離子交換法處理集成電路封裝有機廢水的研究

楊為，馬曉鷗，陳妍娜，許江波，費繼宏

?

離子交換法處理集成電路封裝有機廢水的研究

楊為，馬曉鷗，陳妍娜，許江波，費繼宏

（五邑大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，廣東 江門 529020）

采用離子交換法處理集成電路封裝去膠產(chǎn)生的有機廢水. 靜態(tài)實驗研究結(jié)果表明，弱酸型陽離子交換樹脂OD5對該廢水中的有機物具有吸附容量大、再生性能好等特點. 廢水經(jīng)樹脂吸附后，COD從降至；再經(jīng)芬頓氧化，廢水COD降至，COD總?cè)コ蔬_到92.7%. 吸附動力學(xué)研究表明，OD5樹脂吸附COD受內(nèi)擴散控制，吸附速率常數(shù)為.

離子交換法；集成電路封裝；有機廢水

浸泡去膠是集成電路封裝生產(chǎn)的重要工序，該工序采用有機堿浸泡去除溢膠，但會因此產(chǎn)生大量的有機堿性廢水，這類廢水pH值較高、COD和總氮含量高，處理難度大. 隨著我國集成電路封裝行業(yè)的快速發(fā)展，開發(fā)針對這類廢水的處理方法對推動集成電路封裝行業(yè)的綠色發(fā)展具有積極意義. 本文以江門某集成電路封裝企業(yè)產(chǎn)生的浸泡廢水為研究對象，采取離子交換法與芬頓氧化法[1-2]聯(lián)用對廢水進行處理使其排放達標(biāo).

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

陽離子交換樹脂（工業(yè)品）：WD3、SD1、S017、S112、W8、OD5等6種，其中WD3、W8、OD5為弱酸性陽離子交換樹脂，SD1、S017、S112為強酸性陽離子交換樹脂. 鹽酸、氫氧化鈉、氯化鈉等為分析純試劑.

ZR4-6混凝試驗攪拌機、恒溫振蕩器、5B-3（B）型COD多元速測儀（連華環(huán)?？萍加邢薰荆┑?

1.2 實驗方法

1.2.1 廢水水質(zhì)

廢水中含有少量懸浮物，可能污染樹脂，應(yīng)先對其進行過濾. 過濾后廢水水質(zhì)如表1所示.

表1 廢水水質(zhì)

1.2.2 樹脂預(yù)處理

樹脂經(jīng)飽和氯化鈉溶液浸泡后，再進行堿洗、自來水洗、酸洗、自來水洗后備用.

1.2.3 靜態(tài)吸附實驗

1.2.4 芬頓氧化實驗

1.2.5 樹脂再生實驗

向裝有已吸附飽和的離子交換樹脂的燒杯中加入規(guī)定濃度和體積的鹽酸，振蕩再生，再用自來水洗凈即可. 記預(yù)處理后新樹脂的吸附容量為再生0次樹脂的吸附容量. 樹脂吸附容量的再生率按下式計算：

2 結(jié)果與討論

2.1 樹脂型號對廢水COD吸附容量的影響

圖1 不同型號樹脂的COD吸附容量

根據(jù)圖1顯示：W8和OD5的吸附容量遠(yuǎn)高于其他樹脂，3種強酸型離子交換樹脂SD1、S017、S112的吸附容量均較小. 按靜態(tài)實驗吸附條件，W8、OD5兩種樹脂的吸附容量分別為、，另4種樹脂的吸附容量均在以下. 離子交換樹脂的吸附容量受樹脂中活性基團數(shù)目、離子種類、實驗pH值等多種因素的影響[3-4]. 由于不同型號的離子交換樹脂特性各異，從而導(dǎo)致其吸附容量有所不同.

W8樹脂和OD5樹脂的吸附容量相近，但W8樹脂粒度較OD5樹脂粒度小，會對交換過程帶來較大的床層阻力，且反沖洗時樹脂顆粒較易磨損，因此確定采用OD5樹脂進行后續(xù)實驗.

2.2 吸附時間對樹脂吸附容量的影響

常溫條件下，OD5樹脂對COD的吸附量與吸附時間的關(guān)系如圖2所示. 由圖2可知：前，樹脂對COD的吸附較快，其最大吸附容量為平衡吸附容量的64.7%；以后，樹脂吸附容量增加緩慢，吸附2 h后，基本達到交換平衡. 前吸附快是由于液相中COD濃度較高而樹脂相中COD濃度低，COD濃度梯度較大，因此吸附較快；而后，液相與樹脂中COD濃度梯度減小，所以吸附較慢. 為保證樹脂吸附達到平衡，實驗選取吸附時間為，此時樹脂的吸附容量約為.

圖2 樹脂吸附容量與時間的關(guān)系

2.3 再生條件優(yōu)化

向已吸附飽和的樹脂中加入規(guī)定濃度和體積的鹽酸進行再生，結(jié)果如表2所示.

表2 再生劑的量與再生率的關(guān)系

由表2可知：1）再生劑鹽酸濃度的極差大于體積的極差，說明鹽酸濃度的影響比體積的大. 正交試驗優(yōu)化結(jié)果為：鹽酸濃度6%、用量為3倍樹脂體積. 2）當(dāng)鹽酸濃度為4%，用量為3倍樹脂體積及3倍以上時，樹脂的再生率在90%以上；當(dāng)鹽酸濃度為6%或8%時，鹽酸用量為2倍樹脂體積及其以上時，樹脂再生率皆在90%以上.

