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大孔吸附树脂在有机废水处理中的应用
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齐广辉,丁春燕,周  坤,李  璟(河北化工医药职业技术学院,河北  石家庄  050026
  [  ]对大孔吸附树脂的基本特点和吸附机理进行了描述,介绍了大孔吸附树脂在各种有机废水处理中的应用概况,并展望了其应用前景。
    [关键词]大孔吸附树脂;有机废水处理;应用
    [中图分类号] TQ 425.23              [文献标识码] A                  [文章编号] 1003-5095(200904-0069-03
  [  ]对大孔吸附树脂的基本特点和吸附机理进行了描述,介绍了大孔吸附树脂在各种有机废水处理中的应用概况,并展望了其应用前景。
    [关键词]大孔吸附树脂;有机废水处理;应用
    [中图分类号] TQ 425.23              [文献标识码] A                  [文章编号] 1003-5095(200904-0069-03

1 大孔吸附树脂的分类

 

分类

单体或功能基

非极性

以苯乙烯为单位、二乙烯苯为交联剂聚合而成

中极性

以甲基丙烯酸作为单体和交联剂聚合而成

极性

含有酰胺基、氰基、酚羟基等极性功能基

强极性

含有氧化氮、吡啶基额聚合物


 大孔吸附树脂的吸附机理[2]
  非极性吸附树脂主要靠物理作用吸附水溶液中水溶性较小的有机物,对溶液中的无机离子没有吸附能力,对水溶性较大的有机物的吸附能力较弱。因此,非极性吸附树脂可较易实现有机物与无机物、一般有机物与强亲水性物质的分离。通过调节pH值改变物质的解离状态,也可分离有机酸和生物碱等。
  吸附树脂的官能团可与被吸附物形成化学键而形成牢固的吸附作用,如碱性树脂可用来脱酸、去鞣质。pH值对大孔吸附树脂的化学吸附影响较大,通常采用酸性化合物在酸性溶液中进行吸附,碱性化合物在碱性溶液中进行吸附较为合适,中性化合物可在近中性的情况下被吸附。
    含有氢键的吸附树脂可与含相应氢键的有机化合物形成氢键,从而与其他物质分开。而孔径均匀的树脂还有类似于膜分离的作用,可以按分子直径的大小把不同相对分子质量的物质分开。
大孔吸附树脂吸附效果的影响因素
    大孔吸附树脂的吸附效果受被分离物的极性、溶液的pH值、分子的体积、树脂柱的清洗、洗脱液的种类等因素制约,还与吸附质、吸附剂、外界的温度和压强等有关。具体如下[3](1)吸附量的大小与树脂的比表面积成正比;(2)吸附质分子在孔内的扩散速度随着树脂孔径的增大而增加;(3)树脂的吸附量随着孔容的增加而增加;(4)树脂的吸附性能随着孔径分布变窄而增强;(5)极性树脂较易吸附极性相同的物质;(6)氢键吸附作用的吸附能力较强;(7)温度降低,吸附量将增加,因为一般吸附过程伴随放热;(8)吸附量和吸附速率都随着压强的增大而增大。
大孔吸附树脂在有机废水处理中的应用
4.1  含酚废水的处理
    酚类的毒性很强,能引起人体内蛋白质的变质和凝固。若水中含酚>10 mg/L,鱼类等水生生物将不能生存,用含酚量高于100 mg/L 的水灌溉农田,农作物将减产或枯死[4]
    李洁莹等[5]利用超高交联吸附树脂NDA-909 吸附水溶液中的邻甲酚,发现NDA-909对邻甲酚的吸附符合Freundlich经验公式,表现为放热的物理吸附过程,吸附量随着邻甲酚平衡浓度的升高而增大,低温有利于吸附的进行。此外,吸附速率受颗粒内扩散和其他类型扩散的共同控制。
    上海大学研究了DA-201吸附树脂净化废水中的苯酚的应用,发现当废水中pH7 ,吸附树脂不仅能回收苯酚 ,而且不产生二次污染 ,失效树脂使用5%NaOH溶液或甲醇脱酚,其脱附率接近100%[6]
    唐树民等[7]研究了对硝基酚在4种吸附树脂(AM-1NDA-88NDA-99NDA-150)上的静态吸附行为,结果发现NDA-88NDA-99NDA-150 3种树脂吸附对硝基酚的效果较好。他们还研究了NDA-99树脂的动态吸附和脱附,发现对硝基酚在该树脂上的吸附量为3.75 mmol/g,且容易脱附,用2 mol/LNaOH酒精溶液作脱附剂,温度328 K,体积为2.5倍树脂体积时,脱附率近93%
