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NDA-66樹(shù)脂對(duì)鄰苯二甲酸的吸附及脫附性能

2014-04-12 01:52于魯冀吳小寧梁亦欣劉攀龍柏義生王惠英
化工環(huán)保 2014年1期
關(guān)鍵詞:鄰苯二甲酸等溫靜態(tài)

于魯冀,吳小寧,梁亦欣,劉攀龍,柏義生,王惠英

(1. 鄭州大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院,河南 鄭州 450001;2. 鄭州大學(xué) 環(huán)境技術(shù)咨詢工程公司,河南 鄭州 450002;3. 鄭州大學(xué) 環(huán)境政策規(guī)劃評(píng)價(jià)研究中心,河南 鄭州 450002)

鄰苯二甲酸是生產(chǎn)增塑劑的主要原料,可與苯酐和辛醇(或丁醇)進(jìn)行酯化反應(yīng),生成鄰苯二甲酸酯類增塑劑[1-3]。在增塑劑生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)排放大量高濃度鄰苯二甲酸廢水。目前,國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道的處理鄰苯二甲酸廢水的主要方法有萃取法、反滲透法、吸附法、催化氧化法和混凝沉淀法等[4-5]。其中,吸附法作為一種低能耗的固相萃取分離方法而備受重視,在工業(yè)廢水處理領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用[6]。

本工作研究了NDA-66新型超高交聯(lián)樹(shù)脂對(duì)鄰苯二甲酸的靜態(tài)吸附及動(dòng)態(tài)吸附-脫附性能,考察了吸附時(shí)間、溶液pH、溶液流量等因素對(duì)NDA-66樹(shù)脂吸附鄰苯二甲酸的影響,為NDA-66樹(shù)脂在實(shí)際處理鄰苯二甲酸廢水中的應(yīng)用提供了參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑、材料和儀器

NaOH、鹽酸:分析純;鄰苯二甲酸:基準(zhǔn)試劑;NDA-66樹(shù)脂:江蘇南大環(huán)??萍加邢薰?。

SHA-C型水浴恒溫振蕩器:金壇市精達(dá)儀器制造廠;QYC系列全溫培養(yǎng)搖床:上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司;752型紫外分光光度計(jì):上海菁華科技儀器有限公司;101-1A型電熱鼓風(fēng)干燥箱:天津泰斯特儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 NDA-66樹(shù)脂的預(yù)處理

使用前先將樹(shù)脂用無(wú)水乙醇提取8 h,然后依次用2%(w)的鹽酸、蒸餾水、2%(w)的NaOH溶液、蒸餾水洗滌至中性,以去除殘留在樹(shù)脂孔中的致孔劑及其他雜質(zhì),然后在烘箱中于60 ℃下干燥至恒重,置于干燥器中冷卻后備用[7]。

1.2.2 靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)

在250 mL錐形瓶中加入100 mL一定質(zhì)量濃度的鄰苯二甲酸溶液、2 g/L的NDA-66樹(shù)脂,在吸附溫度為305 K的條件下,以120 r/min的振蕩速率在恒溫振蕩器上振蕩吸附一定時(shí)間。

1.2.3 動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)

配制鄰苯二甲酸飽和溶液(質(zhì)量濃度約為5 500 mg/L),調(diào)至溶液pH=1.0~2.0,在吸附溫度為303 K的條件下,以一定流量流經(jīng)20 mL濕潤(rùn)樹(shù)脂吸附柱,測(cè)定出水中鄰苯二甲酸的質(zhì)量濃度,繪制動(dòng)態(tài)吸附曲線[8]。

1.2.4 動(dòng)態(tài)脫附實(shí)驗(yàn)