吸附飽和后交換樹脂可能因吸附了廢水中的銅離子而呈綠色，但序號為1、2、4的樹脂再生后仍呈綠色. 雖然以COD吸附容量計，序號2、4兩組實驗再生率均在90%以上，但再生后有顏色表明樹脂并未完全再生. 其他6組實驗的再生率都很高，且交換樹脂的顏色也已恢復(fù)其本色，說明再生效果更好.

雖然優(yōu)化條件為鹽酸濃度6%、用量為3倍樹脂體積，但是除實驗1、2、4外，再生率基本相差不大，由于實驗7所產(chǎn)生的再生廢液量較少，污染物濃縮程度高，便于收集和處理處置，所以選擇濃度為8%、體積為2倍樹脂體積的鹽酸作為優(yōu)化再生條件.

2.4 樹脂可再生性實驗

樹脂按優(yōu)化后的再生條件進行再生，重復(fù)10次，得到樹脂再生次數(shù)與樹脂吸附容量的關(guān)系，如圖3所示. 由圖3可知，樹脂再生過程中，吸附容量在到間波動，并未明顯減少，說明OD5樹脂對處理這類廢水有良好的再生恢復(fù)性能.

圖3 樹脂再生次數(shù)與容量關(guān)系

2.5 樹脂吸附動力學(xué)研究

離子交換過程受外擴散、內(nèi)擴散和化學(xué)反應(yīng)3個步驟速度的影響[5-6]. 內(nèi)擴散吸附速率方程如下：

圖4 動力學(xué)控制步驟擬合曲線

2.6 離子交換法與芬頓氧化法聯(lián)用處理廢水中的COD

實驗表明，采用芬頓氧化法處理集成電路封裝有機廢水，COD去除率在70%左右，無法達到排放標(biāo)準(zhǔn)[7]. 但是，廢水經(jīng)樹脂吸附后，COD從降至，再經(jīng)芬頓氧化法，COD濃度降至，COD總?cè)コ士蛇_92.7%，達到了國家一級排放標(biāo)準(zhǔn). 聯(lián)用效率高的原因是廢水中含有某些難以被芬頓試劑氧化的有機物，而樹脂恰好吸附了廢水中的這些有機物，離子交換出水再經(jīng)氧化后使得COD達標(biāo).

3 結(jié)論

集成電路封裝產(chǎn)生的有機廢水主要含有有機堿等有機物，有機堿可水解為正離子，用離子交換法可吸附去除. 采用離子交換法聯(lián)用芬頓氧化法對其進行處理，COD從降至，去除率達到92.7%. 不過，本文主要研究方法為靜態(tài)法，需更進一步對動態(tài)法進行研究，以便在實際生產(chǎn)中規(guī)?；褂?

[1] 李茂，韓永忠，丁太文，等. 樹脂吸附—Fenton氧化法處理高濃度焦化廢水[J]. 工業(yè)水處理，2006, 26(10): 23-26.

[2] 王海玲，徐炎華，呂力行，等. 樹脂吸附—Fenton氧化法處理精對苯二甲酸廢水[J]. 化工環(huán)保，2007, 26(6): 498-501.

[3] 錢佩源. 離子交換樹脂及其在農(nóng)業(yè)和環(huán)境科學(xué)研究中的應(yīng)用[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，1995, 1(2): 1.

[4] 張向怡，孫寶盛，王慶生，等. 離子交換法回收土霉素及廢水處理的研究[J]. 工業(yè)水處理，2006, 26(2): 74-77.

[5] 唐嘉英，李鑫，應(yīng)漢杰. 離子交換樹脂吸附TP5的熱力學(xué)和動力學(xué)研究[J]. 南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2006, 28(5): 79-83.

[6] 宋秀玲，錢會，劉小麗，等. 離子交換樹脂吸附鉻（Ⅵ）的熱力學(xué)和動力學(xué)研究[J]. 應(yīng)用化工，2013, 42(1): 99-101.

[7] 孫劍輝，孫勝鵬，王慧亮，等. Fenton氧化技術(shù)處理難降解工業(yè)有機廢水研究進展[J]. 工業(yè)水處理，2007, 26(12): 9-13.

[責(zé)任編輯：熊玉濤]

Research on Treating Integrated Circuit Package Organic Wastewater by Ion Exchange Processing

YANGWei, MAXiao-ou, CHENYan-na, XUjiang-bo, FEIJi-hong

(School of Chemical and Environment Engineering, Wuyi University, Jiangmen 529020, China)

Ion exchange processing was adopted to treat organic wastewater produced by integrated circuit packaging industry. Static experiment research results show that weak acid cation resin OD5 has a large adsorption capacity for organic matter and good regeneration performance. After absorption byresin, the concentration of COD in the wastewater dropped fromto; after Fenton oxidation, the concentration of COD further dropped to. The total removal rate of COD was up to 92.7%. Adsorption kinetics research shows that the adsorption of COD by OD5 resin is controlled by internal diffusion and the adsorption rate constant is.

ion exchange processing; IC packaging; organic wastewater

1006-7302（2015）03-0023-04

X703

A

2015-03-20

楊為（1987—），男，湖北孝感人，在讀碩士生，主要從事廢水處理研究；馬曉鷗，教授級高工，碩士生導(dǎo)師，通信作者，主要從事新型分離技術(shù)及資源綜合利用、廢水處理及清潔生產(chǎn)技術(shù)及精細(xì)化學(xué)品的制備與應(yīng)用等研究.