离子交换法回收稀硫酸中的硫酸

邹晓勇，陈民仁

(1 吉首大学化学化工学院，湖南 吉首 416000；2 吉首市诚技科技开发有限公司，湖南 吉首 416000)



离子交换法回收稀硫酸中的硫酸

邹晓勇1，陈民仁2

(1 吉首大学化学化工学院，湖南 吉首 416000；2 吉首市诚技科技开发有限公司，湖南 吉首 416000)

选用大孔阴离子树脂D202对稀硫酸中的硫酸进行了静态和动态的吸附实验研究，结果表明，在稀硫酸浓度为102 g/L，25 ℃时，树脂对硫酸的动态吸附容量为167 mg/g湿树脂，解吸剂为工业水，解吸峰较为集中，有拖尾现象但不明显。控制解吸剂工业水的用量进行了十次循环吸附试验，平均吸附容量为125 mg/g，考虑到控制了工业水的用量，此吸附容量还是比较理想的。

树脂；硫酸；吸附；回收

在化工冶金、电镀和金属表面处理行业中通常会产生和排放含有重金属的酸性废液，对重金属进行环保处理前，首先必须对废水中的酸进行中和处理或回收，工业上的酸性废水主要含有硫酸。传统的处理废酸的方法是浓缩法和中和法[1]，浓缩法对设备的腐蚀性很大，浓缩过程的能耗也高；中和法消耗大量的碱性物质，比如石灰，产生大量的废渣，也不能有效的回收其中的硫酸。针对硫酸回收问题，国内外曾研究了各种方法[2]，包括溶剂萃取法、电渗析法、扩散渗析法[3-4]，各有优缺点。

本文研究离子交换法回收硫酸的可行性，离子交换法回收或分离废水中的酸也即酸阻滞法[5]，是回收废酸的一种独特的方法。离子交换树脂阻滞法回收酸是基于道南排斥原理，即随着外部溶液酸浓度的增加，树脂相与水溶液电解质浓度差减少，道南排斥作用减弱，中性电解质进入树脂相，产生非交换吸入。

1 实 验

1.1 仪器和试剂

多孔水浴恒温振荡器；各种型号离子交换树脂，江苏色可赛思树脂有限公司；玻璃交换柱，内径10 mm，柱高700 mm。

稀硫酸，采用蒸馏水配制，硫酸为分析纯。

1.2 分析方法

硫酸含量的测定采用氢氧化钠标准溶液滴定法。

1.3 实验方法

树脂的预处理参照《离子交换树脂预处理方法GB/T 5476-1996》进行，树脂经过充分水洗后，按程序经过碱洗、水洗、酸洗，最后水洗到中性备用。

静态吸附实验：称取30.0 g湿树脂(以下均为湿树脂)，加入150 mL一定浓度的稀硫酸，振荡，间隔一定的时间测定溶液中的硫酸含量，计算吸附容量，表示为mg/g湿树脂(简写为mg/g)。

动态吸附实验：实验采用玻璃交换柱，树脂填充量为30.0 g(约42～45 mL)，填充高度约550 mm，稀硫酸以一定的流速通过交换柱，流速表示为BV/h(m3/h·m3湿树脂)，间隔一定的时间或每10 mL流出液取样分析吸附后液的硫酸含量，计算吸附容量。

2 结果与讨论

2.1 离子交换树脂筛选

采用静态吸附法对离子交换树脂进行筛选，实验中选取了六种大孔阴离子树脂进行了静态吸附筛选实验，包括弱碱性丙烯酸系和强碱性苯乙烯系不同交联度的树脂，树脂经预处理后，分别称量甩干后的湿树脂30.0 g置于烧杯中，各加入150 mL 106.6 g/L的稀硫酸，液体温度(25±2) ℃，静态吸附到过程平衡。实验结果表明，D202树脂对硫酸的吸附容量最大且具有稳定的吸附能力，结果见图1。

图1 D202树脂静态实验吸附容量

2.2 硫酸浓度对吸附容量的影响

工业上，不同来源的稀硫酸和工业废水中的硫酸浓度有一定的波动范围。实验采用动态吸附法，配制不同浓度的稀硫酸，测定D202树脂对硫酸的吸附容量，液体温度(25±2) ℃，实验结果见表1。实验表明，随着硫酸含量的增加，树脂对硫酸的吸附容量相应增加，符合离子交换过程吸附容量随着液体中离子浓度增加而升高的一般规律，当硫酸含量增加到一定的值后，吸附容量趋于稳定，在172～178 mg/L之间。

表1 硫酸含量对吸附容量的影响

2.3 动态吸附实验

工业生产过程中产生的废液温度多为常温或较环境水温略高，动态吸附实验温度确定为25 ℃。实验中，配制的稀硫酸浓度为102 g/L，控制吸附过程的流速为2.5 BV/h，每10 mL流出液测定一次硫酸含量，得穿透曲线图2。从穿透曲线可见，离子交换树脂用量为30.0 g湿树脂，当流出液体积为50 mL时开始有泄漏，穿透体积为80～90 mL，穿透曲线表明该离子交换过程的特点是易泄漏，出现泄漏后树脂对硫酸仍具有持续的吸附能力，因此在设计工业装置时应考虑将树脂层的高度适当增加。对穿透曲线进行积分，吸附容量为167 mg/g。

