固定床中精制癸二酸的離子交換洗脫規律性研究

陳慶，王建雄，劉燕

固定床中精制癸二酸的離子交換洗脫規律性研究

陳慶，王建雄，劉燕

（神木職業技術學院，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律，實驗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固定床中癸二酸單鈉鹽洗脫規律的影響，并在此條件下對選用樹脂進行再生性實驗研究。結果表明：當鹽酸濃度為2.0 mol·L-1、鹽酸洗脫液的流速選擇2.5 BV·h-1時，洗脫率最佳，達到了98.37%，以此條件選擇對樹脂進行3次再生實驗，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吸附在離子交換樹脂上，隨后選擇合適的洗脫液將吸附質從樹脂上洗脫下來，從而達到分離雜質、濃縮以及純化的目的。由于離子交換樹脂具有選擇性強、價格低廉和可重復再生利用的特點，因此在化工產品分離中具有廣泛的應用［2］。

癸二酸是一種重要的化工有機合成原料，其被廣泛地用于制造低溫耐寒增塑劑系列產品的生產，在化工原料市場上具有重要的地位。王彥雄［3］等通過選用環境友好型的稀釋劑液體石蠟、相對安全的催化劑Fe2O3，在實驗室條件下探索出一條癸二酸的清潔生產工藝，最終得到癸二酸的產率達到了67.2%，分離后其產品純度在99.0%以上。但該工藝由于引入新型催化劑Fe2O3，使得最終經兩次酸化并純化后的癸二酸成品中鐵含量過高，嚴重影響了產品的色值以及質量［4-5］，進而影響了產品在出口時的市場競爭力。目前，對于清潔生產工藝分離提純方面的理論分析和實驗研究未見報道，癸二酸單鈉鹽體系的洗脫實驗未見詳細報道。張寶貴［6-9］等研究了由南開大學自制的D412型螯合樹脂對癸二酸靜止的洗脫過程，因此，實驗室利用固定床分離技術［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精制癸二酸的離子交換洗脫規律的影響，為實際精制癸二酸提供重要參考。

1 實驗部分

1.1 試劑

LSC-500型樹脂，西安藍曉科技有限責任公司；癸二酸單鈉鹽中和液，100～300 mg·L-1；Fe（Ⅲ）標準溶液，1 000 mg·L-1，使用時進行適當稀釋；HCl，分析純，天津市瑞金特化學品有限公司。

1.2 儀器

TU-1900型雙光束紫外可見分光光度計，上海精密科學儀器有限公司；PHS-3C精密pH儀，上海雷磁儀器廠；恒溫培養振蕩器，ZHWY-211C，上海智誠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，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 實驗方法及測定計算方法

在對應的錐形瓶中加入鐵標準溶液，放置于恒溫振蕩中，調節至一定轉速，進行間歇吸附實驗研究，過程中采用采用鄰菲羅啉分光光度計法［12-14］測定溶液中的鐵離子濃度。洗脫率計算［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）洗脫出目標物質的質量。樹脂再生率的計算參考公式（2）。

2 結果與討論

2.1 洗脫劑的濃度對洗脫過程的影響

取吸附飽和后的LSC-500螯合樹脂為研究對象，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固定床，并在固定間隔時間段進行流出液中鐵離子質量濃度的測定，結果圖1所示。

圖1 不同鹽酸濃度時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，隨著洗脫時間的增長，鐵離子的質量濃度呈現先增大后減小的趨勢，最后達到平衡過程。這是因為，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穿透，所以流出液中鐵離子質量濃度繼續上升。鹽酸洗脫液濃度為2.0 mol·L-1時，洗脫鋒值大，由公式（1）計算得洗脫效率為95.3%，洗脫效果相當滿意；而當鹽酸洗脫液濃度降低為 1.0 mol·L-1時，洗脫曲線變寬，并伴隨有些許拖尾現象，造成了洗脫效率的下降，其值為89.3%。計算結果表明，當選擇濃度較高的鹽酸作為洗脫液時，電離的氫離子多，濃度大，對應吸附交換過程的推動力大，所以吸附效果相比較而言較好。

2.2 洗脫劑流速對洗脫過程的影響

選取濃度為2.0 mol·L-1的鹽酸對癸二酸單鈉鹽體系進行洗脫實驗，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），在固定間隔時間段進行流出液中鐵離子質量濃度的測定，結果如圖2所示。

圖2 不同流速下LSC-500螯合樹脂的洗脫曲線

由圖2變化趨勢可以看出，隨著洗脫時間的延長，洗脫液中鐵離子的質量濃度呈現先增大后減小的趨勢，最后達到平衡過程。這是因為開始洗脫階段，層析柱中的癸二酸單鈉鹽溶液中的鐵離子繼續穿透，所以流出液中鐵離子質量濃度繼續上升。通過對不同流速的研究發現，流速為2.5 BV·h-1時的流出液中維持的鐵離子質量濃度比5.0 BV·h-1的要高，洗脫過程損失較大。洗脫速率較慢時，洗脫液在樹脂相中的停留時間長，與其交換的比較充分。通過公式（1）計算得到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驗［16-18］

在上述研究的實驗條件下，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批實驗來考察經過上述實驗條件再生后的該樹脂的重復使用效果，其重復使用的效果可以用公式（2）來計算，其結果如表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 論

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

2）實驗選用的LSC-500型螯合樹脂經過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

陜西省教育廳專項科研計劃項目（項目編號：20JK0623）。

2021-09-10

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