离子交换树脂对环氧丙烷皂化废水中氯离子吸附的研究

程银芳，陈芳

(湖北师范学院 化学化工学院,湖北 黄石 435002)

离子交换树脂对环氧丙烷皂化废水中氯离子吸附的研究

程银芳，陈芳

(湖北师范学院 化学化工学院,湖北 黄石 435002)

采用离子交换法吸附环氧丙烷皂化废水中的氯离子，分别在静态和动态条件下，对D201X7型强碱性小孔阴离子交换树脂的工作条件进行了优化.在静态状况下，比较了不同条件下树脂对氯离子的处理效果，结果表明：树脂用量为6.0 g、搅拌时间为10 min、废水pH值6到8时处理效果最佳.在动态状况下，研究了不同流量下树脂对氯的吸附效果，结果表明：流量越小处理效果越好，但必需考虑单位时间的处理量，选择流量0.2 mL/s左右.在同样条件下，还研究了再生以后树脂对氯的吸附效果，只有原树脂处理能力的60%左右.

小孔树脂；离子交换；环氧丙烷废水；氯离子

本实验研究所用的环氧丙烷废水是电石渣作皂化原料的生产工艺废水，废水pH值高、含盐量高，其中氯离子浓度高达27 g/L以上，氯离子是难与其它常见物质形成难溶沉淀物(银除外)的阴离子，故废水中的氯离子难以通过经济、有效的方法去除[1].废水中氯离子对水利设施有较大腐蚀性，而且不能灌溉农田.氯离子渗入地下水中，使水质恶化，Mg2+、Ca2+、Cl-含量增加，使水不能饮用.

氯醇法生产环氧丙烷过程中如此大量的排放产生是绿色生产品的大敌，也是目前我国环氧丙烷企业所面临最为严重的问题.如果所产生的废水废渣不能达标排放和安全处理，其企业将面临关停的危险.达标排放并不等于无污染排放，要达到真正意义上的无污染(零污染)绿色生产，就必需改造或更换现行工艺，现行工艺成为我国环氧丙烷工业发展的首要制约因素[2,3].笔者尝试采用离子交换法吸附环氧丙烷皂化废水中的氯离子，分别在静态和动态条件下，对D201X7型强碱性小孔阴离子交换树脂的工作条件进行了优化.取得比较好的结果.

1 实验部分

1.1 仪器与药品

仪器：酸式滴定管；离子交换柱；玻璃容器若干

药品：D201X7型阴离子小孔树脂 ；硝酸银；氯化钠；氢氧化钠(分析纯)等

1.2 实验方法：

1.2.1 含氯废水的分析方法

采用硝酸银滴定法滴定氯离子浓度[4].

1.2.2 标准溶液的配置

氯化钠标准液：称取8.2485 g氯化钠，溶解在小烧杯中，然后定溶于1000 mL的溶量瓶中，即为0.1410 mol/L, 摇匀.

硝酸银标准液：称取17.0 g硝酸银溶解后，定溶于1000 mL的容量瓶中，取20.00 mL氯化钠溶液反滴定硝酸银溶液，计算其浓度.

1.2.3 模拟废水的配制

在天平上准确称取36.4 g分析纯氯化钠，溶解在烧杯中，定容于1000 mL的容量瓶中，然后用硝酸银标准液滴定，即为21.48 g/L的模拟废水，摇匀，静置，备用.

1.2.4 树脂预处理

把树脂用氢氧化钠溶液浸泡24 h以上，然后用蒸馏水洗至中性，于60 ℃下烘干备用.

1.2.5 树脂再生方法

将使用过的树脂放入大烧杯中，用5%左右的氢氧化钠溶液浸泡24 h以上，然后再用蒸馏水洗至中性，于60 ℃下烘干备用.

1.2.6 离子交换实验

静态下，称取一定量的树脂于锥形瓶中，加一定体积的模拟废水在一定的pH下，在THZ-82型恒温振荡器中振荡一定时间，取出锥形瓶然后利用真空泵抽滤，取滤液进行分析[5].

动态下，在离子交换柱内装满一柱树脂，废水经过离子交换柱后，分别在不同流量不同时间下接取一定量处理后水样，用硝酸银标准液滴定水样中氯离子浓度[6,7].

2 结果与讨论

2.1 静态条件下

2.1.1 树脂的用量对处理效果的影响

在6个锥形瓶中分别加入不同质量的树脂，然后分别加入21.48 g/L的模拟含氯废水30 mL，固定振荡速率，振荡60 min，采用滴定法用硝酸银标准液分别滴定抽滤后的滤液，再计算处理后水样中氯离子的浓度，实验结果如图1.

通过图1结果可知，树脂处理时有个最佳离子交换量，超过其最佳交换量时，处理量就会越来越差，由以后图形可以看出当树脂质量为6 g时处理量达到最大值为35.9 mg/g干树脂.后面实验便在此量下进行，使其达到最佳处理效果

2.1.2 不同振荡时间对处理效果的影响

在6个锥形瓶中分别加入6.0 g树脂，再分别加入30 mL的浓度为21.46 mg/L的含氯模拟废水，固定振荡速度，滴定不同时间溶液中剩余的氯离子的浓度.实验结果如图2.

图1 树脂的用量对吸附效果的影响 图2 时间对吸附效果的影响

通过实验结果，从图2很明显可以看出，树脂与氯离子交换速度很快，10 min内基本上就可以交换完毕，随着时间的加长对处理结果基本没多大影响， 可见这种树脂离子交换速度很快.