鄰苯二甲酸屬于弱酸性物質(zhì),易溶于乙醇等有機(jī)溶劑,因此對(duì)吸附飽和的樹(shù)脂可采用稀堿及一定的有機(jī)溶劑進(jìn)行脫附。為了對(duì)鄰苯二甲酸進(jìn)行資源化回收,采用稀堿作為脫附劑[9]。在一定脫附溫度下,先采用1吸附床層體積倍數(shù)(BV)一定含量的NaOH溶液,再采用2 BV蒸餾水,對(duì)在動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)中完全穿透的NDA-66樹(shù)脂進(jìn)行脫附。

1.3 分析方法

采用上海菁華科技儀器有限公司752型的紫外分光光度計(jì)在波長(zhǎng)為231 nm處測(cè)定溶液吸光度,計(jì)算鄰苯二甲酸的質(zhì)量濃度、吸附量、吸附率和脫附率[10]。

2 結(jié)果與討論

2.1 靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)

2.1.1 吸附時(shí)間對(duì)吸附量的影響

在溶液pH=2.0的條件下,吸附時(shí)間對(duì)吸附量的影響見(jiàn)圖1。

圖1 吸附時(shí)間對(duì)吸附量的影響

由圖1可見(jiàn):隨吸附時(shí)間的延長(zhǎng),吸附量逐漸增大;當(dāng)吸附時(shí)間為0~60 min時(shí),吸附量與吸附時(shí)間呈較好的線性關(guān)系,表明吸附過(guò)程主要受液膜擴(kuò)散控制;當(dāng)吸附時(shí)間為200 min時(shí),吸附趨于平衡;當(dāng)吸附時(shí)間為600 min時(shí),處理初始鄰苯二甲酸質(zhì)量濃度為1 000 mg/L的溶液,吸附量可達(dá)190 mg/g。這是因?yàn)椋谳^短的時(shí)間內(nèi),NDA-66樹(shù)脂對(duì)鄰苯二甲酸的吸附未達(dá)到飽和,故吸附速率較快,隨吸附時(shí)間的延長(zhǎng),NDA-66樹(shù)脂表面吸附了大量鄰苯二甲酸,吸附量的變化趨于平緩,直至吸附飽和。

2.1.2 溶液pH對(duì)吸附量的影響

一般酸性物質(zhì)在酸性溶液中易被吸附,堿性物質(zhì)在堿性溶液中易被吸附。鄰苯二甲酸是弱酸性物質(zhì),在酸性條件下多以分子態(tài)的形式存在[11]。在等電點(diǎn)時(shí),物質(zhì)的溶解度最低。采用NDA-66樹(shù)脂吸附鄰苯二甲酸時(shí),應(yīng)盡量保持溶液pH在鄰苯二甲酸的等電點(diǎn),這時(shí)兩性分子在溶液中的溶解度最低。在初始鄰苯二甲酸質(zhì)量濃度600 mg/L、吸附時(shí)間600 min的條件下,溶液pH對(duì)吸附量的影響見(jiàn)圖2。由圖2可見(jiàn),隨溶液pH的增大,吸附量逐漸降低。因此,當(dāng)溶液pH=0.5~2.5時(shí),較適宜NDA-66樹(shù)脂對(duì)鄰苯二甲酸的吸附。

圖2 溶液pH對(duì)吸附量的影響

2.1.3 靜態(tài)吸附等溫線

不同溫度下鄰苯二甲酸溶液靜態(tài)吸附的等溫線見(jiàn)圖3。由圖3可見(jiàn):隨吸附溫度的升高,平衡吸附量逐漸降低;當(dāng)吸附溫度為288 K時(shí),NDA-66樹(shù)脂對(duì)鄰苯二甲酸的平衡吸附量最大??紤]經(jīng)濟(jì)原因,選擇在接近室溫(303 K)的條件下進(jìn)行靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)。

圖3 不同溫度下鄰苯二甲酸溶液靜態(tài)吸附的等溫線

根據(jù)Freundlich等溫吸附方程(見(jiàn)式(1))和Langmuir等溫吸附方程(見(jiàn)式(2))對(duì)吸附等溫線進(jìn)行擬合,擬合結(jié)果見(jiàn)表1和表2。

