固定床中精制癸二酸的离子交换洗脱规律性研究

陈庆，王建雄，刘燕

固定床中精制癸二酸的离子交换洗脱规律性研究

陈庆，王建雄，刘燕

（神木职业技术学院，陕西 神木 719300）

为了探究固定床中精制癸二酸单钠盐溶液的洗脱规律，实验选取一定量的氨基螯合树脂LSC-500，选择盐酸溶液作为洗脱剂，考察其浓度和流速对固定床中癸二酸单钠盐洗脱规律的影响，并在此条件下对选用树脂进行再生性实验研究。结果表明：当盐酸浓度为2.0 mol·L-1、盐酸洗脱液的流速选择2.5 BV·h-1时，洗脱率最佳，达到了98.37%，以此条件选择对树脂进行3次再生实验，树脂的饱和吸附量并未显著下降，均大于原有新树脂饱和吸附量的85%，再生效果较好。

癸二酸；离子交换树脂；洗脱性能

离子交换法［1］是利用离子交换树脂作为吸附剂，与溶液中的离子通过静电引力将溶液中带有相反电荷的物质吸附在离子交换树脂上，随后选择合适的洗脱液将吸附质从树脂上洗脱下来，从而达到分离杂质、浓缩以及纯化的目的。由于离子交换树脂具有选择性强、价格低廉和可重复再生利用的特点，因此在化工产品分离中具有广泛的应用［2］。

癸二酸是一种重要的化工有机合成原料，其被广泛地用于制造低温耐寒增塑剂系列产品的生产，在化工原料市场上具有重要的地位。王彦雄［3］等通过选用环境友好型的稀释剂液体石蜡、相对安全的催化剂Fe2O3，在实验室条件下探索出一条癸二酸的清洁生产工艺，最终得到癸二酸的产率达到了67.2%，分离后其产品纯度在99.0%以上。但该工艺由于引入新型催化剂Fe2O3，使得最终经两次酸化并纯化后的癸二酸成品中铁含量过高，严重影响了产品的色值以及质量［4-5］，进而影响了产品在出口时的市场竞争力。目前，对于清洁生产工艺分离提纯方面的理论分析和实验研究未见报道，癸二酸单钠盐体系的洗脱实验未见详细报道。张宝贵［6-9］等研究了由南开大学自制的D412型螯合树脂对癸二酸静止的洗脱过程，因此，实验室利用固定床分离技术［10-11］，选取LSC-500氨基磷酸型螯合树脂作为离子交换过程的吸附剂，已知固定床层吸附量为32.45 mg，选择洗脱剂为HCl，考察洗脱剂浓度和流速对精制癸二酸的离子交换洗脱规律的影响，为实际精制癸二酸提供重要参考。

1 实验部分

1.1 试剂

LSC-500型树脂，西安蓝晓科技有限责任公司；癸二酸单钠盐中和液，100～300 mg·L-1；Fe（Ⅲ）标准溶液，1 000 mg·L-1，使用时进行适当稀释；HCl，分析纯，天津市瑞金特化学品有限公司。

1.2 仪器

TU-1900型双光束紫外可见分光光度计，上海精密科学仪器有限公司；PHS-3C精密pH仪，上海雷磁仪器厂；恒温培养振荡器，ZHWY-211C，上海智诚分析仪器制造有限公司；离子交换柱，陕西科技器材有限公司。

1.3 树脂的活化处理

将LSC-500型树脂用相当于其体积2～3倍的无水乙醇浸泡2.0～2.5 h，过程中用磁力搅拌器不断低速搅动，目的是为了使树脂完全溶胀，然后用蒸馏水清洗至流出液无明显的乙醇味；再选用浓度为 2 mol·L-1、1.5～2.0倍树脂体积的盐酸溶液浸泡24 h，使用前用蒸馏水不断冲洗至中性为止，干燥后备用。

1.4 实验方法及测定计算方法

在对应的锥形瓶中加入铁标准溶液，放置于恒温振荡中，调节至一定转速，进行间歇吸附实验研究，过程中采用采用邻菲罗啉分光光度计法［12-14］测定溶液中的铁离子浓度。洗脱率计算［15］参考公式（1）。其中，a,tot=32.45 mg，为固定床中铁离子吸附量；tot（mg）洗脱出目标物质的质量。树脂再生率的计算参考公式（2）。

2 结果与讨论

2.1 洗脱剂的浓度对洗脱过程的影响

取吸附饱和后的LSC-500螯合树脂为研究对象，先用少量的去蒸馏水冲洗树脂表面沾附的溶液，通过活塞控制洗脱液流速为2.5 BV·h-1，配制两种浓度分别为1.0 mol·L-1和2.0 mol·L-1的盐酸溶液以上述流速流经固定床，并在固定间隔时间段进行流出液中铁离子质量浓度的测定，结果图1所示。

