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有机/无机复合弱碱性阴离子交换树脂合成及应用研究

作　者: 李凤刚
导　师: 李长海
学　校: 长春工业大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 弱碱性阴离子交换树脂水合氧化铁水合氧化铜 β-萘磺酸穿透曲线
分类号: X703.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

β—萘磺酸是重要的染料中间体。伴随着p—萘磺酸的生产,产生了大量含磺酸基的芳香族有机化合物的废水。离子交换与吸附作为一种有效的化学分离方法,具有优越的分离选择性和很高的浓缩倍数,操作方便,效果突出。采用化学沉淀法对大孔弱碱性阴离子树脂D301R进行水合氧化铁复合反应,并对水合氧化铁负载的大孔弱碱性阴离子交换树脂HFO-D301R进行表征。采用水合氧化铁复合大孔弱碱性阴离子交换树脂法处理β—萘磺酸混合废水,并对该过程进行系统的研究。对各种不同因素影响下水合氧化铁复合树脂HFO-D301R对β—萘磺酸废水交换吸附进行热力学实验研究,分别考察了时间、温度、pH值、盐含量等对该过程的影响。实验结果表明,复合离子交换树脂对β—萘磺酸废水的吸附平衡时间为5h；该交换吸附过程为放热过程,温度越高树脂吸附交换量越低,低温有利于树脂吸附交换反应的进行；pH=4有利于交换吸附的进行；含盐量对该过程的影响主要是来自于废水中大量的Cl-、SO42-和SO32-离子的竞争交换作用。随着溶液pH值的增加,溶液的β—萘磺酸的浓度升高,表明pH值过高不利于交换吸附反应。除了上述静态因素,考察了动态因素对交换吸附的影响。流速低时,处理效果较好,随着流速的增加,穿透时间提前,并且穿透曲线的形状趋于平坦,完全穿透时间延长。当含浓度加倍时,穿透时间大大提前。并且在流速以2BV/h时作了β-萘磺酸混合酸废水穿透曲线。以β—萘磺酸为代表物研究其在HFO-D301R树脂上的吸附交换过程。分别应用Langmuir模型、Freundlich模型采用非线性最小二乘法对等温平衡吸附数据进行拟合,结果发现Freundlich模型能更准确反映该交换吸附过程。以Van’t Hoff方程、Gibbs方程和Gibbs-Helmholtz方程描述该交换吸附过程,获得了不同温度时HFO-D301R吸附交换β—萘磺酸的标准自由能变以及不同交换吸附量下的交换吸附焓变,从理论上证明了该交换吸附过程是放热过程。β—萘磺酸在HFO-D301R树脂上的静态交换吸附显示了良好的动力学特征。对动态交换吸附实验数据进行拟合,其符合一级反应动力学过程。进一步研究测定交换率(F)与时间(t)的关系,发现实验数据按“[1-3(1-F)2/3+2(1-F)]-t”标绘,呈良好的线性关系,线性相关系数为0.94769,说明该过程为颗粒扩散控制。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-7
第一章绪论  7-23
  1.1 本课题的来源及研究意义  7-8
    1.1.1 本课题的来源  7
    1.1.2 课题的研究意义  7-8
  1.2 B-萘磺酸概述  8-9
    1.2.1 β-萘磺酸的性质  8-9
    1.2.2 制备方法与用途  9
  1.3 国内外研究现状  9-14
    1.3.1 现有的处理方法及分析  9-13
    1.3.2 萘磺酸处理方法及分析  13
    1.3.3 萘磺酸/硫酸/亚硫酸混合酸分离技术的提出  13-14
  1.4 树脂的性质  14-23
    1.4.1 离子交换树脂的基本类型  15-16
    1.4.2 离子交换树脂基体的组成  16-17
    1.4.3 离子交换树脂的物理结构  17
    1.4.4 离子交换树脂的离子交换容量  17-18
    1.4.5 离子交换树脂的吸附选择性  18-19
    1.4.6 离子交换树脂的物理性质  19-20
    1.4.7 离子交换树脂的品种  20
    1.4.8 离子交换树脂的应用  20-23
第二章有机/无机复合大孔弱碱性阴离子树脂的合成  23-37
