離子交換法回收稀硫酸中的硫酸

鄒曉勇，陳民仁

(1 吉首大學化學化工學院，湖南 吉首 416000；2 吉首市誠技科技開發(fā)有限公司，湖南 吉首 416000)

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離子交換法回收稀硫酸中的硫酸

鄒曉勇1，陳民仁2

(1 吉首大學化學化工學院，湖南 吉首 416000；2 吉首市誠技科技開發(fā)有限公司，湖南 吉首 416000)

選用大孔陰離子樹脂D202對稀硫酸中的硫酸進行了靜態(tài)和動態(tài)的吸附實驗研究，結果表明，在稀硫酸濃度為102 g/L，25 ℃時，樹脂對硫酸的動態(tài)吸附容量為167 mg/g濕樹脂，解吸劑為工業(yè)水，解吸峰較為集中，有拖尾現(xiàn)象但不明顯。控制解吸劑工業(yè)水的用量進行了十次循環(huán)吸附試驗，平均吸附容量為125 mg/g，考慮到控制了工業(yè)水的用量，此吸附容量還是比較理想的。

樹脂；硫酸；吸附；回收

在化工冶金、電鍍和金屬表面處理行業(yè)中通常會產生和排放含有重金屬的酸性廢液，對重金屬進行環(huán)保處理前，首先必須對廢水中的酸進行中和處理或回收，工業(yè)上的酸性廢水主要含有硫酸。傳統(tǒng)的處理廢酸的方法是濃縮法和中和法[1]，濃縮法對設備的腐蝕性很大，濃縮過程的能耗也高；中和法消耗大量的堿性物質，比如石灰，產生大量的廢渣，也不能有效的回收其中的硫酸。針對硫酸回收問題，國內外曾研究了各種方法[2]，包括溶劑萃取法、電滲析法、擴散滲析法[3-4]，各有優(yōu)缺點。

本文研究離子交換法回收硫酸的可行性，離子交換法回收或分離廢水中的酸也即酸阻滯法[5]，是回收廢酸的一種獨特的方法。離子交換樹脂阻滯法回收酸是基于道南排斥原理，即隨著外部溶液酸濃度的增加，樹脂相與水溶液電解質濃度差減少，道南排斥作用減弱，中性電解質進入樹脂相，產生非交換吸入。

1 實 驗

1.1 儀器和試劑

多孔水浴恒溫振蕩器；各種型號離子交換樹脂，江蘇色可賽思樹脂有限公司；玻璃交換柱，內徑10 mm，柱高700 mm。

稀硫酸，采用蒸餾水配制，硫酸為分析純。

1.2 分析方法

硫酸含量的測定采用氫氧化鈉標準溶液滴定法。

1.3 實驗方法

樹脂的預處理參照《離子交換樹脂預處理方法GB/T 5476-1996》進行，樹脂經過充分水洗后，按程序經過堿洗、水洗、酸洗，最后水洗到中性備用。

靜態(tài)吸附實驗：稱取30.0 g濕樹脂(以下均為濕樹脂)，加入150 mL一定濃度的稀硫酸，振蕩，間隔一定的時間測定溶液中的硫酸含量，計算吸附容量，表示為mg/g濕樹脂(簡寫為mg/g)。

動態(tài)吸附實驗：實驗采用玻璃交換柱，樹脂填充量為30.0 g(約42～45 mL)，填充高度約550 mm，稀硫酸以一定的流速通過交換柱，流速表示為BV/h(m3/h·m3濕樹脂)，間隔一定的時間或每10 mL流出液取樣分析吸附后液的硫酸含量，計算吸附容量。

2 結果與討論

2.1 離子交換樹脂篩選

采用靜態(tài)吸附法對離子交換樹脂進行篩選，實驗中選取了六種大孔陰離子樹脂進行了靜態(tài)吸附篩選實驗，包括弱堿性丙烯酸系和強堿性苯乙烯系不同交聯(lián)度的樹脂，樹脂經預處理后，分別稱量甩干后的濕樹脂30.0 g置于燒杯中，各加入150 mL 106.6 g/L的稀硫酸，液體溫度(25±2) ℃，靜態(tài)吸附到過程平衡。實驗結果表明，D202樹脂對硫酸的吸附容量最大且具有穩(wěn)定的吸附能力，結果見圖1。

圖1 D202樹脂靜態(tài)實驗吸附容量

2.2 硫酸濃度對吸附容量的影響

工業(yè)上，不同來源的稀硫酸和工業(yè)廢水中的硫酸濃度有一定的波動范圍。實驗采用動態(tài)吸附法，配制不同濃度的稀硫酸，測定D202樹脂對硫酸的吸附容量，液體溫度(25±2) ℃，實驗結果見表1。實驗表明，隨著硫酸含量的增加，樹脂對硫酸的吸附容量相應增加，符合離子交換過程吸附容量隨著液體中離子濃度增加而升高的一般規(guī)律，當硫酸含量增加到一定的值后，吸附容量趨于穩(wěn)定，在172～178 mg/L之間。

表1 硫酸含量對吸附容量的影響

2.3 動態(tài)吸附實驗

工業(yè)生產過程中產生的廢液溫度多為常溫或較環(huán)境水溫略高，動態(tài)吸附實驗溫度確定為25 ℃。實驗中，配制的稀硫酸濃度為102 g/L，控制吸附過程的流速為2.5 BV/h，每10 mL流出液測定一次硫酸含量，得穿透曲線圖2。從穿透曲線可見，離子交換樹脂用量為30.0 g濕樹脂，當流出液體積為50 mL時開始有泄漏，穿透體積為80～90 mL，穿透曲線表明該離子交換過程的特點是易泄漏，出現(xiàn)泄漏后樹脂對硫酸仍具有持續(xù)的吸附能力，因此在設計工業(yè)裝置時應考慮將樹脂層的高度適當增加。對穿透曲線進行積分，吸附容量為167 mg/g。

