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离子交换树脂对钒（Ⅴ）离子的吸附行为及其应用

作　者: 赵坤
导　师: 司士辉
学　校: 中南大学
专　业: 分析化学
关键词: 钒 D301树脂 离子交换
分类号: O647.31
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


钒是一种稀有高熔点金属,溶于酸或碱。浸出液中的钒常以五价的钒酸根阴离子形式存在,可与树脂上的阴离子交换基团相互交换,而与其它杂质分离。本研究对离子交换树脂法吸附钒的过程的相关基础问题进行了较为详细的研究,以期为进一步的研究提供参考。本文采用D301树脂吸附钒,并对其吸附性能和机理进行了研究。研究内容及结果如下:通过筛选实验,从四种离子交换树脂D201、D301、717、312中筛选出大孔弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂D301。在静态吸附实验中,以钒溶液为基础,考察了pH值、树脂用量、吸附时间、温度等因素对静态吸附效果的影响。实验结果表明:在pH=2.0时,树脂对钒的吸附效果最好,这与其在溶液中的赋存状态有关,吸附平衡时间为13h;树脂对钒的吸附量随着吸附交换时间的增加而增加,随温度的增加而增加,即高温有利于吸附,吸附交换过程为吸热过程。静态解吸实验的结果表明:在解吸剂的选择中,NaOH、NaCl、NaOH+NaCl的解吸能力为:NaOH+NaCl＞NaOH＞NaCl,在组合溶剂的解吸能力中,NaCl浓度一定时,NaOH的浓度越高其解吸效果越好。动态吸附实验考察了温度和流速对动态吸附效果的影响,结果表明低流速和较高温度有助于树脂对钒的吸附。动态吸附交换实验的适宜条件为:流速≤2BV/h,温度为40℃左右。动态解吸时流速应控制在2-3BV/h之间,5%NaOH+10%NaCl做解吸剂,能将D301树脂上的钒基本完全解吸。热力学研究表明D301树脂对钒的吸附行为可用Langmuir或Freundlich等温方程描述。D301树脂对钒的吸附过程是自发过程(△G＜0),熵变为正值(△S＞0)。D301树脂吸附钒是吸热过程(△H＞0)。动力学研究表明D301树脂对钒的吸附交换过程符合二级吸附交换动力学过程。动边界模型模拟及搅拌速度、树脂粒径试验表明D301树脂对钒的吸附受颗粒扩散控制。石煤浸取液中静态吸附试验表明:D301树脂对钒的吸附效果与模拟体系类似。动态吸附考察了不同流量和初始浓度对穿透曲线的影响,结果表明低流量(2BV/h)和低浓度(0.0450mol/L)有利于树脂对钒的吸附。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-9
第一章 文献综述  9-27
  1.1 钒冶金  9-16
    1.1.1 钒的资源  9-11
    1.1.2 钒的性质及化合物  11-14
    1.1.3 钒的应用  14-15
    1.1.4 钒的湿法冶金  15-16
  1.2 石煤中钒的提取  16-19
    1.2.1 石煤中钒的赋存状态  16
    1.2.2 石煤提钒的传统工艺  16-18
    1.2.3 石煤提钒的新进展  18-19
  1.3 离子交换树脂  19-25
    1.3.1 结构和特点  20
    1.3.2 离子交换树脂分类  20-21
    1.3.3 离子交换树脂的作用原理  21-22
    1.3.4 离子交换树脂在湿法冶金中的应用  22-23
    1.3.5 离子交换法提钒研究现状  23-25
  1.4 本文工作  25-27
第二章 D301树脂吸附一解吸钒离子过程影响因素研究  27-40
  2.1 引言  27
  2.2 实验仪器与试剂  27-28
  2.3 实验方法  28-30
    2.3.1 树脂的预处理  28
    2.3.2 筛选实验  28-29
    2.3.3 静态影响因素实验  29
    2.3.4 动态影响因素实验  29
    2.3.5 分析方法  29-30
  2.4 结果与讨论  30-39
    2.4.1 树脂筛选实验结果  30-32
    2.4.2 静态影响因素实验  32-37
    2.4.3 动态影响因素实验  37-39
  2.5 小结  39-40
第三章 D301树脂对钒的吸附性能及机理研究  40-53
  3.1 引言  40-43
    3.1.1 等温吸附模型和树脂的等温吸附行为  40-41
    3.1.2 吸附交换动力学模型及拟合  41-42
    3.1.3 控制机理的判断  42-43
  3.2 实验仪器与试剂  43-44
  3.3 实验方法  44
  3.4 结果与讨论  44-52
    3.4.1 等温吸附模型  44-45
    3.4.2 离子交换热力学函数的计算  45-47
    3.4.3 动力学模型检验  47-49
    3.4.4 控制机理的判断  49-52
  3.5 小结  52-53
第四章 D301树脂对石煤浸取液中钒的吸附行为及吸附穿透曲线  53-61
  4.1 引言  53-56
    4.1.1 穿透曲线  53-54
    4.1.2 影响穿透曲线的因素  54-56
  4.2 实验仪器与试剂  56-57
  4.3 实验方法  57
    4.3.1 静态吸附  57
    4.3.2 动态吸附  57
  4.4 结果与讨论  57-60
    4.4.1 静态吸附试验  57-58
    4.4.2 动态吸附的穿透曲线  58-60
  4.5 小结  60-61
结论  61-62
展望  62-63
参考文献  63-68
致谢  68-69
硕士期间发表论文  69

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 物理化学（理论化学）、化学物理学 > 表面现象的物理化学 > 吸附 > 吸附理论
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