離子交換樹脂對環氧丙烷皂化廢水中氯離子吸附的研究

程銀芳，陳芳

(湖北師范學院 化學化工學院,湖北 黃石 435002)

離子交換樹脂對環氧丙烷皂化廢水中氯離子吸附的研究

程銀芳，陳芳

(湖北師范學院 化學化工學院,湖北 黃石 435002)

采用離子交換法吸附環氧丙烷皂化廢水中的氯離子，分別在靜態和動態條件下，對D201X7型強堿性小孔陰離子交換樹脂的工作條件進行了優化.在靜態狀況下，比較了不同條件下樹脂對氯離子的處理效果，結果表明：樹脂用量為6.0 g、攪拌時間為10 min、廢水pH值6到8時處理效果最佳.在動態狀況下，研究了不同流量下樹脂對氯的吸附效果，結果表明：流量越小處理效果越好，但必需考慮單位時間的處理量，選擇流量0.2 mL/s左右.在同樣條件下，還研究了再生以后樹脂對氯的吸附效果，只有原樹脂處理能力的60%左右.

小孔樹脂；離子交換；環氧丙烷廢水；氯離子

本實驗研究所用的環氧丙烷廢水是電石渣作皂化原料的生產工藝廢水，廢水pH值高、含鹽量高，其中氯離子濃度高達27 g/L以上，氯離子是難與其它常見物質形成難溶沉淀物(銀除外)的陰離子，故廢水中的氯離子難以通過經濟、有效的方法去除[1].廢水中氯離子對水利設施有較大腐蝕性，而且不能灌溉農田.氯離子滲入地下水中，使水質惡化，Mg2+、Ca2+、Cl-含量增加，使水不能飲用.

氯醇法生產環氧丙烷過程中如此大量的排放產生是綠色生產品的大敵，也是目前我國環氧丙烷企業所面臨最為嚴重的問題.如果所產生的廢水廢渣不能達標排放和安全處理，其企業將面臨關停的危險.達標排放并不等于無污染排放，要達到真正意義上的無污染(零污染)綠色生產，就必需改造或更換現行工藝，現行工藝成為我國環氧丙烷工業發展的首要制約因素[2,3].筆者嘗試采用離子交換法吸附環氧丙烷皂化廢水中的氯離子，分別在靜態和動態條件下，對D201X7型強堿性小孔陰離子交換樹脂的工作條件進行了優化.取得比較好的結果.

1 實驗部分

1.1 儀器與藥品

儀器：酸式滴定管；離子交換柱；玻璃容器若干

藥品：D201X7型陰離子小孔樹脂 ；硝酸銀；氯化鈉；氫氧化鈉(分析純)等

1.2 實驗方法：

1.2.1 含氯廢水的分析方法

采用硝酸銀滴定法滴定氯離子濃度[4].

1.2.2 標準溶液的配置

氯化鈉標準液：稱取8.2485 g氯化鈉，溶解在小燒杯中，然后定溶于1000 mL的溶量瓶中，即為0.1410 mol/L, 搖勻.

硝酸銀標準液：稱取17.0 g硝酸銀溶解后，定溶于1000 mL的容量瓶中，取20.00 mL氯化鈉溶液反滴定硝酸銀溶液，計算其濃度.

1.2.3 模擬廢水的配制

在天平上準確稱取36.4 g分析純氯化鈉，溶解在燒杯中，定容于1000 mL的容量瓶中，然后用硝酸銀標準液滴定，即為21.48 g/L的模擬廢水，搖勻，靜置，備用.

1.2.4 樹脂預處理

把樹脂用氫氧化鈉溶液浸泡24 h以上，然后用蒸餾水洗至中性，于60 ℃下烘干備用.

1.2.5 樹脂再生方法

將使用過的樹脂放入大燒杯中，用5%左右的氫氧化鈉溶液浸泡24 h以上，然后再用蒸餾水洗至中性，于60 ℃下烘干備用.

1.2.6 離子交換實驗

靜態下，稱取一定量的樹脂于錐形瓶中，加一定體積的模擬廢水在一定的pH下，在THZ-82型恒溫振蕩器中振蕩一定時間，取出錐形瓶然后利用真空泵抽濾，取濾液進行分析[5].

