大孔吸附樹脂在廢水處理中的應用
塗秋梅 （中國計量學院材料科學與工程學院，浙江杭州 310018）
摘要大孔吸附樹脂是一類新型高分子聚合物，它具有物理化學穩定性高、吸附選擇性高、不受無機物存在的影響、再生簡便、解吸條件溫和、使用周期長、宜於構成閉路迴圈、節省費用等諸多優點，廣泛應用於各個領域，尤其是廢水的處理，具有良好的應用前景。本文綜述了大孔吸附樹脂的效能特點以及其在廢水中的應用研究。
關鍵詞：大孔吸附樹脂；效能特點；廢水處理；應用研究
1. 前言
目前, 隨著功能高分子材料的迅速發展, 大孔吸附樹脂成為一種特殊的吸附材料引起了人們的關注。大孔吸附樹脂是一種人工合成的具有多孔立體結構的聚合物吸附劑, 是在離子交換劑和其他吸附劑應用基礎上發展起來的一類新型樹脂, 它主要依靠和被吸附的分子( 吸附質) 之間的范德華引力, 通過巨大的比表面進行物理吸附而工作的, 在實際應用中, 對一些與其骨架結構相近的分子如芳香族環狀化合物尤其具有很強的吸附能力。大孔吸附樹脂不溶於酸、鹼及有機溶劑, 化學性質穩定, 並可通過分子間的作用力, 從水溶液中富集、分離和**有機物質, 與活性炭相比, 大孔吸附樹脂具有孔分布窄、機械強度好、容易脫附再生等優點[1]。
隨著對大孔吸附樹脂研究的進一步加深，其應用也越來越廣泛，對於它的分離機理研究也逐步深入。目前，大孔吸附樹脂主要應用於廢水處理、醫藥工業、化學工業、分析化學、臨床鑑定等多個領域。
2. 大孔吸附樹脂基本介紹
1.1大孔吸附樹脂的吸附特點
大孔吸附樹脂是孔徑、孔容和比表面積都較高,不溶於普通酸、鹼和有機溶劑, 對氧、熱和化學試劑表現惰性, 具有三維空間網狀結構的珠粒狀合成高分子功能材料。大孔吸附樹脂具有吸附選擇性獨特、脫附再生容易、可長期迴圈使用等特點, 在處理中低濃度和難降解有機化工廢水領域具有獨特的優勢, 尤其適用於含酚、胺、硝基物、有機酸等廢水[2]。
1.2大孔吸附樹脂的分類
根據樹脂的表面性質,大孔吸附樹脂可以分為非極性、中極性和極性三類。
非極性吸附樹脂是由偶極距很小的單體聚合而得,不含任何功能基團,孔表的疏水性較強,可通過與小分子內的疏水部分的作用吸附溶液中的有機物, 最適用於從極性溶劑(如水)中吸附非極性物質。 中極性吸附樹脂含有酯基,其表面兼有疏水和親水部分,既可由極性溶劑中吸附非極性物質,也可以從非極性溶劑中吸附極性物質。極性樹脂含有醯胺基、氰基、酚羥基等含n、o、s極性功能基,它們通過靜電相互作用吸附極性物質。
根據樹脂孔徑、比表面積、樹脂結構、極性差異,大孔吸附樹脂又分為許多態別,且分離效果受被分離物極性、分子體積、溶液ph值、樹脂柱的清洗、洗脫液的種類等因素制約。在實際應用中,要根據分離要求加以選擇[3]。
1．3大孔吸附樹脂對物質的選擇性
大孔吸附樹脂對物質具有良好的選擇性。如非極性吸附樹脂對水溶液中具有疏水性的物質(如苯酚)有良好的吸附效能,物質的疏水性(也可以說是溶解性)越大,樹脂對該物質的吸附能力越強。反之,水溶性很大的物質,如甲醇、乙醇、蔗糖等,非極性吸附樹脂則完全不能吸附。
另一方面,溶劑也有重要的影響。一般來說,在水中具有良好吸附能力的非極性吸附樹脂,在有機溶劑中就喪失了吸附能力。可見物質在樹脂與溶劑兩相間的分配是由樹脂和溶劑對該物質的相對親和性來決定的。
如非極性吸附樹脂不僅不能從乙醇溶液中吸附苯酚,相反,乙醇還是最常用的洗脫劑,可很容易的把吸附在樹脂上的物質洗脫下來。當吸附樹脂帶有合適的功能基,樹脂對溶液中溶質的親和性超過溶劑時,也能進行吸附[3]。
