大孔吸附树脂对有机化工废水中低浓度水溶性有机物的吸附特性与回收工艺研究

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甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃等作为基础有机化工原料和最重要的有机溶剂,在现代有机合成、制药、农药、高分子合成材料等领域具有广泛的用途,国内总产量在千万吨以上,在其生产和应用过程中相应地也产生了大量的低浓度有机废水。这些废水排放到环境中不仅会造成严重的污染而且也浪费了大量的资源,因此如何经济有效地处理这类废水已成为有机化工废水治理的重要任务之一。能否将资源化处理工艺-树脂吸附法,应用于含甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃等的有机化工废水中,在治理污染的同时实现污染物资源化,迄今为止尚未见相关的研究成果报导。本文拟对采用树脂吸附法从废水中回收此类有机物进行探索。 本文研究XDA系列大孔吸附树脂对水中较低浓度的与水互溶有机物即低级醇、醛、酮、羧酸等的静态和动态吸附特性,从中选出较易被树脂吸附的低沸点有机物进行蒸馏回收,建立树脂吸附蒸馏一体化的回收工艺模型,并分析影响有机物回收效果的因素。 通过研究树脂对多种有机物的吸附过程,按照相似相容原理,探索树脂对有机吸附质的吸附能力与有机分子结构间的相关性,提出能够定量描述树脂对不同有机分子吸附能力大小的指标:有机分子内疏水-亲水比(疏水基团与亲水基团的相对比例)及有机分子的非极性分数(弱极性键与强极性键的相对比例)。 结果显示,具有高度活性内表面的XDA系列大孔吸附树脂对低级醇、醛、酮、羧酸等易溶有机物同样具有一定吸附能力;树脂对有机物的静态吸附在4h内达到基本平衡,醇类和丙酮的静态吸附过程同时符合Freundlich公式和四川大学硕士论文公式;达到动态吸附泄漏点之前的吸附效率达90一98%,动态吸附泄漏体积在1一7倍树脂床体积(BV)范围。有机物浓度增加,可使树脂对其的吸附量增加,而达到泄漏点前的处理液体积减少,流速的改变同样影响树脂对有机物的吸附量及吸附效率,总体来说流速降低,树脂对有机物的吸附量略有提高,也能保证较高的吸附效率。 有机物的蒸馏回收实验结果显示,以油浴加热蒸馏分别吸附了甲醇、乙醇和丙酮的湿树脂的回收率与低浓度溶液直接蒸馏的回收率接近,都在80一93%左右,而蒸馏湿树脂所蒸馏的液量远小于树脂的处理液量,相应的蒸馏时间则可以大大缩短。通过改变加热方式和冷凝方式,对吸附柱内吸附了有机物的湿树脂直接蒸馏的实验结果显示,以水蒸汽加热的一体化蒸馏方式的总回收率可达85%以上,若串接冰水强化冷凝可将蒸馏损失降到较低水平。 通过研究树脂对多种有机物的吸附能力,发现树脂对有机物的吸附能力与有机物分子结构存在一定的相关性。本文提出的疏水一亲水比能定量描述树脂对同系有机物的吸附能力大小,而有机分子内的非极性分数可以作为定量描述非极性XDA型树脂对实验有机物的吸附能力的指标。 论文的创新之处主要表现在以下方面:1.系统研究了XDA型树脂对水中低级醇、醛、酮、梭酸等易溶有机物的静态吸 附特性及其回收过程,在所查阅的资料中未见相关报道。2.提出了树脂吸附蒸馏一体化的工艺思路,将传统工艺中先对吸附浓缩了有机物 的树脂洗脱再生,再对洗脱液蒸馏回收有机物的两个环节合二为一,不仅提高 了工作效率而且减少了树脂再生费用,在所查阅的文献中未见相关报道。3.论文探讨了树脂对有机物的吸附能力与有机分子结构间的相关性,提出将有机 分子内的疏水一亲水比与非极性分数作为衡量有机物可吸附性能力的指标,这 方面的研究在所查文献中未见报道。关键词:吸附树脂吸附有机物蒸馏回收废水
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