不同功能团的离子交换树脂在碱液中的除铁试验研究

李 艳，罗红兵

（ 内蒙古博源工程有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯 017000）

不同功能团的离子交换树脂在碱液中的除铁试验研究

李 艳，罗红兵

（ 内蒙古博源工程有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯 017000）

本文研究了不同功能团的离子交换树脂在碱液中的除铁情况。采用不同功能团的离子交换树脂，通过流动床吸附，考察其在碱液中的除铁性能，结果显示，T-IRR、IRC-747和IRC-748这3种树脂在碱性环境下均具有除铁效果，其中T-IRR的吸附量较少，持续时间较短；IRC-747的吸附量最大，持续时间最长，在体积流量为3BV·h-1的条件下，除铁效率最高可达到84%，并对其机理进行了分析。

不同功能团；离子交换树脂；碱液；除 铁

氯碱化工生产中，设备腐蚀及原料中带入的铁离子会影响产品的品质，特别是pH较高的溶液中，铁离子会影响产品的颜色，因此，降低并控制碱性溶液中的铁含量，在氯碱化工生产中具有重要的意义。

从溶液中去除铁离子的方法主要有化学沉淀法、电渗析法、离子交换法、溶剂萃取法和乳化液膜法等[1]。化学沉淀法[2]需加入固体Na2S，会产生有毒的硫化氢气体，给工作环境及工人的健康带来危害，还会使产品中带入新的杂质。电渗析法、溶剂萃取法和乳化液膜法由于经济和技术方面的原因，实现工业化较困难[3]。而离子交换法[4-5]以苯乙烯-二乙烯苯为骨架，嫁接一定的功能团，可与溶液中的离子发生交换反应，达到去除溶液中特定离子的目的。由于该方法工艺先进简单，使用寿命长，交换量大，再生后可反复使用，对现场环境和工人的健康没有危害，近年来受到人们的关注，也是研究应用较多的一种有效方法。本文考察了不同功能团的T-IRR、IRC-747和IRC-748这3种树脂在碱性环境下的除铁效果，并对其机理进行了分析。

1 试验部分

1.1 原料和试验装置

碱液的总碱含量为140g·L-1（以Na2CO3计），主要成分有碳酸钠、碳酸氢钠、氯 化钠、硫酸钠和少量具有还原性的有机质，使该水体中的铁主要以二价离子形式存在。T-IRR是美国Tulsion牌离子交换树脂，IRC-747和IRC-748是美国AMRERLITE牌树脂。

试验采用流动床处理碱液，试验装置示意图见图1。有机玻璃管高度为1.2m，内径为40mm。

图1 试验装置示意图

1.2 药品与仪器

主要试剂：盐酸、氢氧化钠、邻菲啰啉、氨水、乙酸-乙酸钠缓冲溶液、抗坏血酸。

主要仪器：电子天平、紫外可见分光光度计（带10mm比色皿）、电炉、有机玻璃柱、计量泵。

1.3 试验方法

试验中所处理的碱性水体的铁含量大约为20mg·L-1，试验过程包括树脂的预处理、吸附和再生三个步骤。

树脂的预处理：将1L的树脂装入有机玻璃柱，先用水洗至pH=8，再用4%的盐酸以1.5BV·h-1的流速洗2h，然后用水洗至pH=5～7，接着用2%的氢氧化钠以1.5BV·h-1的流速洗2h，最后用水洗至pH=8，备用。

树脂的吸附：将碱液以一定的流速通过预处理后的树脂，水体的pH值为10，温度为25℃。用邻菲啰啉分光光度法检测不同时间点处理后碱液中的铁含量，考察树脂的除铁效率。树脂的再生步骤同树脂的预处理过程一致。

2 结果与分析

2.1 3种除铁树脂性能比较

将体积为1L的T-IRR、IRC-747和IRC-748这3种树脂分别装入3个有机玻璃柱，经预处理活化后，将碱液以3BV·h-1的流速通过该树脂，测定处理后碱液中不同时间点铁的含量，考察树脂的吸附性能和除铁效率，结果见图2、图3。