图2 穿透曲线

2.4 动态解吸转型实验

采用工业水对吸附饱和的树脂进行解吸转型，工业水为常温16 ℃，解吸过程流速为1.5 BV/h，得到解吸曲线图3。从图3可见，解吸峰较为集中，有拖尾现象但不明显，解吸出来的硫酸主要集中在前面70 mL左右的解吸液中。离子交换树脂通过工业水解吸转型后进入下一工作周期。

图3 解吸曲线

3 循环吸附试验

在工业过程中，离子交换解吸过程的解吸剂(工业水)用量是受限的，解吸剂用量受限将影响树脂的解吸程度而导致吸附容量一定程度的降低。现进行循环吸附试验，每个工作周期只用吸附液体量的同体积水进行解吸，即每个工作周期若只吸附1体积的稀硫酸，解吸的时候，则也只使用1体积的工业水对树脂进行解吸转型，以此考察对树脂吸附容量的影响情况。

根据动态吸附实验和解吸实验数据，当稀硫酸浓度为102 g/L时，离子交换树脂用量为30.0 g湿树脂的情况下，穿透体积为80～90 mL。解吸峰较为集中，解吸出来的硫酸主要集中在前面70 mL左右的解吸液中。循环吸附试验的条件：

稀硫酸浓度102 g/L，常温25 ℃，离子交换树脂用量30.0 g湿树脂。控制吸附过程的流速为2.5 BV/h，每个吸附周期吸附稀硫酸80 mL。控制解吸过程流速为1.5 BV/h，每个解吸周期使用工业水80 mL，解吸之后，马上进入下一吸附周期。共进行十个吸附周期，数据见表2。

表2 循环吸附试验的吸附容量

第一个吸附周期的吸附容量过高，是因为树脂刚充分的用水解吸转型过，此后，因为解吸剂工业水用量受限，解吸不充分，吸附容量有所降低。与动态吸附实验的吸附容量167 mg/g比较，循环吸附实验的平均吸附容量125 mg/g有明显降低，约下降25%。考虑到控制了工业水的用量，此吸附容量还是较理想的。

4 结 论

(1)用离子交换法从稀硫酸中回收硫酸的工艺是可行的，采用工业水作为解吸剂，过程费用低，不引入新的化学物质。

(2)在动态吸附实验条件下，当稀硫酸浓度为102 g/L时，树脂对硫酸的吸附容量为167 mg/g湿树脂，具有很高的吸附容量。控制解吸剂工业水的用量进行循环吸附试验，平均吸附容量为125 mg/g，考虑到控制了工业水的用量，此吸附容量还是比较理想的

[1] 吴昌龙,陈金龙.废硫酸及含硫酸废水的治理[J].化工环保,1999,19(3):140-144.

[2] 刘仕雄,安娟,刘爱心.冶金工业废液中硫酸的回收[J].湖南有色金属,2011,27(4):25-27.

[3] 李辉波,牛玉清,黄崇元.渗析法从铀溶液中分离硫酸的初探[J].铀矿冶,2005,24(1):23-27.

[4] 张玲玲.扩散渗析法从铜冶炼废酸中回收硫酸的研究[J].铜业工程,2009,16(3):40-42.

[5] 李浔,颜涌捷,李庭琛.树脂离子排斥法分离酸糖[J].太阳能学报,2005,26(4):529-532.

Recovery of Sulfuric Acid from Dilute Sulfuric Acid by Ion Exchange Method

ZOUXiao-yong1,CHENMin-ren2

(1 College of Chemistry and Chemical Engineering, Jishou University, Hunan Jishou 416000; 2 Jishou Chengji Technology Development Co., Ltd., Hunan Jishou 416000, China)

The static and dynamic adsorption properties of macroporous exchange resin D202 for sulfuric acid from dilute sulfuric acid were studied. The results showed that resin could effectively adsorb sulfuric acid at the concentration of sulfuric acid of 102 g/L, in 25 ℃，the dynamic adsorption capacity of the resin could reach 167 mg/g wet resin，desorption agent was industrial water, desorption peak was more concentrated, there were scattered phenomenon, but not obvious. Ten cycle adsorption test controlling the amount of industrial water of the desorption agent was studied, the average adsorption capacity of the resin could reach 125 mg/g, taking into account the amount of industrial water control, this adsorption capacity was still relatively ideal.

resin; sulfuric acid; adsorption; recovery

邹晓勇(1969-)，男，副教授，工学学士，已发表论文十余篇，主要研究方向为无机盐和有色金属湿法冶金技术。

TQ028.3

B

1001-9677(2016)020-0069-03