图1 不同盐酸浓度时LSC-500螯合树脂的洗脱曲线

由图1分析得知，在2.5 BV·h-1固定洗脱流速下，随着洗脱时间的增长，铁离子的质量浓度呈现先增大后减小的趋势，最后达到平衡过程。这是因为，开始洗脱阶段层析柱中的癸二酸单钠盐溶液中的铁离子继续穿透，所以流出液中铁离子质量浓度继续上升。盐酸洗脱液浓度为2.0 mol·L-1时，洗脱锋值大，由公式（1）计算得洗脱效率为95.3%，洗脱效果相当满意；而当盐酸洗脱液浓度降低为 1.0 mol·L-1时，洗脱曲线变宽，并伴随有些许拖尾现象，造成了洗脱效率的下降，其值为89.3%。计算结果表明，当选择浓度较高的盐酸作为洗脱液时，电离的氢离子多，浓度大，对应吸附交换过程的推动力大，所以吸附效果相比较而言较好。

2.2 洗脱剂流速对洗脱过程的影响

选取浓度为2.0 mol·L-1的盐酸对癸二酸单钠盐体系进行洗脱实验，先用少量的去离子水清洗固定床表面沾附的溶液，通过活塞来控制一定浓度盐酸洗脱液的上样流速（分别取2.5、5.0 BV·h-1），在固定间隔时间段进行流出液中铁离子质量浓度的测定，结果如图2所示。

图2 不同流速下LSC-500螯合树脂的洗脱曲线

由图2变化趋势可以看出，随着洗脱时间的延长，洗脱液中铁离子的质量浓度呈现先增大后减小的趋势，最后达到平衡过程。这是因为开始洗脱阶段，层析柱中的癸二酸单钠盐溶液中的铁离子继续穿透，所以流出液中铁离子质量浓度继续上升。通过对不同流速的研究发现，流速为2.5 BV·h-1时的流出液中维持的铁离子质量浓度比5.0 BV·h-1的要高，洗脱过程损失较大。洗脱速率较慢时，洗脱液在树脂相中的停留时间长，与其交换的比较充分。通过公式（1）计算得到2.5 BV·h-1和5.0 BV·h-1洗脱速率下的洗脱效率分别为98.37%和93.23%。综合考虑，选择洗脱速率为2.5 BV·h-1。

2.3 再生后树脂的吸附实验［16-18］

在上述研究的实验条件下，使用LSC-500型螯合树脂处理蓖麻油裂解中和液中的铁离子，通过3批实验来考察经过上述实验条件再生后的该树脂的重复使用效果，其重复使用的效果可以用公式（2）来计算，其结果如表1所示。

表1 再生后LSC-500螯合树脂的使用效果

由表1可以看出，经过3次再生后，树脂的饱和吸附量均大于原有新树脂饱和吸附量的85%以上，再生的效果令人满意。

3 结 论

1）当盐酸浓度为2.0 mol·L-1、盐酸洗脱液的流速选择2.5 BV·h-1时，洗脱率高，达到了98.37%，近乎完全洗脱，最终的洗脱效果相对较好。

2）实验选用的LSC-500型螯合树脂经过3次再生后，树脂的饱和吸附量并未显著下降，均大于原新树脂饱和吸附量的85%，再生后的使用效果令人满意。

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Ion-exchange Elution Behavior of Refined Sebacic Acid in Fixed Bed

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( Shenmu Vocational and Technical College, Shenmu Shaanxi 719300, China）

In order to explore the elution law of monosodium sebacate solution in fixed bed, a certain amount of amino chelating resin LSC-500 was selected as the research object, and hydrochloric acid solution was selected as the eluent to investigate the influence of its concentration and flow rate on the eluent law in fixed bed,the experimental study on reproducibility of the selected resin was carried out under this condition. The results showed that when the concentration of hydrochloric acid was 2.0mol·L-1and the flow rate of hydrochloric acid eluent was 2.5BV·h-1, the eluent rate was high, reaching 98.37%. Under these conditions, the resin was selected for three times of regeneration experiments, and the saturation adsorption capacity of the resin did not decrease significantly, which was all greater than 85% of that of the original new resin.

Sebacic acid; Ion exchange resin; Eluention behavior

O647.3

A

1004-0935（2022）04-0456-03

陕西省教育厅专项科研计划项目（项目编号：20JK0623）。

2021-09-10

陈庆（1987-），女，陕西省西安市人，讲师，硕士研究生， 2013年毕业于西北大学能源化工专业，研究方向：化工分离。