動態下，在離子交換柱內裝滿一柱樹脂，廢水經過離子交換柱后，分別在不同流量不同時間下接取一定量處理后水樣，用硝酸銀標準液滴定水樣中氯離子濃度[6,7].

2 結果與討論

2.1 靜態條件下

2.1.1 樹脂的用量對處理效果的影響

在6個錐形瓶中分別加入不同質量的樹脂，然后分別加入21.48 g/L的模擬含氯廢水30 mL，固定振蕩速率，振蕩60 min，采用滴定法用硝酸銀標準液分別滴定抽濾后的濾液，再計算處理后水樣中氯離子的濃度，實驗結果如圖1.

通過圖1結果可知，樹脂處理時有個最佳離子交換量，超過其最佳交換量時，處理量就會越來越差，由以后圖形可以看出當樹脂質量為6 g時處理量達到最大值為35.9 mg/g干樹脂.后面實驗便在此量下進行，使其達到最佳處理效果

2.1.2 不同振蕩時間對處理效果的影響

在6個錐形瓶中分別加入6.0 g樹脂，再分別加入30 mL的濃度為21.46 mg/L的含氯模擬廢水，固定振蕩速度，滴定不同時間溶液中剩余的氯離子的濃度.實驗結果如圖2.

圖1 樹脂的用量對吸附效果的影響 圖2 時間對吸附效果的影響

通過實驗結果，從圖2很明顯可以看出，樹脂與氯離子交換速度很快，10 min內基本上就可以交換完畢，隨著時間的加長對處理結果基本沒多大影響， 可見這種樹脂離子交換速度很快.

2.1.3 不同pH對處理效果的影響

在6個錐形瓶中分別加入6.0 g的樹脂和21.46 g/L的氯離子模擬廢水30 mL，然后調節溶液pH值分別為2、4、6、8、10、12，將調好的錐形瓶放入THZ-82型恒溫振蕩器中，固定振蕩速率振蕩20 min，然后取出錐形瓶，抽濾，對其濾液進行滴定氯離子濃度.實驗結果如圖4：

圖3 不同pH對吸附效果的影響 圖4 再生樹脂與原樹脂吸附效果的比較

為了考察pH對樹脂吸附性能的影響，用0.5 mol/L或氫氧化鈉溶液調節廢水pH值，吸附曲線如圖3.由圖3可見，pH值在2-12的范圍內，隨著廢水pH值的升高，樹脂對廢水中氯離子的平衡吸附量無太大變化，當廢水變為堿性時，其平衡吸附量略有升高.

2.1.4 再生以后的樹脂的處理效果

在6個錐形瓶中分別加入6.0 g的再生樹脂和21.46 g/L的氯離子模擬廢水30 mL，在與表2相同的條件下，進行實驗.實驗結果如圖4.

再生樹脂的吸附性能是否跟原樹脂相同，通過圖4可以看出，再生以后的樹脂的處理能力明顯不如原樹脂.同等條件下，再生樹脂的吸附量大約只有原樹的57.4%左右.其最大吸附量只有20.8 mg/g干樹脂.

2.1.5 樹脂對真水的處理效果

在6個錐形瓶中分別加入樹脂6.0 g,8.0 g,10.0 g,12.0 g,14.0 g,16.0 g再加入30 mL真水樣，將調好的錐形瓶放入THZ-82型恒溫振蕩器中，固定振蕩速率振蕩30 min，然后取出錐形瓶，抽濾，對其濾液進行滴定氯離子濃度.實驗結果如圖5：

圖5 樹脂對真水的處理效果 圖6 三種不同流速下的樹脂處理效果

樹脂對真水的處理效果，由圖5可知，仍然是樹脂質量為6.0 g 時吸附量達到最大值,隨著樹脂質量的增加，氯離子去除率雖不斷增大，但樹脂的吸附量不斷減少，不能達到最佳處理效果.

2.2 動態條件下

2.2.1 不同流量下樹脂對氯的吸附效果

在離子交換柱內裝滿一柱樹脂，稱其質量124 g，連接好裝置后，調節好廢水流量，由于離子交換速度很快，在不同流量下取樣時每次取樣10 mL，兩個樣之間間隔1 min，每個流速下取7個樣，本實驗做了3種不同流量下樹脂對廢水的處理效果.實驗結果如圖6.

