强碱阴离子交换树脂AmberliteTM PWA5去除水溶液中苯酚的效能与机制研究

针对工业废水中苯酚污染这一环境难题，波兰AGH克拉科夫大学团队首次系统评估了商用强碱阴离子交换树脂AmberliteTM PWA5的除酚性能。研究发现该树脂在pH 11条件下通过离子交换机制实现最高237.3 mg/g的吸附容量，FT-IR证实了酚盐阴离子与季铵基团的结合作用，且90%的酚可通过HCl溶液解吸再生。该研究为工业废水处理提供了新型高效材料选择。

　　

随着现代工业的快速发展，苯酚及其衍生物作为重要的化工原料广泛应用于树脂合成、药物制造和石油精炼等领域，全球年消耗量已突破1180万吨。然而这类物质的高毒性使其被欧盟和美国环保署列为优先控制污染物，浓度超过5.6 g/m³即可破坏水体自净能力。传统活性炭吸附法存在再生困难的问题，而生物降解技术又受制于严苛的反应条件。面对这些技术瓶颈，AGH克拉科夫大学的研究团队在《Desalination and Water Treatment》发表论文，首次系统探究了商用强碱阴离子交换树脂Amberlite^TM PWA5对苯酚的去除效能与作用机制。

研究采用紫外光谱法（UV-Vis）监测287 nm特征吸收峰，结合傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和热力学建模等手段，系统考察了pH值、离子强度和接触时间等因素的影响。实验设计涵盖2.5-5000 mg/L的宽浓度范围，通过Langmuir和Freundlich等温线模型拟合吸附过程，并评估了不同再生剂的解吸效率。

3.1 接触时间与离子强度的影响
动力学研究表明，在pH 11条件下20-30分钟即可达到吸附平衡，伪二级动力学模型（R²=0.995）优于伪一级模型。当溶液含0.01 M NaCl时，吸附容量从9.03 mg/g降至7.84 mg/g，证实氯离子与酚盐阴离子的竞争效应。

3.3 溶液离子强度对吸附平衡的影响
Langmuir模型拟合显示，去离子水中最大吸附量达237.3 mg/g（K_L=0.003 L/mg），而含盐溶液降至227.3 mg/g。Freundlich参数1/n为0.682-0.796，表明树脂表面存在中等强度的异质性吸附位点。

3.4 红外光谱分析
FT-IR谱图中1591 cm^-1处的苯环振动峰和1480 cm^-1处季铵基团特征峰位移，证实了酚盐阴离子与-N⁺(CH₂CH₃)₃的离子交换作用。760-836 cm^-1区间的峰位偏移则提示苯环与树脂骨架存在π-π堆叠作用。

3.5 热力学参数估算
ΔH°值达21.09-55.37 kJ/mol，结合ΔG°随温度升高而降低的现象（288K时-2.257 kJ/mol→301K时-3.311 kJ/mol），表明该吸热过程兼具化学吸附与物理吸附特征。

3.6 解吸平衡评估
4% HCl溶液展现出90%的再生效率，优于2 M NaCl溶液（79%）。这种差异印证了吸附过程中除离子交换外，还存在约10%的物理吸附贡献。

该研究首次揭示了Amberlite^TM PWA5树脂在碱性条件下通过协同的离子交换和物理吸附机制高效去除苯酚的特性。其237.3 mg/g的吸附容量显著优于文献报道的AuRIX 100（75.8 mg/g）等树脂，且简单的酸再生流程使其具备工业化应用潜力。这些发现为处理含酚工业废水提供了新的技术选择，特别是对高浓度酚类污染物的深度净化具有重要指导价值。