H-103大孔树脂吸附废水中氯离子的实验研究

刘 兰，周明清

（广东石油化工学院，广东 茂名 525000）

H-103大孔树脂吸附废水中氯离子的实验研究

刘 兰，周明清

（广东石油化工学院，广东 茂名 525000）

采用离子交换技术，选用H-103大孔离子交换树脂，对炼厂难降解废水中氯离子的去除进行实验研究。分别在静态和动态条件下，对H-103大孔树脂处理废水中氯离子的工艺条件进行了优化。静态实验研究表明，随着吸附时间的延长，氯离子的脱除率升高，但吸附20min后，延长吸附时间氯离子脱除率保持不变。随着吸附温度的升高，氯离子脱除率升高，但35℃之后继续升高温度氯离子脱除率变化缓慢。随着树脂用量和搅拌速度的增加，氯离子脱除率升高。本实验合适的树脂用量为2.50g，最佳搅拌速度为30r·min-1。动态实验研究表明，流量越小处理效果越好，但必须考虑单位时间的处理量，选择流量0.3mL·min-1。温度对氯离子脱除率的影响并不十分显著。随着离子交换柱高径比的增加，氯离子脱除率升高，最佳高径比为12.67。

H-103大孔树脂；吸附；氯离子；工艺优化

工业废水中氯化物含量较高，如不经处理直接排入水体，将严重危害水环境，破坏水平衡,影响人类健康[1-4]。去除氯离子能使废水满足后续处理的生物活性要求，或是达到废水回用的氯化物含量标准。氯离子的去除原理主要有两种，即被其它阴离子替代，或与其它阳离子一起被去除，可以分为以下4种方式[1]：沉淀盐方式、分离拦截方式、氧化还原方式、离子交换方式。

化学沉淀法由于要加入沉淀试剂，导致其工业成本很高，应用不广泛。分离拦截方式主要采用蒸发浓缩、电吸附、膜过滤、溶剂萃取和复合絮凝剂絮凝等方法将氯离子分离去除。蒸发浓缩法适合于小水量高浓度的废水，但对于水量较大的废水，其成本很高。絮凝沉淀和溶剂萃取受试剂的影响，溶剂萃取仅适用于小水量情况，絮凝沉淀法目前应用并不广泛。氧化还原方式采用电解或电渗析、还原方式将氯离子去除。

大孔树脂是一种具有大孔结构的有机高分子共聚体，是一类人工合成的有机高聚物吸附剂，因其具多孔性结构而具筛选性，又通过表面吸附、表面电性或形成氢键而具吸附性[5-7]。采用离子交换剂与氯离子进行交换替代氯离子，相关的方法有离子交换树脂法、水滑石法等。离子交换树脂法用复床或混床将氯离子去除，属传统工艺，设备投资较低，但阴离子交换树脂容易饱和，需要再生。

1 实验材料和仪器

实验所用的离子交换树脂，其性能见表1。

表1 H-103大孔树脂技术指标参数

实验所用的主要化学试剂有氯化钠、硝酸银、氢氧化钠、铬酸钾（均为分析纯）。

实验所用的主要仪器有DF-Ⅱ集热式磁力搅拌器、电子天平、JA2003型电子天平、电热恒温干燥箱、蠕动泵。

2 实验方法

2.1 树脂预处理

取95%以上的乙醇溶液加入树脂中，浸泡12h以上。浸泡过后用蒸馏水进行冲洗至没有任何乙醇味。再配制4%的氢氧化钠溶液，倒入洗干净的树脂中进行浸泡，12h过后清洗至中性，烘干至恒重。

2.2 静态吸附实验

取预处理后的树脂放入锥形瓶中，加入含氯离子的废水，一定温度下恒温振荡，使树脂与废水充分接触，每隔一定时间取样，准确测定溶液中的氯离子浓度，直至平衡[8-9]。

2.3 动态吸附实验

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的水样，用硝酸银标准液滴定水样中的氯离子浓度。

3 数据分析与讨论

3.1 H-103大孔树脂吸附氯离子的静态实验研究

3.1.1 吸附时间对氯离子脱除率的影响

表2是吸附时间对氯离子脱除率的影响。从表2的实验数据可以看出， 1min时氯离子脱除率为85.47%，随着吸附时间的延长，氯离子脱除率增加，15min时氯离子脱除率达到91.74%，但继续延长吸附时间，氯离子脱除率保持不变。这是因为随着吸附时间的延长，氯离子与树脂的接触时间延长，越有利于氯离子的脱除。根据实验结果，考虑20min后吸附达到平衡和时间因素，吸附时间采用20min。

