零价铁还原—大孔树脂吸附法处理TNT红水的研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wylaaram
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2,4,6-三硝基甲苯(TNT)红水是一种有机物含量高、毒性大、难以降解的工业废水,且含有大量无机盐,常规方法难以处理。目前应用的TNT红水处理工艺大多是高能耗的氧化方法,如焚烧法,条件较为苛刻,且产生严重的二次污染。在此背景下,为了降低TNT红水毒性,并实现有机物与无机盐的分离,本文开展了TNT红水的零价铁还原-大孔树脂吸附技术研究。本文首先探索了高效液相色谱-质谱联用对TNT红水中组分的检测条件,考察了不同因素对零价铁还原的影响,对还原效果进行了评价。然后选用大孔吸附树脂HYA-106为吸附剂,主要从树脂吸附-再生性能的影响因素、吸附等温线、吸附热力学和动力学等方面,对还原后TNT红水中主要成分甲苯胺类有机物的吸附机制和传质过程进行了研究,旨在为TNT红水的综合治理和资源化利用工艺提供一定的理论依据。考察了零价铁还原性能和HYA-106对还原后TNT红水的吸附性能。实验结果表明,零价铁还原-大孔树脂吸附最佳操作条件为:还原pH值为2.0,还原时间为6 h, TNT红水浓度范围18971.3~39888.2 mg/L,吸附pH值为3.0,吸附温度为室温,吸附流速为1.0 BV/h,再生液组成为0.5% NaOH+无水乙醇(v/v--4:1),再生液流速为2.0 BV/h。在此工艺条件下,二硝基甲苯磺酸类有机物还原率>94.0%,单位树脂CODcr吸附量>272.5 mg/g,树脂平均再生率>98.0%。还原动力学实验表明,酸性条件下零价铁还原TNT红水中二硝基甲苯磺酸的反应与准一级动力学方程相关性较好,反应速率与浓度呈正比。吸附稳定性实验表明,树脂吸附量较稳定,重复使用机械强度高,基本无树脂破碎现象。吸附等温线实验表明,Freundlich方程能够解释树脂对还原后TNT红水的吸附行为,对应拟合R2为0.972~0.988,吸附量与温度呈负相关。热力学研究表明,△G0和△H0均为负值,苯胺类有机物在HYA-106上的吸附为自发的物理吸附过程,温度较低有利于获得更大的吸附量。且吸附过程是熵减小过程,由焓变可进一步推断范德华力、疏水效应、偶极力和氢键是主要的吸附作用力。动力学研究表明,HYA-106树脂对还原后TNT红水的吸附分为两个阶段,分别是树脂外表面扩散阶段(0~25 min)和逐渐扩散阶段(25~400 min)。准二级动力学模型能更好的描述苯胺类在HYA-106上的吸附行为,吸附速率常数Ks随着溶液浓度降低而增大。qt对t0.5呈现的良好线性关系表明,内扩散为吸附控速步骤。
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