2.1.3 不同pH对处理效果的影响

在6个锥形瓶中分别加入6.0 g的树脂和21.46 g/L的氯离子模拟废水30 mL，然后调节溶液pH值分别为2、4、6、8、10、12，将调好的锥形瓶放入THZ-82型恒温振荡器中，固定振荡速率振荡20 min，然后取出锥形瓶，抽滤，对其滤液进行滴定氯离子浓度.实验结果如图4：

图3 不同pH对吸附效果的影响 图4 再生树脂与原树脂吸附效果的比较

为了考察pH对树脂吸附性能的影响，用0.5 mol/L或氢氧化钠溶液调节废水pH值，吸附曲线如图3.由图3可见，pH值在2-12的范围内，随着废水pH值的升高，树脂对废水中氯离子的平衡吸附量无太大变化，当废水变为碱性时，其平衡吸附量略有升高.

2.1.4 再生以后的树脂的处理效果

在6个锥形瓶中分别加入6.0 g的再生树脂和21.46 g/L的氯离子模拟废水30 mL，在与表2相同的条件下，进行实验.实验结果如图4.

再生树脂的吸附性能是否跟原树脂相同，通过图4可以看出，再生以后的树脂的处理能力明显不如原树脂.同等条件下，再生树脂的吸附量大约只有原树的57.4%左右.其最大吸附量只有20.8 mg/g干树脂.

2.1.5 树脂对真水的处理效果

在6个锥形瓶中分别加入树脂6.0 g,8.0 g,10.0 g,12.0 g,14.0 g,16.0 g再加入30 mL真水样，将调好的锥形瓶放入THZ-82型恒温振荡器中，固定振荡速率振荡30 min，然后取出锥形瓶，抽滤，对其滤液进行滴定氯离子浓度.实验结果如图5：

图5 树脂对真水的处理效果 图6 三种不同流速下的树脂处理效果

树脂对真水的处理效果，由图5可知，仍然是树脂质量为6.0 g 时吸附量达到最大值,随着树脂质量的增加，氯离子去除率虽不断增大，但树脂的吸附量不断减少，不能达到最佳处理效果.

2.2 动态条件下

2.2.1 不同流量下树脂对氯的吸附效果

在离子交换柱内装满一柱树脂，称其质量124 g，连接好装置后，调节好废水流量，由于离子交换速度很快，在不同流量下取样时每次取样10 mL，两个样之间间隔1 min，每个流速下取7个样，本实验做了3种不同流量下树脂对废水的处理效果.实验结果如图6.

由于流动相流速对树脂动态吸附性能有直接影响，为了确定最佳操作流速，将浓度为22.9 g/L的模拟废水分别以V1，V2，V3的流速，进行动态吸附实验，结果示于图6.由图6可见，漏点的废水处理量附流速的增加而减少，树脂的工作吸附量也相应降低，其原因是流速越高，流体停留时间越短，氯离子在树脂床层中进行交换越不充分，导致泄漏点提前.从吸附效果考虑，低流速下的操作是有利的，但在实际应用中，必需考虑单位时间的处理能力，因此综合考虑吸附效果与时间因素，选操作流速在V=0.2 mL/s左右.

2.2.2 不同流量下再生树脂处理效果

在离子交换柱内装满一柱再生树脂，称其质量124 g.在与上面实验完全相同条件下进行同样实验测试，实验结果如下：

图7 三种不同流速下再生树脂的处理效果

由图7可以看出，再生以后树脂的处理效率比原树脂慢得多，流速越低处理效果越好，在图7中三种流速下，可以看出V3的处理结果最好.更小的流速下，也许处理结果更好，但在实际应用中，必需考虑单位时间的处理能力，因此必须综合考虑吸附效果与时间等因素，不能只看处理结果.

3 结 论

(1) 在静态条件下，树脂质量为6.0 g时交换容量达最大，交换时间很快，pH值对处理效果几乎没影响.

(2) 在动态条件下，废水流量越小处理效果越好，但在实际应用中，必需考虑单位时间的处理能力.

(3) 再生以后树脂的处理效果大约只有原树脂处理能力的50%-60%.

(4) 这种树脂的吸附容量比较小，最大吸附量只有40 mg/g左右，对于高浓度的氯离子废水，无法达到要求的处理效果.

[1] 孙可华,刘正，等.环氧丙烷生产废水处理技术[J].江苏化工,2001，29(5):138-142.

[2] 孟庆凡.高含盐环氧丙烷废水生化处理的研究[J].工业用水与废水，2001,31(1):89-93.

[3] 李得徽.环氧丙烷废水生物处理方法浅析[J].氯碱工业，2001(8)72-76.

[4] 武汉大学主编.分析化学(第4版)[M].北京：高等教育出版社，2006.

[5] 乐清华、吴凡，等.大孔树脂吸附处理含苯肼工业废水的研究[J].离子交换与吸附，2004,20(1):82-85.

[6] 李洁莹、陈金龙，等.大孔吸附树脂对邻甲酚的吸附行为研究[J].离子交换与吸附，2004,20(5):430-437.

[7] 程秀梅，陈金龙，等.树脂吸 附法处理水杨酸甲酯生产废水的研究[J].离子交换与吸附，2004，20(5):445-447.

[责任编辑：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

程银芳(1966-)，女，湖北黄梅人，湖北师范学院副教授，主要从事环境工程的研究工作.

X703

A

1672-3600(2015)09-0051-04