表2 不同吸附时间下氯离子脱除率数据

3.1.2 吸附温度对氯离子脱除率的影响

表3是吸附温度对氯离子脱除率的影响。从表3的实验数据可以看出，20℃时氯离子的脱除率为91.51%，随着吸附温度升高，氯离子脱除率随之增加，35℃时氯离子脱除率达到92.62%，但继续升高温度，氯离子脱除率保持不变。这是因为随着温度的升高，分子扩散运动加快，吸附加快，氯离子脱除率升高；但达到一定时间后树脂吸附达到平衡，氯离子脱除率保持不变。但温度对氯离子脱除率影响并不十分显著。

表3 不同吸附温度下氯离子脱除率数据

3.1.3 树脂用量对氯离子脱除率的影响

表4是树脂用量对氯离子脱除率的影响。从表4的实验数据可以看出，0.50g树脂的氯离子脱除率为89.36%，随着树脂用量的增加氯离子脱除率上升，3.00g树脂用量时氯离子脱除率达到94.18%。这是因为随着树脂用量的增加，参与吸附的吸附剂增多了，相同时间下氯离子脱除率上升；但树脂用量增加到一定程度时，废水中的氯离子已基本被吸附，氯离子脱除率上升缓慢，而且树脂用量增加导致成本增加。故针对本实验废水中的氯离子浓度，选用2.50g树脂。

表4 不同树脂用量下氯离子脱除率数据

3.1.4 搅拌速率对氯离子脱除率的影响

表5是搅拌速率对氯离子脱除率的影响。从表5的实验数据可以看出，10r·min-1的转速下氯离子脱除率达到94.01%，随着搅拌速度增加氯离子脱除率上升，30r·min-1的转速下氯离子脱除率达到95.00%，继续增大搅拌速度氯离子脱除率基本保持不变。这是因为随着搅拌速度的增加，树脂和氯离子的接触更充分，更有利于氯离子的吸附；但搅拌速度继续增加，树脂对氯离子吸附达到平衡，氯离子脱除率基本保持不变。故针对本实验废水中氯离子的吸附，选用30r·min-1的搅拌速度。

表5 不同搅拌速率下氯离子脱除率数据

3.2 H-103大孔树脂吸附氯离子的动态实验研究

3.2.1 流量对氯离子脱除率影响

表6是流量对氯离子脱除率的影响。从表6的数据可以看出，0.1mL·min-1流量时氯离子脱除率为95.35%，0.3mL·min-1时氯离子脱除率为94.77%。0.4～0.6mL·min-1时氯离子脱除率略有下降。这是因为随流速增加，固液接触时间减少，吸附柱床层穿透加快，大孔树脂的饱和吸附量逐渐减少；特别是速率过大时，H-103大孔树脂对氯离子还没有完全吸附，就被冲出柱子，从而造成吸附量下降。但流速太低，易造成柱内液体的纵向返混，处理量降低[9]，同时速率过低又会影响到吸附效率，使吸附周期延长，成本增大。综合考虑吸附量及效率，选取较佳流速为0.3mL·min-1。

表6 不同流量下氯离子脱除率数据

3.2.2 吸附温度对氯离子脱除率影响

表7是吸附温度对氯离子脱除率的影响。从表7的数据可以看出，20℃时氯离子脱除率为91.51%，35℃时氯离子脱除率为92.62%。随温度的升高，H-103大孔树脂对氯离子的吸附效率升高，吸附柱的床层穿透加快，降低温度不利于吸附的进行，但温度对其影响并不十分显著。故从实际应用考虑，为方便操作，降低能耗，吸附在常温下进行即可。

