D113离子交换树脂对Mn(Ⅱ)的吸附性能.pdf

2 0 1 2 年1 2 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ] ／y s y l ．b g r i m m ．c n d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 1 2 ．1 2 ．0 0 4 D 11 3 离子交换树脂对M n I I 的吸附性能 宋秀玲，刑建宇，王春艳，张彩峰，钱会 长安大学环境科学与工程学院，西安7 1 0 0 5 4 摘要在常温条件下研究D 1 1 3 树脂吸附M n 1 1 的过程。结果表明，当溶液p H 为6 ．5 ～7 ．0 、吸附时间 1 2 0m i n 时，废水中M n 1 I 离子去除率可以达到9 9 ％，吸附容量为1 3 6 ．9 8m g ／g 。盐酸浓度为3 ～4 m o l ／L 时，一次解吸率均达1 0 0 ％。该树脂对M n Ⅱ 的吸附曲线符合L a n g m u i r 和F r e u n d l i c h 吸附等温 线，吸附交换过程符合H O 准二级动力学方程式。内扩散系数随溶液p H 、溶液中M n 1 I 浓度的增大 而增大。 关键词D 1 1 3 树脂；M n Ⅱ ；吸附；动力学 中图分类号T Q 3 4 2 ．8 4 ；T F S 0 4 ．3文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 2 1 2 0 0 1 3 - 0 3 A d s o r p t i o nP r o p e r t i e so fD l 1 3I o n e x c h a n g eR e s i no nM n 1 I S O N G X i u l i n g ，X I N GJ i a n y u ，W A N GC h u n y a n ，Z H A N GC a i f e n g ，Q I A NH u i S c h o o lo fE n v i r o n m e n tS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ，C h a n g ’a nU n i v e r s i t y ，X i ’a n7 1 0 0 5 4 ，C h i n a A b s t r a c t T h ea d s o r p t i o no fD 113r e s i no nM n I I w a s i n v e s t i g a t e da tr o o mt e m p e r a t u r e ．T h er e s u l t ss h o w t h a tt h er e m o v a lr a t eo fM n Ⅱ i n a q u e o u ss o l u t i o nr e a c h e s99 ％a n d t h ea d s o r p t i o nc a p a c i t yo fM n I I i s1 3 6 ．9 8m g ／go nt h ec o n d i t i o n si n c l u d i n gt h ep Hv a l u eo ft h ea q u e o u ss o l u t i o no f6 ．5 ～7 ．0a n dt h ea d s o r p t i o nd u r a t i o no f1 2 0m i n ．T h e d e s o r p t i o nr a t eo fM n 1 I r e a c h e s10 0 ％w h e nt h ec o n c e n t r a t i o no fh y d r o c h l o r i ca c i di s3 ～4m o l ／L ．T h ea d s o r p t i o nc u r v eo fD 11 3r e s i no nM n I I a g r e e sw e l lw i t ht h eL a n g m u i ra n dt h eF r e u n d l i c hi s o t h e r m a la d s o r p t i o ne q u a t i o n ，a n dt h ea d s o r p t i o nk i n e t i cd a t aw e l lf i tt h eH O p s e u d o s e c o n d o r d e rr a t ee q u a t i o n ．T h ei n t e r n a ld i f f u s i o nc o e f f i c i e n ti n c r e a s e sw i t ht h er i s eo fs o l u t i o np H v a l u ea n dt h ec o n c e n t r a t i o no fM n I I ． K e yw o r d s D 1 1 3r e s i n ；M n Ⅱ ；a d s o r p t i o n ；k i n e t i c s 含锰废水严重污染环境，目前，含锰废水的处理 方法有化学沉淀法、电化学法‘卜“、离子交换树脂法 等旷9 | ，离子交换法不但可避免二次污染，还可回收 其中 通过 条件 附剂 1 1 ．1 的金属‘1 0 1 。本文选用经预处理的D 1 1 3 树脂， 对M n 1 1 的静态吸附试验来考察其吸附锰的 和动力学规律，为开发安全、高效的M n I I 吸 ，也为含锰废水的处理及回收提供理论依据。 