NKA-II大孔樹脂處理廢水中苯甲酸的動(dòng)態(tài)吸附研究

劉蘭 阮玉宇 王斌

摘 ?????要： 含苯甲酸廢水不僅對(duì)微生物有強(qiáng)烈的毒性，破壞生態(tài)環(huán)境，還會(huì)造成資源浪費(fèi)。對(duì)NKA-II大孔樹脂處理廢水中苯甲酸的動(dòng)態(tài)吸附進(jìn)行了研究。單因素研究結(jié)果表明：高徑比越大，吸附效果越好，苯甲酸脫除率越高，綜合考慮高徑比4.4為較優(yōu)選擇;苯甲酸脫除率隨著流速的增大先增大后降小，流速5.7 mL/min為較優(yōu)條件。正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：影響苯甲酸脫除率的關(guān)鍵因素為高徑比;最優(yōu)的吸附條件為初始濃度0.01 mol/L，高徑比6.6，轉(zhuǎn)速5.7 mL/min。

關(guān) ?鍵 ?詞：苯甲酸廢水;動(dòng)態(tài)吸附;單因素實(shí)驗(yàn);正交實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TQ028.1+4 ??????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ?????文章編號(hào)： 1671-0460（2019）02-0272-03

Abstract： Wastewater containing benzoic acid has strong toxicity to the microorganisms， so it can destroy the ecological environment. In this paper， the macroporous resin NKA - II dynamic adsorption of benzoic acid in waste water processing was studied. The single factor study results showed that the higher the ratio of height to diameter， the better the adsorption effect， and the higher the removal rate of benzoic acid.The removal rate of benzoic acid first increased and then decreased with the increase of the flow rate. The flow rate of 5.7 mL/min was the optimal condition. The orthogonal experiment results showed that the key factor influencing the removal rate of benzoic acid was the ratio of height to diameter. The optimal adsorption conditions were the initial concentration of 0.01 mol/L， the ratio of height to diameter of 6.6， the flow rate of 5.7 mL/min.

Key words： Benzoic acid wastewater; Dynamic adsorption; Single factor experiment; Orthogonal test

苯甲酸經(jīng)常作為防腐劑使用在食品中，在生活中造成大量苯甲酸廢水;同時(shí)苯甲酸在工業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛，這也使其成為環(huán)境中非常常見的污染物。廢水中苯甲酸不僅會(huì)對(duì)微生物有強(qiáng)烈的毒性，破壞生態(tài)環(huán)境，還會(huì)造成資源浪費(fèi)[1-4]。因此對(duì)廢水中的苯甲酸回收研究迫在眉睫。大孔吸附樹脂化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可從水溶液中富集、分離和回收有機(jī)物質(zhì)，因此被廣泛應(yīng)用于有機(jī)廢水的處理[5，6]。本文對(duì)NKA-II大孔樹脂處理廢水中苯甲酸的動(dòng)態(tài)吸附進(jìn)行了研究，通過單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)考察了各因素的變化對(duì)廢水中苯甲酸脫除率的影響。

1 ?實(shí)驗(yàn)部分

1.1 ?主要實(shí)驗(yàn)試劑

苯甲酸，氫氧化鈉，鹽酸，廠家均為上海邦威化工有限公司，以上試劑均為分析純;NKA-II 吸附樹脂，南京大學(xué)環(huán)境學(xué)院研制，理化性質(zhì)見表1。

1.2 ?主要實(shí)驗(yàn)儀器

微量滴定管，量程2.000 mL，精度0.001 mL，天津玻璃儀器廠;玻璃吸附柱，吸附柱長(zhǎng)30c m，直徑15 cm，天津玻璃儀器廠;恒流泵，轉(zhuǎn)速范圍1～100 r/min;分辨率1 r/min;保定蘭格恒流泵有限公司。

2 ??實(shí)驗(yàn)方法

2.1 ?樹脂預(yù)處理

新樹脂可能含有分散劑、致孔劑、惰性溶劑等化學(xué)殘留，所以使用前應(yīng)進(jìn)行預(yù)處理[5，6]。先用乙醇浸泡24 h后，用乙醇洗至流出液與水1：5不渾濁，再用蒸餾水洗至無(wú)醇味，接著用4%NaOH溶液沖洗浸泡2～4 h，再用蒸餾水洗至中性，最后用4%HCl溶液沖洗浸泡2～4 h后水洗至中性，烘干，備用。

2.2 ?實(shí)驗(yàn)過程

（1）吸附柱洗凈烘干裝裝一定量的NAK-II樹脂后固定。

（2）將100 mL的一定濃度苯甲酸廢水溶液置于燒杯中。

（3）將蠕動(dòng)泵軟管入口一端伸入苯甲酸廢水溶液內(nèi)，苯甲酸廢水溶液通過過蠕動(dòng)泵輸送到吸附柱的上部后流經(jīng)吸附柱內(nèi)的NAK-II樹脂回流到裝苯甲酸廢水溶液的燒杯。