由于流動相流速對樹脂動態吸附性能有直接影響，為了確定最佳操作流速，將濃度為22.9 g/L的模擬廢水分別以V1，V2，V3的流速，進行動態吸附實驗，結果示于圖6.由圖6可見，漏點的廢水處理量附流速的增加而減少，樹脂的工作吸附量也相應降低，其原因是流速越高，流體停留時間越短，氯離子在樹脂床層中進行交換越不充分，導致泄漏點提前.從吸附效果考慮，低流速下的操作是有利的，但在實際應用中，必需考慮單位時間的處理能力，因此綜合考慮吸附效果與時間因素，選操作流速在V=0.2 mL/s左右.

2.2.2 不同流量下再生樹脂處理效果

在離子交換柱內裝滿一柱再生樹脂，稱其質量124 g.在與上面實驗完全相同條件下進行同樣實驗測試，實驗結果如下：

圖7 三種不同流速下再生樹脂的處理效果

由圖7可以看出，再生以后樹脂的處理效率比原樹脂慢得多，流速越低處理效果越好，在圖7中三種流速下，可以看出V3的處理結果最好.更小的流速下，也許處理結果更好，但在實際應用中，必需考慮單位時間的處理能力，因此必須綜合考慮吸附效果與時間等因素，不能只看處理結果.

3 結 論

(1) 在靜態條件下，樹脂質量為6.0 g時交換容量達最大，交換時間很快，pH值對處理效果幾乎沒影響.

(2) 在動態條件下，廢水流量越小處理效果越好，但在實際應用中，必需考慮單位時間的處理能力.

(3) 再生以后樹脂的處理效果大約只有原樹脂處理能力的50%-60%.

(4) 這種樹脂的吸附容量比較小，最大吸附量只有40 mg/g左右，對于高濃度的氯離子廢水，無法達到要求的處理效果.

[1] 孫可華,劉正，等.環氧丙烷生產廢水處理技術[J].江蘇化工,2001，29(5):138-142.

[2] 孟慶凡.高含鹽環氧丙烷廢水生化處理的研究[J].工業用水與廢水，2001,31(1):89-93.

[3] 李得徽.環氧丙烷廢水生物處理方法淺析[J].氯堿工業，2001(8)72-76.

[4] 武漢大學主編.分析化學(第4版)[M].北京：高等教育出版社，2006.

[5] 樂清華、吳凡，等.大孔樹脂吸附處理含苯肼工業廢水的研究[J].離子交換與吸附，2004,20(1):82-85.

[6] 李潔瑩、陳金龍，等.大孔吸附樹脂對鄰甲酚的吸附行為研究[J].離子交換與吸附，2004,20(5):430-437.

[7] 程秀梅，陳金龍，等.樹脂吸 附法處理水楊酸甲酯生產廢水的研究[J].離子交換與吸附，2004，20(5):445-447.

[責任編輯：徐明忠]

Studies on the efficacy of ion exchange resin for adsorbing chlorine ion in the waste water of the wreath oxygen propane soap

CHENG Yinfang1,CHEN Fang2

(College of Chemical and Environmental Engineering,Hubei Normal University,Huangshi 435002,China)

Here we adopts the ion exchange method to adsorb chlorine ion from saponification in propylene epoxide production waste water.Under static conditions.experiment parameters(pH,contacting time and dosage of resin)were evaluated.And the effect of flow rates on ion exchanges was studied under dynamic conditions.The results indicate that 6.0 g resin,10 min contacting time,pH 6 to 8 are the best conditions for static adsorption,and the better effect the smaller flux at dynamic.But for practical applications,the flow rate of the treating sample should be taking into consideration,thus the flux was set at 2.0 mL/s.Under the optimized conditions,the reproducibility of the resin was also inspected.The result showes that the adsorption efficienty of the reused resin was decreased by 40% compared with the original one.

ostiole resin；ion exchange；waste water from saponification in propylene epoxide production；chlorine ion

2015-05-28

程銀芳(1966-)，女，湖北黃梅人，湖北師范學院副教授，主要從事環境工程的研究工作.

X703

A

1672-3600(2015)09-0051-04