    河北师范大学曾利用XH-303大孔吸附树脂处理D-对羟基苯甘氨酸生产中产生的含酚废水,酚的去除率达到99.9% ,且脱附液酸化后可以直接使用[8]
    Aimin Li[9]等发现XAD-4树脂引入乙酰基后,吸附量提高了20%左右。
4.2  含苯肼废水的处理
    Z.C. Zhai[10]研究发现,因为高交联树脂的独特微孔结构和极性,其对苯肼衍生物的去除要比XAD-4树脂对苯肼衍生物的去除效率高20%70%。华东理工大学选用Hz-841树脂为吸附剂,95%的乙醇为脱附剂处理含苯肼4 0005 000 mg/L的工业废水,取得了理想的分离效果,苯肼吸附率99.8%,树脂工作吸附量4050 g/L[11]。他们还比较了3种大孔吸附树脂对废水中苯肼的吸附能力,证明Hz-841大孔吸附树脂对苯肼的吸附效果最佳,并建立了Hz-841树脂静态吸附容量与温度、苯肼浓度、以及离子强度间的相平衡关系[12]
4.3  含苯胺废水的处理
    刘新铭等[13]研究了苯胺废水质量浓度、pH值、温度和流速等因素对NKA-大孔吸附树脂动态吸附-脱附性能的影响。研究结果表明,在最佳工艺条件下,苯胺去除率>99%COD98%,出水苯胺的质量浓度 40 mg/LCOD出水的质量浓度<100 mg/L,树脂的平均脱附率值接近99.7%。这种树脂对苯胺主要是外表面吸附,吸附过程放热,Freundlich模型较好地表示吸附等温线[14]。后来,国外有人将树脂引入磺酸基,使树脂具有了微孔结构和极性官能团,从而提高了其对苯胺和四甲基苯胺的去除效果,也得到了较好的Freundlich模型[15]
    另外,国内某高校对H-103树脂处理生产多亚甲基多芳基异氰酸酯产生的苯胺废水进行过研究,发现其效果优于美国Amberlit XAD-4树脂,苯胺去除率超过99% COD去除率也相当高,若以5060 稀盐酸或工业酒精脱附,苯胺回收率可达99%以上。
4.4  含有机酸废水的处理
    罗刚等[16]研究了pH值、温度、盐度以及乙醇的含量等因素对NDA-150超高交联树脂吸附水溶液中山梨酸的静态吸附行为的影响,其表面极性和微孔结构对该树脂吸附山梨酸的能力起决定作用,并得出最佳pH值为3,且低温有利于吸附,NaCl的存在对吸附有利,但乙醇的质量分数大于1%时,吸附量会显著降低。
    南京大学还研究了NDA-100大孔树脂对水中水杨酸的静态吸附的动力学和热力学特性,结果表明吸附符合一级动力吸附方程 , 影响吸附速率的主要因素为颗粒内扩散过程,吸附为放热的物理吸附过程,水杨酸去除率近100%[17]
    前两年还合成了一种亲水性高交联NDA-702树脂,这种新合成的树脂对邻苯二甲酸二甲酯有很好的吸附效果,且脱附效率很高[18]
4.5  其他有机物的处理
    刘天华等[19]采用H-103树脂吸附废水中的硝基苯乙酮,在pH=3、室温、流速2 BV/h的条件下,废水中硝基物去除率达98% ,COD去除率达到89%。脱附条件:95%的乙醇,温度6065 ,流速1 BV/h
    许月卿等[20]发现DRH-III树脂对磺胺具有良好的吸附和解吸效果:废水中COD去除率约86%,磺胺的吸附率88.2%,树脂的解吸率为97.5%,磺胺的回收率约86.0%,其纯度达99.8%
    早些年,李国华等[21]还研究了大孔吸附树脂对有机膦农药的吸附性能。他们以苯乙烯型大孔吸附树脂对有机膦农药进行动、静态吸附性能测试,结果发现吸附率在90%以上,吸附速率也较快,且血液相溶性好,将来有望用于临床血液净化来抢救重症有机膦农药中毒患者。
大孔吸附树脂处理有机废水的优点
    大孔吸附树脂的吸附作用与活性炭相似,在其自身和应用方面有诸多优点:物理化学稳定性高、比表面积大、吸附容量大、选择性好、吸附速度快、解吸条件温和、再生处理方便、使用周期长、宜于构成闭路循环、节省费用、不受无机盐及强离子低分子化合物的影响、工艺简单、操作方便等。大孔吸附树脂的这些结构和性能上的灵活性、使用上的广谱性是其他分离技术不可比拟的。
 
    大孔吸附树脂以其独特的结构特征,造就了其良好的吸附性能,在有机废水处理中充当着极其重要的角色。虽然它在各领域的应用还存在一定的争议,但随着新型大孔吸附树脂的不断涌现和吸附技术的迅猛发展,它的应用前景大好。
[收稿日期]2009-01-13
[作者简介]齐广辉(1978-),男,助教,主要从事化工单元操作的教学与研究工作。


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