试验部分 试剂和仪器 D 1 1 3 树脂，硫酸锰 优级纯 。树脂在使用前经 溶胀、酸洗、碱洗、水洗预处理。 7 5 1 型分光光度计，D E L T A 一3 2 0 型p H 计， H Y ～2 型调速多用振荡器，D T G l 6 0 型分析天平。 1 ．2 静态吸附试验 移取5 0m L 含M n Ⅱ 水样，加入适量D 1 1 3 树 脂，调整溶液的p H 到规定值，在2 0 ℃振荡反应到 规定时间后用高碘酸钾氧化分光光度法[ 1 测定其 滤液中M n Ⅱ 的浓度。并按下式计算D 1 1 3 树脂 对M n Ⅱ 的吸附量 Q 和去除率 E 。如不特别 收稿日期2 0 1 2 0 6 0 8 作者简介宋秀玲 1 9 7 6 一 。女，河南扶沟人，讲师，博士生．通讯作者钱会 19 6 3 一 ，男，教授 万方数据 1 4 - 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 2 年1 2 期 指明，试验用废水均为模拟废水。 Q 一 C 。一C 。 V ／W 1 E 一 C 。一- C 。 ／c 。1 0 0 ％ 2 式中Q 为吸附量 p - g ／g ，C 。为溶液中M n Ⅱ 的初始浓度，C 。为吸附平衡后溶液中剩余M n 1 I 的浓度 p g ／m L ，W 为树脂的质量 g ，V 为溶液的 体积 m L 。 1 ．3 静态解吸试验 将吸附等量的D 1 1 3 树脂加入等体积0 ．5 ～4 ．0 m o l ／L 的盐酸中进行解吸，振荡平衡后测定水相中 M n I I 浓度并计算解吸率。 2 结果与讨论 2 ．1 时间对吸附率的影响 由图1 可看出，M n Ⅱ 的吸附量随时间的延长 而增加，该吸附剂对M n Ⅱ 离子的吸附速率较快， 吸附平衡时间约为1 0 0m i n 。因此，控制吸附时期 为1 2 0m i n 。 1 f 耵 8 邃6 0 褥 萋4 0 2 0 时间／r a i n 图1时间对吸附率的影响 F i g ．1 E f f e c to ft i m eo na d s o r p t i o nr a t e 2 ．2 树脂用量对吸附率的影响 图2 表明，用该树脂处理5 0m L 的初始M n Ⅱ 浓度为8 0 0m g ／L 的废水时，随着树脂量的增 加，吸附率增加。当树脂用量为0 ．6g 时吸附率基 本不变。 2 ．3 等温吸附 利用拟合吸附等温线能够说明树脂对含锰废水 吸附的类型，为吸附机理的研究和探讨提供依据。 F r e u n d l i c h 和L a n g m u i r 等温吸附方程见下式。 1 9Q 一 1 ／n l gC 。 l gK 3 C ，／Q 一 1 ／Q C 。 1 ／ Q 。6 4 式中，咒和K 为F r e u n d l i c h 经验常数，Q 。为饱 和吸附量 肚g ／g ，6 为L a n g m u i r 吸附平衡常数 m L ／ g 。 图2 树脂用量对吸附率的影响 F i g ．2 E f f e c to fr e s i nd o s a g eo na d s o r p t i o nr a t e 下面在2 3 ℃的条件下对该树脂吸附M n Ⅱ 进行上述两种拟合。 按F r e u n d I i c h 等温式进行拟合结果见图3 ，所 ．得方程为 1 9Q 一0 ．1 2 9 5 1 9C 。 1 ．7 8 1 6 其相关系数为R 2 0 。9 9 93 ，咒 7 。7 2 44 9 ，K 一 6 0 ．4 7 ，其中胛在2 ～1 0 之间，表明该树脂对锰的吸 附容易进行。 图3F r e u n d l i c h 等温吸附曲线 F i g ．3 F r e u n d l i c hi s o t h e r ma d s o r p t i o n c u r v eo fr e s i no nM n Ⅱ 按L a n g m u i r 等温式进行拟合结果见图4 ，其回 归方程的相关系数为R 2 0 ．9 9 86 ，Q o 一1 3 6 ．9 8 m g ／g ，与试验获得结果较接近。F r e u n d l i c h 比 L a n g m u i r 相关系数更高，说明该树脂对M n Ⅱ 的 吸附可以更好地用F r e u n d l i c h 拟合描述。 2 ．4 吸附速率的确定 通常用于描述吸附动力学方程的数学模型有 L a g e r g r e n 准一级动力学方程式 5 和H O 准二级 动力学方程式 6 [ 1 Z - 1 4 J 。 一l n 1 一F 一k l t 5 ￡／Q ￡一1 ／ 忌。Q 2 ￡／Q 6 万方数据 2 0 1 2 年1 2 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 图4L a n g m u i r 等温吸附曲线 F i g ．4L a n g m u i ri s o t h e r ma d s o r p t i o n e o r v eo fr e s i no nM n Ⅱ 1 5 式中，F 为交换度，F Q ／Q ，惫，为一级吸附反 应的速率常数 s ，k 。为二级吸附反应的速率常数 g ／r a g m i n 。 对以上两种数学模型分剐进行拟合，其中一级 反应相关系数 R 2 为0 ．7 7 67 ，二级反应相关系数 R 2 为0 ．9 9 58 。结果表明，该树脂对M n H 的吸 附不是篱单的一级反应，用准二级动力学模型可以 更好地描述D 1 1 3 树脂对M n Ⅱ 的吸附。 