H-103大孔樹脂吸附廢水中氯離子的實驗研究

劉 蘭，周明清

（廣東石油化工學(xué)院，廣東 茂名 525000）

H-103大孔樹脂吸附廢水中氯離子的實驗研究

劉 蘭，周明清

（廣東石油化工學(xué)院，廣東 茂名 525000）

采用離子交換技術(shù)，選用H-103大孔離子交換樹脂，對煉廠難降解廢水中氯離子的去除進行實驗研究。分別在靜態(tài)和動態(tài)條件下，對H-103大孔樹脂處理廢水中氯離子的工藝條件進行了優(yōu)化。靜態(tài)實驗研究表明，隨著吸附時間的延長，氯離子的脫除率升高，但吸附20min后，延長吸附時間氯離子脫除率保持不變。隨著吸附溫度的升高，氯離子脫除率升高，但35℃之后繼續(xù)升高溫度氯離子脫除率變化緩慢。隨著樹脂用量和攪拌速度的增加，氯離子脫除率升高。本實驗合適的樹脂用量為2.50g，最佳攪拌速度為30r·min-1。動態(tài)實驗研究表明，流量越小處理效果越好，但必須考慮單位時間的處理量，選擇流量0.3mL·min-1。溫度對氯離子脫除率的影響并不十分顯著。隨著離子交換柱高徑比的增加，氯離子脫除率升高，最佳高徑比為12.67。

H-103大孔樹脂；吸附；氯離子；工藝優(yōu)化

工業(yè)廢水中氯化物含量較高，如不經(jīng)處理直接排入水體，將嚴重危害水環(huán)境，破壞水平衡,影響人類健康[1-4]。去除氯離子能使廢水滿足后續(xù)處理的生物活性要求，或是達到廢水回用的氯化物含量標(biāo)準。氯離子的去除原理主要有兩種，即被其它陰離子替代，或與其它陽離子一起被去除，可以分為以下4種方式[1]：沉淀鹽方式、分離攔截方式、氧化還原方式、離子交換方式。

化學(xué)沉淀法由于要加入沉淀試劑，導(dǎo)致其工業(yè)成本很高，應(yīng)用不廣泛。分離攔截方式主要采用蒸發(fā)濃縮、電吸附、膜過濾、溶劑萃取和復(fù)合絮凝劑絮凝等方法將氯離子分離去除。蒸發(fā)濃縮法適合于小水量高濃度的廢水，但對于水量較大的廢水，其成本很高。絮凝沉淀和溶劑萃取受試劑的影響，溶劑萃取僅適用于小水量情況，絮凝沉淀法目前應(yīng)用并不廣泛。氧化還原方式采用電解或電滲析、還原方式將氯離子去除。

大孔樹脂是一種具有大孔結(jié)構(gòu)的有機高分子共聚體，是一類人工合成的有機高聚物吸附劑，因其具多孔性結(jié)構(gòu)而具篩選性，又通過表面吸附、表面電性或形成氫鍵而具吸附性[5-7]。采用離子交換劑與氯離子進行交換替代氯離子，相關(guān)的方法有離子交換樹脂法、水滑石法等。離子交換樹脂法用復(fù)床或混床將氯離子去除，屬傳統(tǒng)工藝，設(shè)備投資較低，但陰離子交換樹脂容易飽和，需要再生。

1 實驗材料和儀器

實驗所用的離子交換樹脂，其性能見表1。

表1 H-103大孔樹脂技術(shù)指標(biāo)參數(shù)

實驗所用的主要化學(xué)試劑有氯化鈉、硝酸銀、氫氧化鈉、鉻酸鉀（均為分析純）。

實驗所用的主要儀器有DF-Ⅱ集熱式磁力攪拌器、電子天平、JA2003型電子天平、電熱恒溫干燥箱、蠕動泵。

2 實驗方法

2.1 樹脂預(yù)處理

取95%以上的乙醇溶液加入樹脂中，浸泡12h以上。浸泡過后用蒸餾水進行沖洗至沒有任何乙醇味。再配制4%的氫氧化鈉溶液，倒入洗干凈的樹脂中進行浸泡，12h過后清洗至中性，烘干至恒重。

2.2 靜態(tài)吸附實驗

取預(yù)處理后的樹脂放入錐形瓶中，加入含氯離子的廢水，一定溫度下恒溫振蕩，使樹脂與廢水充分接觸，每隔一定時間取樣，準確測定溶液中的氯離子濃度，直至平衡[8-9]。

2.3 動態(tài)吸附實驗

動態(tài)下，在離子交換柱內(nèi)裝滿一柱樹脂，廢水經(jīng)過離子交換柱后，分別在不同流量、不同時間下接取一定量處理后的水樣，用硝酸銀標(biāo)準液滴定水樣中的氯離子濃度。

