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超高交联聚苯乙烯吸附树脂是近二十年发展起来的高分子聚合物,与传统的大孔吸附树脂相比较,它拥有更大的比表面积和更多的微孔体积,因而具有更大的吸附容量。与超高交联树脂的广泛应用相比,它的吸附机理研究现今还有待进一步深入。
本论文系统地研究了国产超高交联吸附树脂NDA-150、美国产大孔吸附树脂AmberliteXAD-4和美国产颗粒活性炭(GAC)对邻硝基酚、间硝基酚、对硝基酚和2,4-二氯酚的吸附行为和吸附热力学,结果表明:对于pKa较大的酚类物质,国产超高交联吸附树脂NDA-150的吸附能力强于美国产大孔吸附树脂AmberliteXAD-4和GAC。D-R方程拟合结果证明微孔填充是导致其高吸附能力的原因。吸附主要依靠吸附剂与吸附质之间的π-π作用,吸附过程是以焓推动为主。
研究了国产超高交联吸附树脂NDA-150、NDA-99和大孔吸附树脂XAD-4对苯乙酸、苯氧乙酸、对氯苯氧乙酸、2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)系列化合物的吸附行为,结果表明:对于pKa较小的苯氧乙酸类物质,超高交联吸附树脂NDA-150和NDA-99吸附能力强于大孔吸附树脂XAD-4。NDA-150表面含氧基团和NDA-99表面-N(CH3)2基的引入,使氢键吸附成为可能。吸附前后红外光谱变化提供了相应的证据。
前线轨道理论尝试性研究表明:吸附量越大,相应地吸附剂与吸附质之间的前线轨道能量△E就越小,这可能为树脂吸附剂的设计提供一定的帮助。Hyperchem7.0(HypercubeInc.)软件包对吸附过程的计算模拟吻合了对其吸附机理的推断,即:XAD-4主要依靠π-π作用进行吸附,NDA-99的吸附由物理吸附和氢键吸附共同作用。
2,4-D和苯氧乙酸双组分在吸附树脂上的竞争吸附结果表明,NDA-99和XAD-4树脂对2,4-D组分有着很好的选择性吸附作用,这得益于2,4-D有着更小的溶解度和pKa值。
在上述研究的基础上,采用超高交联吸附树脂NDA-150对农药2,4-D生产废水进行除酚研究。确定了预酸化-超高交联树脂吸附法处理废水的工艺,并对工艺参数进行了优化。原水挥发酚浓度大于10000mg/L,经以上工艺处理后吸附出水挥发酚浓度小于0.5mg/L。树脂脱附性能良好,高浓脱附液经酸析可回收2,4-二氯苯酚。采用该项技术可从每吨废水可回收5.4公斤2,4-二氯苯酚和0.6公斤2,6-二氯苯氧乙酸。在治理废水的过程中还为企业带来一定的经济收益,具有很好的实用价值和推广应用前景。