2 ．5 溶液中M n Ⅱ 浓度对吸附动力学的影响 溶液初始浓度对吸附动力学的影晌见图5 。根 据离子交换速率理论，当溶液中离子浓度偏低、而树 脂的交换量又较大时，同电荷间的相互排斥力也较 大，使得溶液中离子不易进入树脂颗粒内部，导致交 换过程的速率偏小。适当地增大浓度，可以降低同 电荷问的相互排斥力，增大同分子间的相互碰撞几 率，从而加快反应速率。 1 4 0 1 2 0 1r ， h 8 1 ● 叫 曼m 4 2 0 0 2 04 f H 8 1 1 M 1 2 01 4 01 6 J 时f ．J ／m i n 图5 不同溶液浓度的吸附动力掌拟合曲线 F i g ．5 F i t t e dc u r v e so fa d s o r p t i o nk i n e t i c sw i t h d i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n so fs o l u t i o n 2 ．6 溶液p H 对吸附动力学的影响 溶液p H 对M n Ⅱ 吸附动力学的影响见图6 。 由于p H 变化时，水溶液中离子电荷发生变化，从而 对其在离子交换树脂上的吸附性能造成改变。p H 一6 ．4 8 比p H 一4 ．4 7 时吸附量大，其颗粒扩散系数 也。增大。 1 4 9 1 2 I 1 l H ， ，8 0 ∞ 基 吾6 J 矾 2 f 1 i 1 时问／r a i n 圉6 不同p t t 韵吸附动力学拟合曲线 F i g ．6 F i t t e dc u r v e so fa d s o r p t i o nk i n e t i c s w i t hd i f f e r e n tp H 2 ，7静态解吸 当盐酸浓度分别为 m o l ／L 0 ．5 、1 ．0 、2 ．0 、 3 ，0 、4 ．0 时，解吸率分别为 ％ 8 9 ．0 6 、9 2 ．1 9 、 9 6 ．8 8 、1 0 0 ．0 、1 0 0 ．0 ，可以看出，当盐酸浓度达到 3 m o l ／L 以上时，一次解吸率即可达到1 0 0 ％。 3结论 1 当溶液的p H 为6 ．5 ～7 ．0 ，吸附时间为1 2 0 r a i n 时，D 1 1 3 树脂对M n Ⅱ 的吸附率可达到9 8 ％ 以上。盐酸浓度为3 ～4m o l ／L 时，一次解吸率均达 1 0 0 ％。 2 在研究浓度范围魄，D1 1 3 树赠对M n Ⅱ 的 吸附曲线比较好地符合L a n g m u i r 和F r e u n d l i c h 吸 附等温线。且该树脂对锰的吸附容易进行。 3 吸附交换过程符合H o 准二级动力学方程 式。内扩散系数随溶液p H 、溶液中M n 1 I 浓度的 增大而增大。 参考文献 [ 1 ] 何强．化学沉淀／混凝沉淀工艺序批式处理电解锰废水 [ j ] ．中国绘水排水。Z 0 0 7 。2 a 1 0 6 2 6 4 ． L z ] 姚俊，田宗平，姚祖风，等．电解金属锰废水处理的研究 [ J ] ．中国锰业，2 0 0 0 ，1 8 3 2 5 2 7 ， 下转第2 6 页 万方数据 2 6 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．e n 2 0 1 2 年1 2 期 抽力，导致未燃烧的可燃物一氧化碳和助燃物氧气 快速到达排烟口直接排往大气。 系统运行后，窑内排出烟气中一氧化碳含量减 少，但氧气含量仍然较高，应控制熟料窑内的压力， 减少窑内漏风，部分检测数据如下，O 干体积含 量，％ 5 ．6 4 、6 ．0 3 、5 ．2 4 、6 ．1 2 、5 ．1 4 、5 ．0 6 ；C O ％ 0 ．2 9 、0 ．3 2 、0 ．2 1 、0 ．2 6 、0 ．3 6 、0 ．2 3 。 4结论 在对氧化铝熟料窑内热工过程在线仿真、工艺 参数全息监测、图像处理与模糊控制等进行研究的 基础上，设计了氧化铝熟料窑监控系统。该系统有 较快的响应速度、较高的精度和可靠性，能很好地稳 定窑内热工状况，其研制软件的用户界面友好，操作 简便，运行维护方便，大大降低了工人的劳动强度。 系统可根据现场生产情况来调整火焰摄像的位置以 及修改相关热工参数，也可应用于水泥企业的回转 窑。 参考文献 [ 1 ] 杨重愚．氧化铝生产工艺学[ M ] ．北京冶金工业出版 社，1 9 9 3 ． [ 2 ] 易正明，吕子剑，刘志明．氧化铝回转窑火焰图像处理 与特征提取[ J ] ．仪器仪表学报，B 0 0 6 ，2 7 8 9 6 9 9 7 2 ． [ 3 ] 王琳灵，潘邵来，吕子剑．红外线扫描在氧化铝熟料窑 监控中的应用[ J ] ．抚顺石油学院学报，2 0 0 3 ，2 3 4 3 5 3 7 ． [ 4 ] 罗宗山．基于图像识别的二次仿真及在氧化铝回转窑 上的应用[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 1 1 1 3 03 3 ． [ 5 ] 易正明，宋佳霖，马光柏，等．氧化铝回转窑熟料烧结过 程影响参数研究口] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 1 1 1 3 43 7 ． [ 6 ] 罗宗山．氧化铝回转窑喷雾干燥塔的数值仿真[ J ] ．有 色金属 冶炼部分 ，2 0 1 1 9 1 8 - 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