3 數(shù)據(jù)分析與討論

3.1 H-103大孔樹脂吸附氯離子的靜態(tài)實驗研究

3.1.1 吸附時間對氯離子脫除率的影響

表2是吸附時間對氯離子脫除率的影響。從表2的實驗數(shù)據(jù)可以看出， 1min時氯離子脫除率為85.47%，隨著吸附時間的延長，氯離子脫除率增加，15min時氯離子脫除率達到91.74%，但繼續(xù)延長吸附時間，氯離子脫除率保持不變。這是因為隨著吸附時間的延長，氯離子與樹脂的接觸時間延長，越有利于氯離子的脫除。根據(jù)實驗結(jié)果，考慮20min后吸附達到平衡和時間因素，吸附時間采用20min。

表2 不同吸附時間下氯離子脫除率數(shù)據(jù)

3.1.2 吸附溫度對氯離子脫除率的影響

表3是吸附溫度對氯離子脫除率的影響。從表3的實驗數(shù)據(jù)可以看出，20℃時氯離子的脫除率為91.51%，隨著吸附溫度升高，氯離子脫除率隨之增加，35℃時氯離子脫除率達到92.62%，但繼續(xù)升高溫度，氯離子脫除率保持不變。這是因為隨著溫度的升高，分子擴散運動加快，吸附加快，氯離子脫除率升高；但達到一定時間后樹脂吸附達到平衡，氯離子脫除率保持不變。但溫度對氯離子脫除率影響并不十分顯著。

表3 不同吸附溫度下氯離子脫除率數(shù)據(jù)

3.1.3 樹脂用量對氯離子脫除率的影響

表4是樹脂用量對氯離子脫除率的影響。從表4的實驗數(shù)據(jù)可以看出，0.50g樹脂的氯離子脫除率為89.36%，隨著樹脂用量的增加氯離子脫除率上升，3.00g樹脂用量時氯離子脫除率達到94.18%。這是因為隨著樹脂用量的增加，參與吸附的吸附劑增多了，相同時間下氯離子脫除率上升；但樹脂用量增加到一定程度時，廢水中的氯離子已基本被吸附，氯離子脫除率上升緩慢，而且樹脂用量增加導(dǎo)致成本增加。故針對本實驗廢水中的氯離子濃度，選用2.50g樹脂。

表4 不同樹脂用量下氯離子脫除率數(shù)據(jù)

3.1.4 攪拌速率對氯離子脫除率的影響

表5是攪拌速率對氯離子脫除率的影響。從表5的實驗數(shù)據(jù)可以看出，10r·min-1的轉(zhuǎn)速下氯離子脫除率達到94.01%，隨著攪拌速度增加氯離子脫除率上升，30r·min-1的轉(zhuǎn)速下氯離子脫除率達到95.00%，繼續(xù)增大攪拌速度氯離子脫除率基本保持不變。這是因為隨著攪拌速度的增加，樹脂和氯離子的接觸更充分，更有利于氯離子的吸附；但攪拌速度繼續(xù)增加，樹脂對氯離子吸附達到平衡，氯離子脫除率基本保持不變。故針對本實驗廢水中氯離子的吸附，選用30r·min-1的攪拌速度。

表5 不同攪拌速率下氯離子脫除率數(shù)據(jù)

3.2 H-103大孔樹脂吸附氯離子的動態(tài)實驗研究

3.2.1 流量對氯離子脫除率影響

表6是流量對氯離子脫除率的影響。從表6的數(shù)據(jù)可以看出，0.1mL·min-1流量時氯離子脫除率為95.35%，0.3mL·min-1時氯離子脫除率為94.77%。0.4～0.6mL·min-1時氯離子脫除率略有下降。這是因為隨流速增加，固液接觸時間減少，吸附柱床層穿透加快，大孔樹脂的飽和吸附量逐漸減少；特別是速率過大時，H-103大孔樹脂對氯離子還沒有完全吸附，就被沖出柱子，從而造成吸附量下降。但流速太低，易造成柱內(nèi)液體的縱向返混，處理量降低[9]，同時速率過低又會影響到吸附效率，使吸附周期延長，成本增大。綜合考慮吸附量及效率，選取較佳流速為0.3mL·min-1。

表6 不同流量下氯離子脫除率數(shù)據(jù)

3.2.2 吸附溫度對氯離子脫除率影響

表7是吸附溫度對氯離子脫除率的影響。從表7的數(shù)據(jù)可以看出，20℃時氯離子脫除率為91.51%，35℃時氯離子脫除率為92.62%。隨溫度的升高，H-103大孔樹脂對氯離子的吸附效率升高，吸附柱的床層穿透加快，降低溫度不利于吸附的進行，但溫度對其影響并不十分顯著。故從實際應(yīng)用考慮，為方便操作，降低能耗，吸附在常溫下進行即可。

表7 不同吸附溫度氯離子脫除率數(shù)據(jù)

