D301型离子交换树脂分离低浓度甲酸的研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qiaofei888
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以含低浓度甲酸的水溶液和DMF溶液为研究对象,采用离子交换法对甲酸进行分离,筛选出D301型树脂作为研究对象,并通过静态和动态实验对低浓度甲酸的离子交换-再生过程进行研究,考察了分离性能,优化了工艺条件,并对分离体系的交换平衡理论、动力学和热力学过程进行了研究。   比较了不同树脂对低浓度甲酸溶液的交换性能和再生性能。实验条件下,优化出苯乙烯系弱碱型大孔离子交换树脂D301型分离效果最佳,对甲酸在水溶液中的去除率为96.4%,树脂再生率为96%;在DMF溶液中去除率为27.47%,再生率为99%。且D301在DMF溶液中长期浸泡三个月其机械强度与交换性能均较稳定。   采用D301树脂对水溶液中低浓度甲酸进行分离。静态条件下考察了时间、温度、振荡速率和树脂用量对分离效果的影响,获得了交换等温线;动态条件下考察了不同高径比、流速、温度、浓度下动态穿透曲线:研究了树脂再生效果与稳定性。初始浓度573mg·L-1的甲酸废水,在树脂用量2.5 g·L-1、温度35℃、振荡速率160rpm条件下,最大交换量为154.16mg·g-1;其交换等温线符合Langmuir方程,热力学平衡方程计算得△G<0,△H=10.25kJ·mol-1,△S>0,表明该吸附过程是自发的、吸热、熵增加的过程。交换过程符合拟二级反应,颗粒扩散是离子交换的主要速率控制步骤,表观活化能与反应级数分别为5.983kJ·mol-1和0.378。再生剂为4%氢氧化钠,再生比耗为2,再生液流速15 mL·min-1的条件下,常温下树脂的再生率为96.83%,20次反复再生后,离子交换树脂的交换容量变化不大。最优化条件下,连续循环使用,分离效果较好,性能稳定。   考察了DMF溶液的水解对甲酸分离效果的影响,并研究D301树脂在DMF溶液中交换分离低浓度甲酸的过程。常温常压下DMF水解较弱;树脂在静态交换温度35℃,振荡速度160rpm,树脂浓度30g·L-1时,平衡交换量为11.55mg·g-1,甲酸去除率为54.17%。选用高径比为2:1的离子交换柱,在35℃下、溶液流速5mL·min-1条件下,对甲酸含量586mg·L-1的甲酸-DMF溶液的动态交换和连续循环交换均具有很好的交换性能。动力学研究表明,交换等温线符合Freundlich方程和拟二级反应方程,化学反应为主要的离子交换的速率控制步骤。
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