2.大孔吸附樹脂處理有機廢水的特點
大孔吸附樹脂對有機物有很好的吸附作用,對於目前工業廢水中經常存在的有機汙染物,應用大孔吸附樹脂進行分離將是一種很有前途的工藝。大量研究表明,利用吸附法處理有機廢水具有如下特點:(1)適用範圍寬、適用性好。
廢水中有機物質量濃度從幾mg/l到上萬mg/l均可進行處理,且吸附效果不受溶液中所含無機鹽的影響。（2）比表面積大、吸附效率高、解吸再生容易。大孔樹脂對有機物的吸附率通常可達到99%以上,且不產生二次汙染。
解吸常用酸鹼或有機溶劑,解吸率一般可達95%以上。(3)樹脂效能穩定、使用壽命長。樹脂有較高的耐氧化、耐酸鹼、耐有機溶劑的效能,可在150℃以下長期使用,在正常情況下年損耗率小於5%。
(4)有利於綜合治理、變廢為寶。採用樹脂吸附可以**利用汙染物,節約開支,增加效益。
由於以上這些特點,吸附樹脂在處理高濃度、難降解的有機工業廢水方面發展迅速,尤其在酚類、胺類、有機酸類、硝基物、鹵代烴等方面,取得重大進展。
3.大孔吸附樹脂的應用研究
大孔吸附樹脂吸附法處理高濃度、難降解有機廢水具有良好的處理效果,下面對目前應用大孔吸附樹脂處理不同工業廢水的研究情況做簡單介紹。
3.1含酚類廢水的處理
大孔吸附樹脂用於**廢水中的酚類物質, 可以對其進行資源化**, 有較高的經濟合理性。許昭怡等[4]總結了大孔吸附樹脂在含酚廢水中的應用, 指出樹脂吸附法可以用於低濃度或高濃度含酚廢水的處理, 對酚的吸附選擇性很高, 吸附率大於99% , 用稀鹼或有機溶劑脫附時, 脫附率可達95%以上, 且整個吸附過程不受無機鹽存在的影響。徐莉等[5]採用 nka- 大孔樹脂吸附鄰苯二酚廢水,在室溫下以6bv/h 流速吸附可以達標排放, 吸附量為30mg/ml。
邱慧琴[6]分析了 da-201 大孔吸附樹脂在苯酚廢水中的應用, 發現該樹脂在 ph 值小於7時有很好的吸附效果, 而且可以用 naoh 溶液或甲醇溶液再生。焦化廢水中含有大量酚和其他有毒物質, 劉俊峰等[7]將廢水用爐渣過濾後, 再用h-103 大孔樹脂吸附, 廢水酚濃度為520 mg/ l、cod 濃度為3200 mg/ l 時, 酚和 cod 的去除率分別達到99% 和97% 以上。鄒敏[8]使用 cha-101大孔樹脂處理甲苯硝化廢水, 在 ph 值為4~6、吸附流速為5~7 bv/ h 時, cod 去除率為 80.
7%, 總酚的去除率為 99.5% 。唐樹民等[9]研究了江蘇南大戈德環保公司研製的 nda-99 吸附樹脂對硝基酚的吸附, 發現該樹脂的吸附量達 3.
75 mmol/ g, 且容易脫附。
3.2含鋅廢水的處理
大孔樹脂也可以作為一種載體, 將其他化學官能團固定在其表面, 以吸附去除特定廢水中的物質。劉粵麗等[10]將聚乙烯亞胺交聯固定在大孔樹脂表面, 製備出交聯聚乙烯亞胺螯合樹脂, 同時利用該樹脂對廢水中鋅離子進行吸附,其飽和吸附容量為2.65 mmol/ g, 且吸附速度比普通樹脂明顯加快。
3.4含苯廢水的處理
研究表明,苯對人的毒性作用表現在中樞神經系統,65g/m3的苯可引起廣泛的出血導致死亡。反覆暴露的低濃度苯主要對血液及造血組織產生毒性作用。根據苯吸入致白血病的流行病學研究資料,採用定量外推法計算出飲用水苯質量濃度為0.