圖2 穿透曲線

2.4 動態(tài)解吸轉型實驗

采用工業(yè)水對吸附飽和的樹脂進行解吸轉型，工業(yè)水為常溫16 ℃，解吸過程流速為1.5 BV/h，得到解吸曲線圖3。從圖3可見，解吸峰較為集中，有拖尾現(xiàn)象但不明顯，解吸出來的硫酸主要集中在前面70 mL左右的解吸液中。離子交換樹脂通過工業(yè)水解吸轉型后進入下一工作周期。

圖3 解吸曲線

3 循環(huán)吸附試驗

在工業(yè)過程中，離子交換解吸過程的解吸劑(工業(yè)水)用量是受限的，解吸劑用量受限將影響樹脂的解吸程度而導致吸附容量一定程度的降低?，F(xiàn)進行循環(huán)吸附試驗，每個工作周期只用吸附液體量的同體積水進行解吸，即每個工作周期若只吸附1體積的稀硫酸，解吸的時候，則也只使用1體積的工業(yè)水對樹脂進行解吸轉型，以此考察對樹脂吸附容量的影響情況。

根據(jù)動態(tài)吸附實驗和解吸實驗數(shù)據(jù)，當稀硫酸濃度為102 g/L時，離子交換樹脂用量為30.0 g濕樹脂的情況下，穿透體積為80～90 mL。解吸峰較為集中，解吸出來的硫酸主要集中在前面70 mL左右的解吸液中。循環(huán)吸附試驗的條件：

稀硫酸濃度102 g/L，常溫25 ℃，離子交換樹脂用量30.0 g濕樹脂?？刂莆竭^程的流速為2.5 BV/h，每個吸附周期吸附稀硫酸80 mL?？刂平馕^程流速為1.5 BV/h，每個解吸周期使用工業(yè)水80 mL，解吸之后，馬上進入下一吸附周期。共進行十個吸附周期，數(shù)據(jù)見表2。

表2 循環(huán)吸附試驗的吸附容量

第一個吸附周期的吸附容量過高，是因為樹脂剛充分的用水解吸轉型過，此后，因為解吸劑工業(yè)水用量受限，解吸不充分，吸附容量有所降低。與動態(tài)吸附實驗的吸附容量167 mg/g比較，循環(huán)吸附實驗的平均吸附容量125 mg/g有明顯降低，約下降25%?？紤]到控制了工業(yè)水的用量，此吸附容量還是較理想的。

4 結 論

(1)用離子交換法從稀硫酸中回收硫酸的工藝是可行的，采用工業(yè)水作為解吸劑，過程費用低，不引入新的化學物質。

(2)在動態(tài)吸附實驗條件下，當稀硫酸濃度為102 g/L時，樹脂對硫酸的吸附容量為167 mg/g濕樹脂，具有很高的吸附容量?？刂平馕鼊┕I(yè)水的用量進行循環(huán)吸附試驗，平均吸附容量為125 mg/g，考慮到控制了工業(yè)水的用量，此吸附容量還是比較理想的

[1] 吳昌龍,陳金龍.廢硫酸及含硫酸廢水的治理[J].化工環(huán)保,1999,19(3):140-144.

[2] 劉仕雄,安娟,劉愛心.冶金工業(yè)廢液中硫酸的回收[J].湖南有色金屬,2011,27(4):25-27.

[3] 李輝波,牛玉清,黃崇元.滲析法從鈾溶液中分離硫酸的初探[J].鈾礦冶,2005,24(1):23-27.

[4] 張玲玲.擴散滲析法從銅冶煉廢酸中回收硫酸的研究[J].銅業(yè)工程,2009,16(3):40-42.

[5] 李潯,顏涌捷,李庭琛.樹脂離子排斥法分離酸糖[J].太陽能學報,2005,26(4):529-532.

Recovery of Sulfuric Acid from Dilute Sulfuric Acid by Ion Exchange Method

ZOUXiao-yong1,CHENMin-ren2

(1 College of Chemistry and Chemical Engineering, Jishou University, Hunan Jishou 416000; 2 Jishou Chengji Technology Development Co., Ltd., Hunan Jishou 416000, China)

The static and dynamic adsorption properties of macroporous exchange resin D202 for sulfuric acid from dilute sulfuric acid were studied. The results showed that resin could effectively adsorb sulfuric acid at the concentration of sulfuric acid of 102 g/L, in 25 ℃，the dynamic adsorption capacity of the resin could reach 167 mg/g wet resin，desorption agent was industrial water, desorption peak was more concentrated, there were scattered phenomenon, but not obvious. Ten cycle adsorption test controlling the amount of industrial water of the desorption agent was studied, the average adsorption capacity of the resin could reach 125 mg/g, taking into account the amount of industrial water control, this adsorption capacity was still relatively ideal.

resin; sulfuric acid; adsorption; recovery

鄒曉勇(1969-)，男，副教授，工學學士，已發(fā)表論文十余篇，主要研究方向為無機鹽和有色金屬濕法冶金技術。

TQ028.3

B

1001-9677(2016)020-0069-03