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芳香酸是重要的化工原料和有机合成中间体,其废水具有水量大、浓度高、无机盐含量高、毒性大、可生化性差等特点,常规废水处理技术很难奏效。离子交换法对于去除废水中的芳香酸有较好的效果,但长期以来离子交换树脂功能基的选择一般依赖于传统经验,缺乏必要的理论指导。本文尝试利用计算化学方法,采用GAUSSIAN 09软件模拟计算不同功能基团的大孔阴离子交换树脂与苯磺酸、苯甲酸和苯酚的相互作用,比较吸附质和树脂结构单元复合物的能量及NBO电荷的转移趋势,探讨其相互作用的强弱,用于研究其作用和机理指导树脂合成。以此为依据合成树脂进行吸附性能测试实验,研究了 pH值、温度、盐含量、时间等因素对树脂吸附性能的影响。软件计算结果表明,6.31g(d,p)基组、LC-WPBE方法适合此模型计算;树脂吸附上述芳香酸均为1:1结合;同种树脂对苯磺酸、苯甲酸和苯酚的吸附结合能依次降低,不同树脂对同一芳香酸的结合能也有所差异;吸附苯磺酸主要是静电作用,吸附苯酚主要是氢键吸附,吸附苯甲酸的作用力介于氢键和静电作用之间;硫酸根离子和树脂的结合能大于苯磺酸、苯甲酸和苯酚,可预见硫酸根离子对芳香酸存在较强的竞争吸附作用。静态吸附实验结果表明,苯磺酸、苯甲酸最佳吸附pH为2-4,苯酚在pH小于9时的吸附量稳定且较高,大于9后迅速降低;树脂对苯磺酸,苯甲酸和苯酚吸附过程符合Langmuir吸附模型,为自发进行的放热过程;共存的高浓度SO42-对树脂吸附苯磺酸、苯甲酸和苯酚的负面影响依次降低,仲胺树脂抗盐性强于叔胺树脂;准二级动力学模型适合描述树脂吸附三种芳香酸的过程,且吸附苯酚的速率大于吸附苯磺酸和苯甲酸;苯磺酸-苯甲酸的复合体系中,苯磺酸占吸附主导地位,其与苯甲酸的吸附选择系数在20-100;苯磺酸-苯酚体系中,苯磺酸占吸附主导地位,且各树脂的吸附选择系数在20-30之间;苯甲酸-苯酚体系中,苯甲酸吸附占主导地位,苯酚基本不吸附,分离系数最高达到2000以上。静态脱附实验结果表明,用NaCl水溶液脱附时,脱附率大小顺序为苯磺酸>苯甲酸>苯酚,用乙醇脱附时,脱附率顺序为苯酚>苯甲酸>苯磺酸,进一步证实了三种芳香酸吸附的机理有所不同。动态吸附实验结果表明,Bohart-Adams模型对动态吸附实验数据有较好的拟合效果,约550-600分钟出水浓度为原浓度的一半。利用计算机辅助模拟计算,有助于指导离子交换树脂合成时功能基化试剂的选择和吸附作用机理分析,可为废水中芳香酸的选择性分离材料的设计合成提供一条有效途径。