固定床中精制癸二酸的離子交換洗脫規(guī)律性研究

陳慶，王建雄，劉燕

固定床中精制癸二酸的離子交換洗脫規(guī)律性研究

陳慶，王建雄，劉燕

（神木職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 神木 719300）

為了探究固定床中精制癸二酸單鈉鹽溶液的洗脫規(guī)律，實(shí)驗(yàn)選取一定量的氨基螯合樹脂LSC-500，選擇鹽酸溶液作為洗脫劑，考察其濃度和流速對(duì)固定床中癸二酸單鈉鹽洗脫規(guī)律的影響，并在此條件下對(duì)選用樹脂進(jìn)行再生性實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明：當(dāng)鹽酸濃度為2.0 mol·L-1、鹽酸洗脫液的流速選擇2.5 BV·h-1時(shí)，洗脫率最佳，達(dá)到了98.37%，以此條件選擇對(duì)樹脂進(jìn)行3次再生實(shí)驗(yàn)，樹脂的飽和吸附量并未顯著下降，均大于原有新樹脂飽和吸附量的85%，再生效果較好。

癸二酸；離子交換樹脂；洗脫性能

離子交換法［1］是利用離子交換樹脂作為吸附劑，與溶液中的離子通過靜電引力將溶液中帶有相反電荷的物質(zhì)吸附在離子交換樹脂上，隨后選擇合適的洗脫液將吸附質(zhì)從樹脂上洗脫下來，從而達(dá)到分離雜質(zhì)、濃縮以及純化的目的。由于離子交換樹脂具有選擇性強(qiáng)、價(jià)格低廉和可重復(fù)再生利用的特點(diǎn)，因此在化工產(chǎn)品分離中具有廣泛的應(yīng)用［2］。

癸二酸是一種重要的化工有機(jī)合成原料，其被廣泛地用于制造低溫耐寒增塑劑系列產(chǎn)品的生產(chǎn)，在化工原料市場(chǎng)上具有重要的地位。王彥雄［3］等通過選用環(huán)境友好型的稀釋劑液體石蠟、相對(duì)安全的催化劑Fe2O3，在實(shí)驗(yàn)室條件下探索出一條癸二酸的清潔生產(chǎn)工藝，最終得到癸二酸的產(chǎn)率達(dá)到了67.2%，分離后其產(chǎn)品純度在99.0%以上。但該工藝由于引入新型催化劑Fe2O3，使得最終經(jīng)兩次酸化并純化后的癸二酸成品中鐵含量過高，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的色值以及質(zhì)量［4-5］，進(jìn)而影響了產(chǎn)品在出口時(shí)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。目前，對(duì)于清潔生產(chǎn)工藝分離提純方面的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究未見報(bào)道，癸二酸單鈉鹽體系的洗脫實(shí)驗(yàn)未見詳細(xì)報(bào)道。張寶貴［6-9］等研究了由南開大學(xué)自制的D412型螯合樹脂對(duì)癸二酸靜止的洗脫過程，因此，實(shí)驗(yàn)室利用固定床分離技術(shù)［10-11］，選取LSC-500氨基磷酸型螯合樹脂作為離子交換過程的吸附劑，已知固定床層吸附量為32.45 mg，選擇洗脫劑為HCl，考察洗脫劑濃度和流速對(duì)精制癸二酸的離子交換洗脫規(guī)律的影響，為實(shí)際精制癸二酸提供重要參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑

LSC-500型樹脂，西安藍(lán)曉科技有限責(zé)任公司；癸二酸單鈉鹽中和液，100～300 mg·L-1；Fe（Ⅲ）標(biāo)準(zhǔn)溶液，1 000 mg·L-1，使用時(shí)進(jìn)行適當(dāng)稀釋；HCl，分析純，天津市瑞金特化學(xué)品有限公司。

1.2 儀器

TU-1900型雙光束紫外可見分光光度計(jì)，上海精密科學(xué)儀器有限公司；PHS-3C精密pH儀，上海雷磁儀器廠；恒溫培養(yǎng)振蕩器，ZHWY-211C，上海智誠(chéng)分析儀器制造有限公司；離子交換柱，陜西科技器材有限公司。

1.3 樹脂的活化處理

將LSC-500型樹脂用相當(dāng)于其體積2～3倍的無水乙醇浸泡2.0～2.5 h，過程中用磁力攪拌器不斷低速攪動(dòng)，目的是為了使樹脂完全溶脹，然后用蒸餾水清洗至流出液無明顯的乙醇味；再選用濃度為 2 mol·L-1、1.5～2.0倍樹脂體積的鹽酸溶液浸泡24 h，使用前用蒸餾水不斷沖洗至中性為止，干燥后備用。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法及測(cè)定計(jì)算方法

在對(duì)應(yīng)的錐形瓶中加入鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液，放置于恒溫振蕩中，調(diào)節(jié)至一定轉(zhuǎn)速，進(jìn)行間歇吸附實(shí)驗(yàn)研究，過程中采用采用鄰菲羅啉分光光度計(jì)法［12-14］測(cè)定溶液中的鐵離子濃度。洗脫率計(jì)算［15］參考公式（1）。其中，a,tot=32.45 mg，為固定床中鐵離子吸附量；tot（mg）洗脫出目標(biāo)物質(zhì)的質(zhì)量。樹脂再生率的計(jì)算參考公式（2）。

