 溶液中的 Zn(II)浓度下降了 83.5%，但同时 Cr(VI)浓度也下降了约 20.0%。
由此可见， 通过沉淀的方法虽然也能降低钝化液中 Zn(II)浓度， 但同时会将 Cr(VI)吸附除去， 不能达到―去锌保铬‖的目的。
我们对通过静态吸附的方法用 732 强酸性阳离子交换树脂再生含锌铬酸盐钝化液进行了研究。
试验对交换时间、 溶液 pH 值、 树脂用量、 溶液初始浓度、 树脂再生性能及树脂的交换吸附位置等进行了相关研究。
研究表明：采用 732 强酸性阳离子交换树脂对铬酸盐钝化液中的 Zn(II)吸附速率快， 树脂用量越大就越快趋于吸附平衡。732 强酸性阳离子交换树脂吸附铬酸盐钝化液中 Zn(II)的最佳 pH 为 3 ~ 6， 而工业用铬酸盐钝化液的 pH 值在此范围内， 使得树脂具有较高的交换效率。
732 强酸性阳离子交换树脂对钝化液中 Zn(II)的吸附符合单分子层吸附规律， 具有饱和吸附性， 饱和吸附量约为 85.6 mg/g。且该树脂的吸附性能和脱附再生性能良好，可同时达到铬酸盐钝化液再生和树脂多次再生利用的目的。
用 732 强酸性阳离子交换树脂再生钝化液，在去除Zn(II)的同时并不会对 Cr(VI)含量产生影响，能达到“去锌保铬” 的目的。红外试验证实732强酸性阳离子交换树脂的吸附位置发生在磺酸基团上，-SO3H基团上的 H 与 Zn(II)进行交换，不引入其他杂质离子。
在工业应用中，由于溶锌反应使钝化液 pH 值不断上升，通常通过添加酸液达到下调 pH 值的目的。而用 732 强酸性阳离子交换树脂再生铬酸盐钝化液后钝化液 pH 值会下降。因此用 732 强酸性阳离子交换树脂再生铬酸盐钝化液可谓一箭双雕。
