劉蘭 周明清 王斌(廣東石油化工學(xué)院,廣東 茂名 525000)

大孔樹脂吸附廢水中氯離子的正交實(shí)驗(yàn)研究

劉蘭 周明清 王斌(廣東石油化工學(xué)院,廣東 茂名 525000)

本文采用大.孔.樹.脂吸附氯離子，利用正交實(shí)驗(yàn)對H-103大孔樹脂對廢水中的氯離子靜態(tài)吸附和動(dòng)態(tài)吸附進(jìn)行研究。靜態(tài)吸附正交實(shí)驗(yàn)表明，吸附時(shí)間為關(guān)鍵影響因素，2.50g吸附劑用量,35r/min攪拌速率，20min吸附時(shí)間為最優(yōu)組合，氯離子脫除率可達(dá)95.00%。動(dòng)態(tài)吸附正交實(shí)驗(yàn)表明，吸附劑用量為關(guān)鍵影響因素，60min吸附時(shí)間、6.00g樹脂質(zhì)量為最優(yōu)吸附條件，廢水中氯離子脫除率達(dá)到95.58%。

H-103大孔樹脂；氯離子；靜態(tài)吸附；動(dòng)態(tài)吸附；正交實(shí)驗(yàn)

氯離子容易對工業(yè)設(shè)備中的管罐、管板等地方造成嚴(yán)重腐蝕，另外氯離子還可與其他陰離子協(xié)同腐蝕鋼材，造成更為嚴(yán)重的損害，這不僅對設(shè)備存在極大的安全隱患，還會危及人身和環(huán)境安全[1,2]。此外，工業(yè)廢水和生活污水中氯離子含量較高，如不加治理直接排入水體，將嚴(yán)重危害水環(huán)境、破壞水體的自然生態(tài)平衡，影響人類健康[3,4]。

目前氯離子去除方法有很多[5,6,7,8]，吸附法是其中較重要的一類方法。大孔樹脂具有多孔性結(jié)構(gòu)而具篩選性，同時(shí)可通過表面吸附、表面電性或形成氫鍵而具吸附性[9,10]。本文采用大孔樹.脂吸附氯離子，利用正交實(shí)驗(yàn)對H-103大孔樹脂對廢水中的氯離子靜態(tài)吸附和動(dòng)態(tài)吸附進(jìn)行研究，確定吸附的關(guān)鍵影響因素和最優(yōu)的吸附條件。

1 實(shí)驗(yàn)材料和儀器

(1)主要試劑及藥品：H-103大孔樹脂，南京大學(xué)研制；氯化鈉，分析純，無錫潤利化學(xué)有限公司；硝酸銀，分析純，上海邦成化工有限公司；氫氧化鈉，分析純，上海邦成化工有限公司；鉻酸鉀，分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

(2)主要儀器：集熱式磁力攪拌器，常州澳華儀器有限公司；蠕動(dòng)泵，上海娥江儀器設(shè)備有限公司。

2 數(shù)據(jù)分析與討論

單因素實(shí)驗(yàn)由于考慮的因素少，試驗(yàn)的設(shè)計(jì)、實(shí)施和分析都比較簡單；正交試驗(yàn)可以用部分試驗(yàn)來代替全面試驗(yàn)，通過對部分試驗(yàn)結(jié)果的分析來了解全面試驗(yàn)的情況，因此正交實(shí)驗(yàn)?zāi)芨行?、更快速的得到?zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果[11,12]。

2.1 靜態(tài)吸附的正交試驗(yàn)

取預(yù)處理后的樹脂放入錐形瓶中，加入含氯離子廢水，恒溫振蕩使樹脂與廢水充分接觸 ，每隔一定時(shí)間取樣，測定氯離子濃度,計(jì)算氯離子脫除率。

正交試驗(yàn)采用三因素三水平的正交試驗(yàn)，因素水平設(shè)計(jì)如表1：

表1 因素水平設(shè)計(jì)

按表1因素水平設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)，測定氯離子濃度并計(jì)算氯離子脫除率數(shù)據(jù)如表2：

表2 靜態(tài)吸附正交試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)極差的大小排列出H-103大孔樹脂吸附氯離子影響因素的主次順序，接著找出Ki最大所對應(yīng)的條件為最優(yōu)水平。由上表可知，吸附時(shí)間是靜態(tài)吸附中影響氯離子脫除率的關(guān)鍵因素，最優(yōu)實(shí)驗(yàn)組合為2.50g吸附劑用量,35r/min攪拌速率，20min吸附時(shí)間，該實(shí)驗(yàn)條件下氯離子脫除率可達(dá)到95.00%。

2.2 動(dòng)態(tài)吸附的正交試驗(yàn)

在離子交換柱內(nèi)裝填樹脂，廢水經(jīng)交換柱后，取樣用硝酸銀標(biāo)準(zhǔn)液滴定，計(jì)算氯離子脫除率。

在之前的動(dòng)態(tài)吸附單因素結(jié)果分析中，溫度和液體流量對實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響較小，因此本次正交試驗(yàn)采用二因素三水平的正交試驗(yàn)，正交實(shí)驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)如表3：

表3 因素水平設(shè)計(jì)

按表3因素水平設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)，測定氯離子濃度并計(jì)算氯離子脫除率數(shù)據(jù)如表4：

根據(jù)靜態(tài)吸附正交試驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理方法，吸附劑用量的極差大于反應(yīng)時(shí)間的極差，吸附劑用量為關(guān)鍵影響因素；最優(yōu)實(shí)驗(yàn)組合為60min吸附時(shí)間與6.00g吸附劑用量，在此條件下的氯離子脫除率為95.68%。

3 結(jié)語

(1)靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)進(jìn)行三水平三因素的正交試驗(yàn)研究，確定了吸附時(shí)間為關(guān)鍵影響因素。(2)靜態(tài)吸附正交實(shí)驗(yàn)表明，2.50g吸附劑用量,35r/min攪拌速率，20min吸附時(shí)間為最優(yōu)組合，最佳吸附中氯離子脫除率達(dá)95.00%。(3)動(dòng)態(tài)吸附進(jìn)行了兩因素三水平的正交試驗(yàn)，確定了吸附劑用量為關(guān)鍵影響因素。(4)動(dòng)態(tài)吸附正交實(shí)驗(yàn)表明，60min吸附時(shí)間、6.00g樹脂質(zhì)量為最優(yōu)吸附條件，廢水中氯離子脫除率達(dá)到95.58%。

表4 動(dòng)態(tài)吸附的正交試驗(yàn)

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劉蘭(1981-)，女，廣東石油化工學(xué)院教師，主要從事化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)室教學(xué)工作。