D001樹(shù)脂吸附稀硫酸中鐵離子的研究.pdf

1、硫酸有“工業(yè)之母”的美稱,硫酸在化工、鋼鐵等行業(yè)廣泛應(yīng)用。但在生產(chǎn)過(guò)程中,硫酸的利用率很低,大量的硫酸隨同含酸廢水排放出去。這些廢水和硫酸如不經(jīng)過(guò)處理而排放到環(huán)境中,不僅會(huì)使水體或土壤酸化,對(duì)生態(tài)環(huán)境也會(huì)造成危害,而且浪費(fèi)了大量資源。因此廢硫酸和硫酸廢水治理是一個(gè)亟待研究解決的課題。廢硫酸和硫酸廢水除具有酸性外,還含有大量的雜質(zhì)。去除廢硫酸和硫酸廢水中的雜質(zhì),對(duì)回收硫酸再利用具有重要的意義。以硫鐵礦為原料生產(chǎn)硫酸的過(guò)程中,雜質(zhì)中鐵離子含

2、量甚高。因此回收硫酸,就必須除去鐵離子。本研究分為六個(gè)部分：
　　第一章通過(guò)閱讀大量的文獻(xiàn),對(duì)國(guó)內(nèi)外除鐵方法進(jìn)行了綜述。對(duì)比各種除鐵方法的優(yōu)缺點(diǎn),結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)工藝路線,最終確定離子交換法為除鐵方法。離子交換法是利用離子交換劑的交換基同待處理溶液中的金屬離子進(jìn)行交換反應(yīng),將金屬離子置換到交換基上予以去除具有工藝簡(jiǎn)單,設(shè)備投資費(fèi)用低,易于操作,能反復(fù)使用,除鐵效果好等特點(diǎn),是一種高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的除鐵方法。
　　第二章介紹了本論

3、文研究所用的實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)方法和硫酸溶液中鐵離子含量的測(cè)定方法。
　　第三章解決的問(wèn)題是樹(shù)脂篩選和樹(shù)脂除鐵效果影響因素研究。首先選擇了四種不同的樹(shù)脂,D001樹(shù)脂和D003樹(shù)脂(大孔強(qiáng)酸性陽(yáng)樹(shù)脂),D68樹(shù)脂(螯合性樹(shù)脂),HZ160(陰離子樹(shù)脂),以動(dòng)態(tài)飽和吸附量為指標(biāo),從樹(shù)脂的吸附能力和再生能力兩方面考慮,確定D001樹(shù)脂為最終工作除鐵樹(shù)脂。然后對(duì)樹(shù)脂除鐵效果影響因素進(jìn)行了考察。1.考察了溫度對(duì)吸附效果的影響。溫度增加時(shí) D0

4、01樹(shù)脂對(duì)鐵離子吸附量也不斷增加,因此溫度升高有利于樹(shù)脂的吸附。當(dāng)平衡達(dá)到一定程度時(shí),其最終溶液的濃度也不再發(fā)生變化,吸附等溫曲線上升的趨勢(shì)慢慢就變得很平緩,其飽和吸附量也基本上保持恒定不變。考慮到實(shí)際的生產(chǎn)工藝的要求,確定在常溫下吸附。2.考察了流速對(duì)吸附效果的影響。流速u(mài)為1.5、2.0、2.5、3.0 ml/min,鐵離子去除率比較接近u=3.5 ml/min時(shí),樹(shù)脂的吸附能力較強(qiáng),鐵離子去除率明顯增加;流速較小時(shí)吸附率降低的速率

5、較慢,意味著同樣體積的樹(shù)脂在流速較慢時(shí)可吸附更多的鐵離子。當(dāng)樣品酸的處理量大于250ml時(shí),樹(shù)脂的吸附能力變?nèi)?鐵離子去除率變化不大。
　　第四章對(duì)D001樹(shù)脂吸附過(guò)程的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究。1.通過(guò)熱力學(xué)試驗(yàn),用等溫吸附模型計(jì)算擬合樹(shù)脂吸附過(guò),擬合結(jié)果顯示,Langmiur和Freundlich方程擬合的吸附等溫線的R值都在0.99以上,擬合效果很好,但Langmiur方程的R值更高,說(shuō)明Langmiur方程能更好的擬合樹(shù)脂

6、吸附過(guò)程。從Freundlich方程擬合得出的n大于1,說(shuō)明吸附進(jìn)行容易。2.通過(guò)范特霍夫方程計(jì)算得出的熱力學(xué)函數(shù)變顯示,樹(shù)脂發(fā)生吸附過(guò)程的吸附自由能變?G<0,可以看出 D001樹(shù)脂和鐵離子發(fā)生交換反應(yīng)是一個(gè)自發(fā)過(guò)程;樹(shù)脂發(fā)生交換反應(yīng)過(guò)程的焓變?H>0,可以知道吸附過(guò)程吸熱,溫度升高有利于該吸附交換反應(yīng)的進(jìn)行;計(jì)算得到系統(tǒng)的吸附熵變?S>0,表明該反應(yīng)吸附過(guò)程的混亂度增加。3.樹(shù)脂吸附的動(dòng)力學(xué)擬合結(jié)果顯示,準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型擬合的R

7、2值比準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型大,因此準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型能更好地描述 D001樹(shù)脂吸附鐵離子的行為。通過(guò)吸附過(guò)程控制步驟的數(shù)學(xué)模型擬合,顆粒擴(kuò)散為D001樹(shù)脂和鐵離子發(fā)生吸附交換反應(yīng)的主要速率控制步驟。
　　第五章對(duì)樹(shù)脂的預(yù)處理和再生工藝進(jìn)行了研究,主要內(nèi)容有:1.進(jìn)行了不同方式的預(yù)處理對(duì)樹(shù)脂吸附的影響的探究工作,通過(guò)比較兩種方式動(dòng)態(tài)吸附效果、經(jīng)濟(jì)環(huán)境成本,確定選用鹽酸對(duì)D001樹(shù)脂進(jìn)行預(yù)處理。2.以D001樹(shù)脂對(duì)鐵離子的飽和吸附量

8、為評(píng)價(jià)指標(biāo),采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)選 D001樹(shù)脂預(yù)處理的最佳工藝條件:5％HCl,5BV的HCl,20℃,處理時(shí)間2h。3.采用鹽酸對(duì)吸附飽和樹(shù)脂進(jìn)行了再生,以樹(shù)脂對(duì)鐵離子的飽和吸附量為評(píng)價(jià)指標(biāo),采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)選D001樹(shù)脂再生的最佳工藝條件:7%HCl,5BV的HCl,再生溫度30℃,再生時(shí)間3h。
　　第六章進(jìn)行了連續(xù)式操作擴(kuò)大化試驗(yàn)與重復(fù)性驗(yàn)證試驗(yàn)的研究。通過(guò)擴(kuò)大化試驗(yàn)和反復(fù)驗(yàn)證試驗(yàn),在最佳條件常溫下,吸附操作時(shí)間約為1h