  2.1 复合树脂国内外研究现状  23-25
  2.2 合成试验  25-28
    2.2.1 试验材料与仪器  25-26
    2.2.2 试验方法  26
    2.2.3 化学沉淀法合成  26-27
    2.2.4 上柱淋洗法  27
    2.2.5 两种合成的方法的比较  27-28
  2.3 对复合树脂的表征  28-30
    2.3.1 红外表征  28-30
    2.3.2 扫描电镜  30
  2.4 复合树脂上的铁含量的测定  30-32
    2.4.1 试剂与仪器  30-31
    2.4.2 处理过程  31
    2.4.3 计算复合树脂中铁的含量  31
    2.4.4 氧化铜复合树脂上的铜含量的测定  31
    2.4.5 寿命试验  31
    2.4.6 小结  31-32
  2.5 对复合树脂的评价  32-36
    2.5.1 试剂与仪器  32
    2.5.2 温度对复合树脂交换吸附的影响  32-33
    2.5.3 氯化钠对复合树脂交换吸附的影响  33-34
    2.5.4 硫酸钠对复合树脂交换吸附的影响  34-35
    2.5.5 PH值对复合树脂交换吸附的影响  35-36
  2.6 本章小结  36-37
第三章单组分、多组分静态交换吸附平衡实验  37-51
  3.1 实验仪器与药品  37
    3.1.1 实验仪器  37
    3.1.2 实验药品  37
    3.1.3 液相色谱条件  37
  3.2 树脂的预处理和溶液配制  37-38
    3.2.1 树脂的预处理  37
    3.2.2 溶液配制与测定方法  37-38
  3.3 单组分静态交换吸附平衡实验  38-40
    3.3.1 不同的溶液起始质量浓度对交换吸附量的影响  38-39
    3.3.2 温度对吸附量的影响  39-40
  3.4 双组分静态交换吸附平衡实验  40-42
    3.4.1 盐酸和β—萘磺酸共混液的交换吸附平衡实验  40
    3.4.2 硫酸和β—萘磺酸共混液的交换吸附平衡实验  40-41
    3.4.3 硫酸和β—萘磺酸共混液的交换吸附平衡实验  41-42
  3.5 多组分静态交换吸附平衡实验  42-43
    3.5.1 温度对吸附量的影响  42
    3.5.2 不同时间对吸附量的影响  42-43
  3.6 热力学计算  43-46
    3.6.1 热力学平衡常数  43
    3.6.2 平衡关系表达式  43-45
    3.6.3 等温吸附模型和树脂的等温吸附行为  45
    3.6.4 吸附自由能变化和吸附烩变的计算  45-46
  3.7 离子交换动力学研究的内容  46-50
    3.7.1 吸附交换动力学模型  46-47
    3.7.2 数据拟合  47-48
    3.7.3 控制机理模型和判断  48-50
  3.8 本章小结  50-51
第四章离子交换过程的穿透曲线  51-60
  4.1 引言  51-54
    4.1.1 穿透曲线  51-52
    4.1.2 影响穿透曲线的因素  52-54
  4.2 实验材料与仪器  54
  4.3 萘磺酸的分析方法  54-55
  4.4 动态交换吸附实验  55-56
    4.4.1 树脂的预处理  55
    4.4.2 实验方法  55
    4.4.3 动态交换吸附装置  55-56
  4.5 穿透曲线  56-59
    4.5.1 流速对穿透曲线的影响  57
    4.5.2 初始浓度对穿透曲线的影响  57-58
    4.5.3 混合酸废水的穿透曲线  58-59
  4.6 本章小结  59-60
第五章中试工艺设想  60-61
  5.1 中试工艺设想  60
  5.2 中试设备工艺流程  60-61
第六章结论与展望  61-63
致谢  63-64
参考文献  64-70
攻读硕士学位期间研究成果  70-71

有机/无机复合弱碱性阴离子交换树脂合成及应用研究

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