式中:qe為平衡吸附量,mg/g;ρe為吸附平衡時(shí)鄰苯二甲酸的質(zhì)量濃度,mg/L;kf和n為Freundlich常數(shù);qsat為飽和吸附量,mg/g;b為吸附系數(shù),L/mg。

由表1和表2可見(jiàn),F(xiàn)reundlich等溫吸附方程和Langmuir等溫吸附方程均能較好地描述NDA-66樹(shù)脂對(duì)鄰苯二甲酸的吸附行為。

表1 Freundlich等溫吸附方程

表2 Langmuir等溫吸附方程

2.2 動(dòng)態(tài)吸附-脫附實(shí)驗(yàn)

2.2.1 溶液流量對(duì)吸附率的影響

溶液流量對(duì)吸附率的影響見(jiàn)圖4。由圖4可見(jiàn):當(dāng)溶液流量為0.5 BV/h時(shí),出水體積為7 BV時(shí)開(kāi)始穿透;當(dāng)溶液流量為1.5 BV/h時(shí),出水體積為11 BV時(shí)開(kāi)始穿透,22 BV時(shí)完全穿透;當(dāng)溶液流量為2.5 BV/h時(shí),出水體積為10 BV時(shí)開(kāi)始穿透,26 BV時(shí)完全穿透。由此可見(jiàn):當(dāng)溶液流量為0.5 BV/h時(shí),開(kāi)始穿透時(shí)間最早;當(dāng)溶液流量為1.5 BV/h時(shí),開(kāi)始穿透的時(shí)間最晚。當(dāng)溶液流量為1.5 BV/h時(shí),處理11 BV的鄰苯二甲酸溶液,吸附率可達(dá)100%。

圖4 溶液流量對(duì)吸附率的影響

2.2.2 NaOH含量對(duì)脫附率的影響

在脫附溫度為328 K的條件下,NaOH含量對(duì)脫附率的影響見(jiàn)圖5。由圖5可見(jiàn):當(dāng)w(NaOH)由4%增至6%時(shí),脫附率逐漸增大;當(dāng)w(NaOH)=6%時(shí),脫附率可達(dá)99%;繼續(xù)增加NaOH含量,脫附率變化不大。因此,選擇w(NaOH)=6%較適宜。

圖5 NaOH含量對(duì)脫附率的影響

2.2.3 脫附溫度對(duì)脫附率的影響

在w(NaOH)=6%的條件下,脫附溫度對(duì)脫附率的影響見(jiàn)圖6。由圖6可見(jiàn):當(dāng)脫附溫度低于328 K時(shí),隨脫附溫度的升高,脫附率逐漸增加;當(dāng)脫附溫度高于328 K時(shí),繼續(xù)升高溫度,脫附率基本保持不變,達(dá)99%以上。脫附是吸附的逆過(guò)程,溫度升高會(huì)削弱吸附的作用力,有助于吸附質(zhì)分子由樹(shù)脂表面擴(kuò)散至脫附劑中。因此,選擇脫附溫度為328 K較適宜。

圖6 脫附溫度對(duì)脫附率的影響

3 結(jié)論

a) 采用NDA-66新型超高交聯(lián)樹(shù)脂吸附鄰苯二甲酸。在靜態(tài)吸附過(guò)程中,在初始鄰苯二甲酸質(zhì)量濃度1 000 mg/L、溶液pH=2.0、吸附時(shí)間600 min的條件下,吸附量可達(dá)190 mg/g。

b)NDA-66樹(shù)脂對(duì)鄰苯二甲酸的吸附能較好地用Freundlich和Langmuir等溫吸附方程進(jìn)行擬合。

c)在動(dòng)態(tài)吸附-脫附實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)溶液流量為1.5 BV/h時(shí),處理11 BV的鄰苯二甲酸溶液,吸附率可達(dá)100%;在w(NaOH)=6%、脫附溫度328 K的最佳脫附條件下,脫附率可達(dá)99%以上。

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