銅負載螯合樹脂對氨氮的配體吸附熱力學與動力學研究

《銅負載螯合樹脂對氨氮的配體吸附熱力學與動力學研究》是依託中南大學，由周康根擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：銅負載螯合樹脂對氨氮的配體吸附熱力學與動力學研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：周康根
• 依託單位：中南大學

項目摘要

氨氮是《國家十二五環境保護規劃》新提出的全國水污染物排放約束性指標，但對於冶金、化工行業的高含鹽量氨氮廢水，目前尚無經濟高效的處理方法。本項目提出了一種將銅離子固定在亞胺基二乙酸型螯合陽離子交換樹脂載體上形成的以銅離子為氨氮吸附中心的新型氨氮吸附材料（簡稱載銅樹脂）及基於載銅樹脂的氨氮廢水處理新方法。將系統地研究載銅樹脂的氨氮吸附平衡熱力學，考察溫度、pH值、廢水中共存陽離子濃度對吸附平衡的影響；研究靜態吸附動力學、建立靜態吸附動力學模型；研究動態吸附穿透曲線，考察樹脂預處理pH、廢水流速、共存陽離子濃度等對穿透曲線和出水氨氮濃度的影響；研究氨氮飽和載銅樹脂的解吸行為,重點考察解吸液pH對解吸過程的影響。本方法的載銅樹脂對氨氮的選擇吸附性強、吸附容量大、經其吸附處理後出水氨氮濃度可低於15mg/L的國家標準，載銅樹脂吸附法有望成為一種高效經濟的氨氮廢水處理新方法。

結題摘要

本項目以氨氮廢水作為研究對象，將銅離子負載到亞胺基二乙酸型螯合陽離子交換樹脂上，製備出一種對氨氮具有高度選擇性和較大吸附容量的新型氨氮吸附材料（簡稱載銅樹脂）。系統地考察了載銅樹脂吸附氨氮的吸附平衡熱力學及動力學的研究。在此基礎上，開展了載銅樹脂處理氨氮的工業套用研究。 以稀NH4Cl溶液為模擬氨氮廢水，進行了載銅樹脂對氨氮的靜態吸附平衡研究。考察了溫度、氨氮濃度、pH值及共存陽離子等水質因素的變化研究了載銅樹脂吸附劑對氨氮的吸附行為和機理。研究結果表明，溫度的升高不利於載銅樹脂的氨氮吸附，表明樹脂吸附氨氮的過程是放熱反應；載銅樹脂的氨氮吸附容量隨著氨氮濃度的升高而升高；平衡吸附的最佳pH為9.5左右，且分子態的NH3比離子態的NH4+更易被吸附。表明氨氮與載銅樹脂骨架之間的分子間作用力對吸附的貢獻大於與功能團之間的作用力貢獻，使用NaOH苛化改變平衡pH有利於提高吸附容量；共存陽離子的存在會一定程度上降低樹脂吸附容量。通過對樹脂熱力學常數的計算也證明了上述結論。樹脂的紅外分析結果表明銅離子以配位形式負載到樹脂上並與氨氮進行配位絡合。 在靜態吸附機理研究的基礎上，進行了載銅樹脂的固定床吸附與流化床解吸動力學研究。考察了溫度及共存離子對載銅樹脂氨氮吸附動力學的影響，實驗結果符合準二級動力學模型；確定了流化床樹脂苛化的加鹼量及循環流量等苛化最佳工藝條件；考察了pH值、氨氮濃度、共存陽離子、出水流速、載銅量對樹脂固定床氨氮吸附的影響，確定了固定床吸附的最佳工藝條件；考察了不同解析劑、循環流量及酸添加量及加酸方式等對樹脂解吸過程的影響，確定了流化床解吸的最佳工藝條件；通過對固定床水洗過程的研究，確定了水洗的最佳工藝條件並最終確立了樹脂苛化-吸附-解吸-水洗-苛化的氨氮吸附工藝流程。 在實驗室平衡熱力學實驗及動力學實驗的基礎上，與吹脫工藝相結合，將吹脫-吸附聯合工藝成功套用於水口山有色金屬集團高濃度鈹冶煉氨氮廢水的治理，出水連續穩定達標，實現了載銅樹脂的工業化套用，為高濃度氨氮廢水的治理提供了一種新的經濟高效的思路和方法。