D301-TETA树脂处理丙烯酸废水

发布时间：2020-04-01 16:40

【摘要】：丙烯酸(AA)是一种重要的化工原料,广泛用于涂料、胶粘剂、高吸水性树脂等领域,但丙烯酸及其产品在生产和使用过程中会产生大量的废水,其COD浓度高、成分复杂、含生物毒害性大的物质、降解难度大。本文进行了D301-TETA离子交换树脂处理丙烯酸废水的研究,出水COD去除率在80%左右,未检测到丙烯酸,在减轻后续生化处理废水负担的同时,实现丙烯酸的资源回收利用。本文选用了D301弱碱性阴离子交换树脂进行实验,通过三乙烯四胺(TETA)对D301树脂进行活化,用活化后的D301-TETA树脂对丙烯酸模拟废水进行了静态吸附实验,考察了交换时间、溶液pH、初始浓度、反应温度、振荡速度和溶液中乙酸浓度等因素对丙烯酸去除效果的影响以及树脂的重复再生性能,进一步探究了树脂对丙烯酸实际废水的动态吸附解吸效果,考察了废水流速、树脂柱高径比、解吸液浓度、解吸液流速等因素对穿透曲线和洗脱曲线的影响及废水的吸附洗脱效果,并考察了串联吸附的可行性和树脂20次重复利用的吸附性能。同时,通过热力学和动力学讨论树脂对丙烯酸的吸附行为,研究其吸附机理。静态实验结果表明:D301弱碱性阴离子树脂对丙烯酸有很好的吸附潜力。该树脂经三乙烯四胺活化后,全交换容量由3.782 mmol/g提高到4.981 mmol/g。在298 K,丙烯酸初始浓度为7000 mg/L,pH为2.5,振荡速度为160 r/min的条件下,120 min左右D301-TETA树脂达到吸附平衡,平衡吸附量为289 mg/g。高浓度的乙酸会引起竞争吸附并使丙烯酸的吸附量减少,但影响不大。五次循环吸附再生实验表明树脂吸附-解吸性能稳定,机械性能较好。D301-TETA树脂对丙烯酸实际废水的动态吸附结果表明:废水以4 mL/min流经高径比为4.5的树脂柱,破点前COD去除率为80%,并未检测到丙烯酸含量,残留物主要为酯类、醇类等中性物质,丙烯酸的穿透体积为210 mL,饱和吸附容量为190 mg/g。树脂吸附饱和后,以2 mL/min的流速将2 mol/L的NaOH解吸液通入饱和树脂柱,洗脱后树脂再生吸附率为90%以上,同时树脂柱可串联吸附提高树脂的利用率,反复使用20次树脂再生吸附率较稳定,重复利用性好。热力学研究表明:郎格谬尔(Langmuir)方程能比弗伦德利希(Freundlich)方程更好的拟合丙烯酸在D301-TETA树脂上的吸附过程,R~2在0.992以上,R_L在0~1之间,表明该过程为单分子层的优惠吸附。热力学参数ΔG~0在-1.51 KJ/mol左右,ΔH~0为-7.21 KJ/mol,ΔS~0为-19.13 J/(mol·K),表明该反应为自发进行的、放热的、熵减过程。动力学研究表明,D301-TETA树脂吸附丙烯酸的过程符合拟二级动力学模型,R~2在0.999以上,其控速步骤为颗粒内扩散。
【图文】：

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图 1-1 2016 年全球丙烯酸产能区域分布（%）egional distribution of global acrylic acid production capac以及超吸水性树脂（SAP）是丙烯酸的两大主要应料和胶粘剂的重要原料之一，在环保越来越重视的替溶剂型涂料的趋势，自 2016 年以来国内涂料行业主要用于婴儿纸尿裤和女性卫生用品，目前国内 SP 有望受益于进口替代和二胎政策带动婴儿纸尿裤

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产业的活跃带动着丙烯酸整个行业的可持续发展，产品产业日益扩大，其生使用中产生的废水是摆在我们面前迫在眉睫的问题。.1.2 丙烯酸的生产工艺丙烯酸是化工行业重要的有机原料，其生产技术不断的优化改进[7-8]。现内外丙烯酸在工业化生产上大多采用丙烯两步氧化法。在温度 250 ~ 400°C水蒸气存在的条件下，以丙烯和空气（氧气）为原料，加入催化剂进行气相相氧化反应。为了使每个反应都可以在各自的最优条件下发生，将氧化反应放在两个操作运行条件下分步进行。首先，丙烯被氧化成丙烯醛，如式（1-1）。CHCHCHOCHCHCHOHO23222= +→=+（1-第二步，丙烯醛被进一步氧化生成丙烯酸，如式（1-2）。2 2 2 2CH = CHCHO + O → CH CHCOOH + H O（1-其氧化产物用水吸收，经分离、精制后，，得到产品丙烯酸[9]。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703

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