01mg/l時終身患癌的超額危險度為105。因此飲用水中的苯的限值為0.01mg/l。
所以,有效去除飲水中的苯具有重要的意義。
目前用大孔吸附樹脂吸附法對工業廢水中芳香族有機物的治理和資源化技術已有廣泛的研究，美國飲用水安全法案中認為吸附是去除水中有機物最有效的技術[11]。由於常用的吸附劑活性炭再生困難而且容易破碎,近20年來,各國科學家使用樹脂吸附法,對含有芳香有機毒物的水體控制開展了許多研究工作,取得了重大的進展[11]。有研究表明,利用兩種自製的超高交聯吸附樹脂對稀水溶液中的苯進行吸附行為及其熱力學研究[12],可以取得一定的去除飲用水中苯的效果。
zh-03型樹脂和zh-00型樹脂對水中有機苯的吸收分別可以達到94%和90%以上。
3.5含硝基化合物廢水的處理
含硝基化合物廢水是一種危害十分嚴重而又普遍存在的化工工業廢水,國家環境保**規定,含硝基物廢水排放標準為5×10-6,若超標即不准排放,因此必須對該廢水進行處理。
江蘇石油化工學院[13]採用h-103樹脂吸附法處理硝基苯乙酮,確定最佳工藝條件為:在ph值為3,室溫、流速為2bv/h的情況下吸附;採用95%的乙醇,溫度為60～65℃,流速為1bv/h的條件吸附。其處理效果為:
廢水中硝基物去除率達98%,cod去除率達到89%。另外。利用h2103樹脂處理硝基氯苯生產中產生的廢水,硝基氯苯的去除率》95%,cod去除率》95%,出水cod<100mg/l。
山東東營石油大學[14]利用h-103吸附樹脂預處理東營市勝大化工廠含硝基苯和苯胺的廢水,硝基苯去除率為91%,苯胺去除率為80%,為進一步降解奠定基礎。
西安建築科技大學[15]採用xda-111型大孔吸附樹脂對硝基苯酚廢水進行處理研究,結果表明,硝基苯酚的吸附率幾近100%,樹脂再生率和硝基苯酚**率均達95.4%,cod去除率為44.1%。
4.大孔吸附樹脂的**利用
從上述各項應用中可以看出,應用大孔吸附樹脂的共同特點就是其**淨化效能好。一般被其吸附的有機物只要在一定條件下選擇合適的解吸劑,就可以再次**利用,而吸附樹脂在解析完畢之後也可繼續應用下一輪的吸收,反覆利用,經濟高效。有研究表明,大孔吸附樹脂可連續多批次的應用於有機物質的提純而對其吸附容量影響不大。
因此,雖然整套大孔吸附樹脂裝置占地龐大,投資過高,但是從長遠利益來看,其發展前景不容忽視。
5.結論
大孔吸附樹脂是一種具有獨特效能的吸附材料,既具有活性炭的吸附能力,又可以像離子交換樹脂一樣進行再生,而且物理、化學性質相對穩定,因此應用於處理有機廢水具有廣闊的前景。隨著新型大孔吸附樹脂的不斷湧現和吸附技術的迅猛發展,樹脂吸附法已經成為處理高濃度、難降解有機廢水的有效方法之一。
參考文獻：
[1] 李鴻江,溫致平,趙由才.大孔吸附樹脂處理工業廢水研究進展[j].安全與環境工程,2010,03(17):22.
[2] 李堯,寇曉康,劉瓊,史國東. 大孔吸附樹脂處理有機廢水的研究進展[j].河南化工,2008,25:12.
[3] 姚日鵬,陳鳳慧,高超. 大孔吸附樹脂在廢水處理中的應用[j].中國環境管理幹部學院學報,2009,03(01):64.
[4] 許昭怡, 張全興, 陳金龍. 大孔樹脂吸附法在含酚廢水處理中的應用[ j] . 上海環境科學, 2000, 19( 9) : 429- 431.
[ 5] 徐莉, 馬洪濤. 大孔樹脂吸附法處理模擬鄰苯二酚生產廢水的研究[ j] . 離子交換與吸附, 2000, 16( 1) : 66- 71.
[6] 邱慧琴. da-201 樹脂**淨化廢水中苯酚的研究[ j] . 上海大學學報( 自然科學版) , 2000, 6( 3) : 266- 268.
分子篩吸附系統
hxk 32500 5.2型分子篩吸附系統作業指導書 1範圍規定了hxk 32500 5.2型分子篩吸附系統作業的操作要求。適用於能源中心製氧分廠製氧作業區hxk 32500 5.2型分子篩吸附系統的操作。2引用標準和術語 2.1 氧氣及相關氣體安全技術規程 2.2 氧氣站設計規範 3工作職責 3....