（4）每隔一定時(shí)間，從燒杯中取含苯甲酸廢水試樣進(jìn)行滴定分析（圖1）。

3 ?數(shù)據(jù)記錄與分析

3.1 ?單因素實(shí)驗(yàn)

3.1.1 ?樹脂高徑比對(duì)廢水中苯甲酸脫除率的影響

樹脂高徑比指吸附柱內(nèi)樹脂堆積的高度和堆積的直徑之比，高徑比影響處理單位廢水所用的樹脂用量和廢水流經(jīng)樹脂的時(shí)間，進(jìn)而影響苯甲酸的脫除率（表2）。

以廢水中的苯甲酸脫除率為縱坐標(biāo)，以樹脂高徑比為橫坐標(biāo)作圖，考察高徑比和吸附時(shí)間對(duì)苯甲酸脫除率的影響（圖2）。

由上述數(shù)據(jù)可以看出：（1）相同高徑比條件下苯甲酸的脫除率隨時(shí)間的增大而增大，直至吸附飽和。在實(shí)驗(yàn)的前30 min吸附速率較快，40 min后吸附速率逐漸緩慢，在50 min時(shí)樹脂吸附已接近飽和，吸附速率非常緩慢;當(dāng)樹脂高徑比為2.2、3.3，高徑比較低時(shí)，需要達(dá)到吸附飽和的時(shí)間較長(zhǎng)。（2）相同吸附時(shí)間條件下，苯甲酸的脫除率隨高徑比增大而增大，這是因?yàn)楦邚奖仍酱笳f(shuō)明樹脂量大，單位時(shí)間內(nèi)吸附位點(diǎn)更多越多，吸收效果更好;但高徑比達(dá)到4.4以上時(shí)苯甲酸的脫除率隨高徑比增大趨勢(shì)慢慢變緩。

3.1.2 ?廢水流速對(duì)廢水中苯甲酸脫除率的影響

廢水流速主要影響廢水在樹脂床上的停留時(shí)間，進(jìn)而影響苯甲酸分子的粒擴(kuò)散和膜擴(kuò)散，最終影響樹脂對(duì)苯甲酸的吸附效果或廢水中苯甲酸的脫除率（表3）。

從以上數(shù)據(jù)可以看出：（1）相同流速下，苯甲酸的脫除率隨時(shí)間延長(zhǎng)而增大，即吸附時(shí)間越長(zhǎng)，苯甲酸脫除率越高，但40 min以后，所有流速的苯甲酸的脫除率隨時(shí)間延長(zhǎng)的變化趨勢(shì)變緩;（2）相同吸附時(shí)間，廢水流速越大，苯甲酸脫除率越小;這是因?yàn)榱魉僭酱?，單位時(shí)間處理的廢水量越大，廢水經(jīng)過樹脂段停留時(shí)間越短，樹脂越早達(dá)到吸附飽和，但如果流量過大，廢水會(huì)在吸附柱上方累積、溢出，造成實(shí)驗(yàn)誤差[6-10];流速越小，單位時(shí)間內(nèi)處理的廢水量越小，廢水經(jīng)過樹脂段停留時(shí)間越長(zhǎng)，樹脂吸附達(dá)到飽和所需時(shí)間越長(zhǎng)，但如果流量過小，吸附周期越長(zhǎng)，成本越大。從吸附效果考慮，低流速下的操作是有利的，但在實(shí)際應(yīng)用中，必須考慮單位時(shí)間的處理能力，因此需綜合考慮吸附效果與時(shí)間因素。

3.2 ?正交實(shí)驗(yàn)

選擇廢水初始濃度、高徑比和流速三個(gè)因素進(jìn)行L9（34）正交試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)因素及水平見表4-5。

4 ?結(jié) 論

（1）單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：高徑比越大，NKA-II大孔樹脂對(duì)廢水中的苯甲酸吸附效果越好，苯甲酸脫除率越高，但繼續(xù)增大高徑比，苯甲酸脫除率變化趨勢(shì)變緩，綜合考慮高徑比4.4為較優(yōu)選擇;苯甲酸脫除率隨著流速的增大先增大后減小，流速為5.7 mL/min較較合適。

（2）三因素三水平正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：高徑比是影響廢水中苯甲酸的脫除率的關(guān)鍵因素;最優(yōu)實(shí)驗(yàn)組合為初始濃度C0為0.01 mol/L，高徑比6.6，流速5.7 mL/min，廢水中苯甲酸的脫除率達(dá)到95.82%。

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