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硫辛酸是重要的保健品和医药,被广泛用于治疗糖尿病、高血压等疾病,其经济价值很高(约60万元/吨),它的生产过程中产生大量的高浓度有机废水,其中约含硫辛酸1300~2000mg/L,乙醇2.8%(质量百分浓度),如直接排放,不仅严重污染了环境,而且流失了宝贵的资源,因此在治理该废水的同时,实现硫辛酸的资源回收是非常必要和有意义的一项工作。
在比较常用的三种废水资源化方法(即蒸发浓缩法、萃取法和树脂吸附法)用于废水处理的工业化可行性的基础上,选用树脂吸附法对硫辛酸生产废水进行吸附、分离,并对其相关基础理论与工艺技术进行研究,为树脂吸附分离技术用于硫辛酸生产废水的治理与资源回收提供理论依据和技术基础。
本论文首先对硫辛酸的理化稳定性进行了研究,发现当硫辛酸在水中的浓度高于800mg/L、碱度较高(pH值>13)、温度>303K时硫辛酸便会分解。当温度大于303K时,硫辛酸在酸性甲醇溶液中,也会发生化学变化。
本论文通过理论计算和现代仪器分析手段,系统研究了大孔吸附树脂NG-16、超高交联吸附树脂NDA-100和氨基修饰的超高交联吸附树脂ND-90对硫辛酸的吸附行为、吸附热力学和动力学性质,发现三种树脂对硫辛酸的吸附行为既有共性,又有不同的特征:硫辛酸在三种树脂上的吸附都是放热的物理吸附过程;硫辛酸在NG-16树脂上的吸附等温线符合Langmuir等温吸附方程,属于单分子层吸附,吸附作用力是范德华力,吸附过程符合准一级动力学吸附方程;硫辛酸在NDA-100和ND-90树脂上的吸附等温线也符合Langmuir等温吸附方程,但并不只是单分子层吸附,当溶液中硫辛酸的初始浓度大于400mg/L时,微孔填充便起主导作用,符合Dubinin-Radushkevich方程。实验证明:硫辛酸在NDA-100和ND-90树脂上的吸附先经过大孔、中孔区吸附阶段,然后是微孔区的吸附阶段,两个阶段都符合准一级动力学方程。
本论文研究了乙醇含量对树脂吸附硫辛酸的影响,实验结果表明:乙醇含量越高、硫辛酸初始浓度越低,对树脂吸附硫辛酸的性能影响越大,硫辛酸在NG-16、NDA-100、ND-90三种树脂上的吸附受乙醇含量的影响程度依次减弱,但是在水溶液中乙醇含量低于4.23%(V/V)时,基本不影响树脂对硫辛酸的吸附。
通过吸附—脱附工艺的优化选择,确立了该废水处理的最佳工艺条件为:优选NG-16大孔吸附树脂,常温下以3BV/h(BV为树脂床体积)的流量吸附,吸附处理量为25BV/批,硫辛酸吸附率为100%,吸附出水的可生化性大大提高(BOD5/COD由0.35提高到0.65);以3BV甲醇+2BV水做脱附剂,于30℃,以1BV/h的流量脱附,硫辛酸脱附率为100%,采用该工艺可从每吨废水中回收0.85公斤硫辛酸,其经济效益可观,具有很好的工业化应用前景。