3.2.2 離子交換柱高徑比對氯離子脫除率的影響

表8是離子交換柱高徑比對氯離子脫除率的影響。從表8的數(shù)據(jù)可以看出，離子交換柱高徑比為3.17時氯離子脫除率為91.92%。隨著離子交換柱高徑比增大，氯離子脫除率增大，離子交換柱高徑比為15.64時氯離子脫除率達到95.52%。這是因為隨著離子交換柱高徑比的增加，在交換柱床層上的吸附位點和停留時間增加，從而增加了吸附時間。兩相接觸時間越充足，越有利于離子交換，且能使柱內(nèi)流體分布均勻，有利于樹脂對氯離子的吸附。但若離子交換柱高徑比過大，會增加吸附阻力和操作成本。綜合考慮，選擇離子交換柱高徑比為12.67作為后續(xù)實驗的較佳操作參數(shù)。

表8 不同離子交換柱高徑比氯離子脫除率數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

1）靜態(tài)實驗研究結(jié)果表明，隨著吸附時間的延長氯離子脫除率升高，但20min后氯離子脫除率保持不變。隨著吸附溫度的升高氯離子脫除率升高，但35℃后繼續(xù)升高溫度氯離子脫除率變化緩慢。隨著樹脂用量的增加氯離子脫除率升高，本實驗合適的樹脂用量為2.50g。隨著攪拌速度的增加氯離子脫除率升高，最佳攪拌速度為30r·min-1。

2）動態(tài)實驗研究結(jié)果表明，流量越小處理效果越好，但必須考慮單位時間的處理量，選擇流量為0.3mL·min-1。溫度對氯離子脫除率影響并不十分顯著。隨著離子交換柱高徑比的增加氯離子脫除率升高，最佳高徑比為12.67。

[1] 宋波，王安.工業(yè)廢水中氯離子去除技術(shù)的綜述[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015(18)：81-82.

[2] 高明明，柴曉葦，曾運航，廖學(xué)品，石碧.制革廢水中的氯離子含量及來源分析[J].皮革科學(xué)與工程，2013(5)：46-50.

[3] 武杰，柴濤，房亞玲.高氯含量廢水中氯離子的去除研究[J].現(xiàn)代化工，2016(4)：101-103.

[4] 韓文紅.高氯離子廢水處理材料制備及應(yīng)用進展[J].廣東化工，2016(15)：154-156

[5] 呂建.大孔樹脂在食品中果綠檢測及廢水處理中的應(yīng)用研究[D].杭州：浙江工商大學(xué)，2009.

[6] 劉洋.大孔樹脂從高溫金屬廢液中吸附Re的行為及其應(yīng)用[D].沈陽：沈陽工業(yè)大學(xué)，2016.

[7] 丁軍委，王玉娥，鄭建慧，于文龍.大孔吸附樹脂處理促進劑NS生產(chǎn)廢水的工藝研究[J].現(xiàn)代化工，2016(4)：113-116.

[8] 化娜麗，路帥，趙東風(fēng)，盧磊，張欽輝.離子交換去除煉廠難降解廢水中氯離子的靜態(tài)實驗研究[J].無機鹽工業(yè)，2015(11)：66-69.

[9] 程銀芳，陳芳.離子交換樹脂對環(huán)氧丙烷皂化廢水中氯離子吸附的研究[J].商丘師范學(xué)院學(xué)報，2015(9)：51-54.

Adsorption of Chloride Ions in Wastewater with H - 103 Macroporous Resin

LIU Lan, ZHOU Mingqing
(College of Chemical and Environmental Engineering, Guangdong Institute of Petrochemical Industry, Maoming 525000, China)

The removal experiment of chloride ion in refinery refractory wastewater was studied with H-103 macroporous ion exchange resin. The treatment process of H-103 macroporous resin was optimized under static and dynamic condition.Static experimental results showed that with the increase of adsorption time, chlorine ions removal rate increased, after 20min, chlorine ions removal rate remained the same. With the increase of adsorption temperature, chlorine ions removal rate was increased, up to 35℃chlorine ions removal rate changed slowly.With the increase of resin dosage and stirring speed, chlorine ions removal rate increased. The proper resin dosage was 2.50g and the stirring speed was 30r/min. Dynamic experimental studies showed that the smaller the fl ow rate, the better the treatment effect, but the capacity of per unit time must be considered, and the suitable fl ow rate was 0.3 mL/min. The effect of temperature on chloride ion removal rate was not very signif i cant. With the increase of height diameter ratio of ion exchange column, chlorine ion removal rate increased, and the best height diameter ratio was 12.67.

H-103 macroporous resin; adsorb; chloride ion; process optimization

X 703.1

A

1671-9905(2017)10-0053-04

劉蘭（1981-），女，廣東石油化工學(xué)院教師，主要從事化學(xué)工程與工藝實驗室教學(xué)工作。話：18898517797，E-mail:383733546@qq.com

2017-06-14