2 結(jié)果與討論

2.1 洗脫劑的濃度對(duì)洗脫過程的影響

取吸附飽和后的LSC-500螯合樹脂為研究對(duì)象，先用少量的去蒸餾水沖洗樹脂表面沾附的溶液，通過活塞控制洗脫液流速為2.5 BV·h-1，配制兩種濃度分別為1.0 mol·L-1和2.0 mol·L-1的鹽酸溶液以上述流速流經(jīng)固定床，并在固定間隔時(shí)間段進(jìn)行流出液中鐵離子質(zhì)量濃度的測(cè)定，結(jié)果圖1所示。

圖1 不同鹽酸濃度時(shí)LSC-500螯合樹脂的洗脫曲線

由圖1分析得知，在2.5 BV·h-1固定洗脫流速下，隨著洗脫時(shí)間的增長(zhǎng)，鐵離子的質(zhì)量濃度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，最后達(dá)到平衡過程。這是因?yàn)?，開始洗脫階段層析柱中的癸二酸單鈉鹽溶液中的鐵離子繼續(xù)穿透，所以流出液中鐵離子質(zhì)量濃度繼續(xù)上升。鹽酸洗脫液濃度為2.0 mol·L-1時(shí)，洗脫鋒值大，由公式（1）計(jì)算得洗脫效率為95.3%，洗脫效果相當(dāng)滿意；而當(dāng)鹽酸洗脫液濃度降低為 1.0 mol·L-1時(shí)，洗脫曲線變寬，并伴隨有些許拖尾現(xiàn)象，造成了洗脫效率的下降，其值為89.3%。計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)選擇濃度較高的鹽酸作為洗脫液時(shí)，電離的氫離子多，濃度大，對(duì)應(yīng)吸附交換過程的推動(dòng)力大，所以吸附效果相比較而言較好。

2.2 洗脫劑流速對(duì)洗脫過程的影響

選取濃度為2.0 mol·L-1的鹽酸對(duì)癸二酸單鈉鹽體系進(jìn)行洗脫實(shí)驗(yàn)，先用少量的去離子水清洗固定床表面沾附的溶液，通過活塞來控制一定濃度鹽酸洗脫液的上樣流速（分別取2.5、5.0 BV·h-1），在固定間隔時(shí)間段進(jìn)行流出液中鐵離子質(zhì)量濃度的測(cè)定，結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同流速下LSC-500螯合樹脂的洗脫曲線

由圖2變化趨勢(shì)可以看出，隨著洗脫時(shí)間的延長(zhǎng)，洗脫液中鐵離子的質(zhì)量濃度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，最后達(dá)到平衡過程。這是因?yàn)殚_始洗脫階段，層析柱中的癸二酸單鈉鹽溶液中的鐵離子繼續(xù)穿透，所以流出液中鐵離子質(zhì)量濃度繼續(xù)上升。通過對(duì)不同流速的研究發(fā)現(xiàn)，流速為2.5 BV·h-1時(shí)的流出液中維持的鐵離子質(zhì)量濃度比5.0 BV·h-1的要高，洗脫過程損失較大。洗脫速率較慢時(shí)，洗脫液在樹脂相中的停留時(shí)間長(zhǎng)，與其交換的比較充分。通過公式（1）計(jì)算得到2.5 BV·h-1和5.0 BV·h-1洗脫速率下的洗脫效率分別為98.37%和93.23%。綜合考慮，選擇洗脫速率為2.5 BV·h-1。

2.3 再生后樹脂的吸附實(shí)驗(yàn)［16-18］

在上述研究的實(shí)驗(yàn)條件下，使用LSC-500型螯合樹脂處理蓖麻油裂解中和液中的鐵離子，通過3批實(shí)驗(yàn)來考察經(jīng)過上述實(shí)驗(yàn)條件再生后的該樹脂的重復(fù)使用效果，其重復(fù)使用的效果可以用公式（2）來計(jì)算，其結(jié)果如表1所示。

表1 再生后LSC-500螯合樹脂的使用效果

由表1可以看出，經(jīng)過3次再生后，樹脂的飽和吸附量均大于原有新樹脂飽和吸附量的85%以上，再生的效果令人滿意。

3 結(jié) 論

1）當(dāng)鹽酸濃度為2.0 mol·L-1、鹽酸洗脫液的流速選擇2.5 BV·h-1時(shí)，洗脫率高，達(dá)到了98.37%，近乎完全洗脫，最終的洗脫效果相對(duì)較好。

2）實(shí)驗(yàn)選用的LSC-500型螯合樹脂經(jīng)過3次再生后，樹脂的飽和吸附量并未顯著下降，均大于原新樹脂飽和吸附量的85%，再生后的使用效果令人滿意。

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Ion-exchange Elution Behavior of Refined Sebacic Acid in Fixed Bed

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( Shenmu Vocational and Technical College, Shenmu Shaanxi 719300, China）

In order to explore the elution law of monosodium sebacate solution in fixed bed, a certain amount of amino chelating resin LSC-500 was selected as the research object, and hydrochloric acid solution was selected as the eluent to investigate the influence of its concentration and flow rate on the eluent law in fixed bed,the experimental study on reproducibility of the selected resin was carried out under this condition. The results showed that when the concentration of hydrochloric acid was 2.0mol·L-1and the flow rate of hydrochloric acid eluent was 2.5BV·h-1, the eluent rate was high, reaching 98.37%. Under these conditions, the resin was selected for three times of regeneration experiments, and the saturation adsorption capacity of the resin did not decrease significantly, which was all greater than 85% of that of the original new resin.

Sebacic acid; Ion exchange resin; Eluention behavior

O647.3

A

1004-0935（2022）04-0456-03

陜西省教育廳專項(xiàng)科研計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：20JK0623）。

2021-09-10

陳慶（1987-），女，陜西省西安市人，講師，碩士研究生， 2013年畢業(yè)于西北大學(xué)能源化工專業(yè)，研究方向：化工分離。