表7 不同吸附温度氯离子脱除率数据

3.2.2 离子交换柱高径比对氯离子脱除率的影响

表8是离子交换柱高径比对氯离子脱除率的影响。从表8的数据可以看出，离子交换柱高径比为3.17时氯离子脱除率为91.92%。随着离子交换柱高径比增大，氯离子脱除率增大，离子交换柱高径比为15.64时氯离子脱除率达到95.52%。这是因为随着离子交换柱高径比的增加，在交换柱床层上的吸附位点和停留时间增加，从而增加了吸附时间。两相接触时间越充足，越有利于离子交换，且能使柱内流体分布均匀，有利于树脂对氯离子的吸附。但若离子交换柱高径比过大，会增加吸附阻力和操作成本。综合考虑，选择离子交换柱高径比为12.67作为后续实验的较佳操作参数。

表8 不同离子交换柱高径比氯离子脱除率数据

4 结论

1）静态实验研究结果表明，随着吸附时间的延长氯离子脱除率升高，但20min后氯离子脱除率保持不变。随着吸附温度的升高氯离子脱除率升高，但35℃后继续升高温度氯离子脱除率变化缓慢。随着树脂用量的增加氯离子脱除率升高，本实验合适的树脂用量为2.50g。随着搅拌速度的增加氯离子脱除率升高，最佳搅拌速度为30r·min-1。

2）动态实验研究结果表明，流量越小处理效果越好，但必须考虑单位时间的处理量，选择流量为0.3mL·min-1。温度对氯离子脱除率影响并不十分显著。随着离子交换柱高径比的增加氯离子脱除率升高，最佳高径比为12.67。

[1] 宋波，王安.工业废水中氯离子去除技术的综述[J].科技创新与应用，2015(18)：81-82.

[2] 高明明，柴晓苇，曾运航，廖学品，石碧.制革废水中的氯离子含量及来源分析[J].皮革科学与工程，2013(5)：46-50.

[3] 武杰，柴涛，房亚玲.高氯含量废水中氯离子的去除研究[J].现代化工，2016(4)：101-103.

[4] 韩文红.高氯离子废水处理材料制备及应用进展[J].广东化工，2016(15)：154-156

[5] 吕建.大孔树脂在食品中果绿检测及废水处理中的应用研究[D].杭州：浙江工商大学，2009.

[6] 刘洋.大孔树脂从高温金属废液中吸附Re的行为及其应用[D].沈阳：沈阳工业大学，2016.

[7] 丁军委，王玉娥，郑建慧，于文龙.大孔吸附树脂处理促进剂NS生产废水的工艺研究[J].现代化工，2016(4)：113-116.

[8] 化娜丽，路帅，赵东风，卢磊，张钦辉.离子交换去除炼厂难降解废水中氯离子的静态实验研究[J].无机盐工业，2015(11)：66-69.

[9] 程银芳，陈芳.离子交换树脂对环氧丙烷皂化废水中氯离子吸附的研究[J].商丘师范学院学报，2015(9)：51-54.

Adsorption of Chloride Ions in Wastewater with H - 103 Macroporous Resin

LIU Lan, ZHOU Mingqing
(College of Chemical and Environmental Engineering, Guangdong Institute of Petrochemical Industry, Maoming 525000, China)

The removal experiment of chloride ion in refinery refractory wastewater was studied with H-103 macroporous ion exchange resin. The treatment process of H-103 macroporous resin was optimized under static and dynamic condition.Static experimental results showed that with the increase of adsorption time, chlorine ions removal rate increased, after 20min, chlorine ions removal rate remained the same. With the increase of adsorption temperature, chlorine ions removal rate was increased, up to 35℃chlorine ions removal rate changed slowly.With the increase of resin dosage and stirring speed, chlorine ions removal rate increased. The proper resin dosage was 2.50g and the stirring speed was 30r/min. Dynamic experimental studies showed that the smaller the fl ow rate, the better the treatment effect, but the capacity of per unit time must be considered, and the suitable fl ow rate was 0.3 mL/min. The effect of temperature on chloride ion removal rate was not very signif i cant. With the increase of height diameter ratio of ion exchange column, chlorine ion removal rate increased, and the best height diameter ratio was 12.67.

H-103 macroporous resin; adsorb; chloride ion; process optimization

X 703.1

A

1671-9905(2017)10-0053-04

刘兰（1981-），女，广东石油化工学院教师，主要从事化学工程与工艺实验室教学工作。话：18898517797，E-mail:383733546@qq.com

2017-06-14