图2 处理后碱液中铁含量和时间的关系

图3 树脂的除铁效率随时间的变化关系

由图2、图3可以看出，T-IRR、IRC-747和IRC-748这3种树脂在碱液中均具有除铁效果，其中T-IRR的吸附量较少，持续时间较短，约为13h；IRC-747的吸附量最大，持续时间最长，64h后除铁率仍保持在40%以上，在体积流量为3BV·h-1的条件下，除铁效率最高可达到84%。

2.2 机理讨论

从以上数据计算得知，IRC-747和IRC-748的实际吸附量分别是3248mg·L-1和1849mg·L-1，远高于T-IRR的实际吸附量688mg·L-1。因为IRC-747的功能团是氨基磷酸，属于弱酸性阳离子交换树脂，其磷酸根具有较高的电负性，对溶液中的二价铁离子有较强的亲和力，并且其功能团为类似直链结构，空间位阻小，所以吸附速度快，吸附量大。IRC-748的功能团是亚氨基二乙酸，属于弱酸性阳离子螯合树脂，离子交换时的空间阻力大，交换速度慢，吸附量小。IRC-747和IRC-748的吸附过程如下列方程式所示。

IRC-747的吸附过程：

IRC-748的吸附过程：

T-IRR是碱性阳离子交换树脂，其骨架为苯乙烯共聚物。吸附过程中，骨架表面嫁接的具有氧化性的功能团将溶液中的二价铁离子转化为三价铁离子，形成不溶性的氢氧化铁沉淀物，被树脂床层拦截过滤。试验中所用的碱液含较高的具有还原性的有机质，不利于T-IRR的氧化吸附。

T-IRR树脂的理论吸附量是30g·L-1，要求进液的TDS小于1400mg·L-1，试验中采用的碱液含较高的盐分和有机质，会影响铁离子的吸附。从以上数据计算得知其实际吸附量是688mg·L-1，明显低于其理论吸附量。

3 结论

从试验结果看，T-IRR、IRC-747和IRC748这3种树脂在碱性环境下均具有除铁效果，其中T-IRR的吸附量最少，持续时间最短；IRC-747的吸附量最大，持续时间最长，在体积流量为3BV·L-1

的条件下，除铁效率最高可达到84%。

[1] 黄鑫，张阳飞，陈静，等.离子树脂去除磷酸盐生产中铁离子的研究[J].杭州化工，2013(4)：19-20.

[2] 潘胜利，潘磊.精制使用硫化碱方法的改进[J].发酵科技通讯，2004，33(3)：33-34.

[3] 魏世辕，等.离子交换法除去湿法膦酸中铁离子的研究[J].浙江化工，2010，41(1)：25-27.

[4] 周玉新，等.离子交换树脂吸附稀硫酸中铁离子的热力学和动力学[J].武汉工程大学学报，2012，34(9)：9-12.

[5] 李光伟，陈志强，等.强酸性阳树脂复苏试验研究[J].工业用水与废水，2006，37(6)：51-54.

Study on Elimination of Iron from Alkaline Liquor with Ion-exchange Resins of Different Functional Group

LI Yan, LUO Hongbing
(Inner Mongolia Brecc Engineering Co. Ltd., Ordos 017000, China)

The elimination of iron fro m alkaline liquor with ion-exchange resins of different functional groups was studied. The performance of the elimination of iron in alkaline liquor using different types of resin through moving bed adsorption was inve stigated. The results showed that T-IRR, IRC-747 and IRC-748 resins could eliminate the iron in alkaline liquor, the adsorption quantity of T-IRR was less than others, and the duration of T-IRR was shorter than others. The adsorption quantity of IRC-747 was largest and the duration was also longest. When the volume fl ow of IRC-747 was 3 BV/h, the highest effi ciency of the elimination of iron could reach 84%. Furthermore their mechanisms were analyzed.

different functional group; ion-exchange resins; alkaline liquor; elimination of iron

TQ 425

B

1671-9905(2017)03-0022-02

李艳（1984-），女，内蒙古鄂尔多斯市人，硕士研究生，工程师，任职于内蒙古博源工程有限责任公司，从事化工工艺研发

2017-01-17