大孔阴离子树脂吸附水中硝酸盐的行为与机理研究

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随着我国经济和工业发展水平的不断提高,我国水资源境况却越来越差,其中水体中硝酸盐的污染已成为我国饮用水污染中的一个主要问题,而如何实现低成本、快捷高效去除水中硝酸盐已成为净水处理工程界的主要难题之一。通过分析国内外水体中硝酸盐污染的情况、硝酸盐对人类的直接及间接危害以及导致我国水体中硝酸盐超标的主要原因,对比目前可用于去除硝酸盐的技术,如生物法、化学法、吸附法和离子交换法等的优缺点,阐释了离子交换法是目前最具有发展前景的去除饮用水中硝酸盐的技术。选用英国漂莱特A520E树脂和国产HZ-222树脂作为离子交换材料,进行了去除水中硝酸盐污染的试验研究。通过考察树脂对硝酸盐的吸附行为、试验条件对吸附容量的影响、拟合吸附动力学模型、动边界控制模型、热力学模型,以期解明两种树脂对硝酸盐吸附的原理,进而指导工程实践和新型高效、廉价的大孔型离子交换树脂的开发。通过以上试验研究,取得研究结果如下:(1)两种树脂吸附NO-3的动力学试验结果表明,两者的吸附平衡时间均为60min时,A520E树脂和HZ-222树脂在20℃时的吸附量分别为14.947mg/g、21.647mg/g。两种树脂对水中NO-3的吸附动力学可较好地符合准二级吸附动力学模型;树脂吸附速率由颗粒扩散控制,因此,可通过减小粒径和增大孔径提高该类树脂的吸附NO-3的容量。(2)两种树脂对NO-3的吸附符合Langmuir吸附等温模型;两种树脂的吸附过程为可自发进行,熵增的吸热反应,因此适当提高反应温度可增加该类树脂的吸附NO-3的容量。(3)在20℃、180rpm、100mg/L NO-3的试验条件下,两种树脂的最佳固液比为:0.3g/50mL,即最佳质量比为6‰,溶液最佳pH值约为6;该条件下A520E树脂和HZ-222树脂的去除率分别达90.88%、94.05%。(4)在有其他离子共存的水体中,对树脂吸附NO-3容量影响最大的是SO2-4,而Cl-、HCO-3对其干扰较弱;另从树脂的选择性系数试验得出,两种树脂对NO-3的吸附先于SO2-4和Cl-;同时HZ-222树脂受这些阴离子的影响比漂莱特A520E树脂显著;(5)再生剂浓度确定和再生性能测试结果表明,再生剂NaCl的最佳质量浓度为9%;再生10次后A520E树脂吸附NO-3的去除率降低了2个百分点,HZ-222则降低了5个百分点,可见A520E树脂的再生性能较HZ-222的好;(6)动态试验结果表明,初始硝酸盐溶液的低流速(100mL/min)可延长穿透时间,利于吸附柱吸附NO-3;初始硝酸盐浓度150mg/L比100mg/L时吸附柱的交换容量大;吸附柱的高径比为17.14时吸附柱穿透时间较长。(7)A520E树脂和HZ-222树脂的最大动态吸附量分别为18.34mg/g、20.33mg/g;A520E树脂的动态吸附容量较其静态吸附量大,而HZ-222树脂的动态吸附容量与其静态吸附容量比略小。
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