低浓度硫酸镍溶液富集技术研究

摘要

在镍生产以及镍电镀过程中会产生大量的低浓度硫酸镍溶液,是全球主要的重金属污染源之一。结合我国建设资源节约型、环境友好型可持续发展社会的实际要求和国情,本文采用离子交换法处理及回用含镍废水,研究影响离子交换效果的各个因素,优化工艺参数,用以指导实际工程的设计和调试。主要完成以下几方面的研究工作:
　　 (1)采用静态(间歇)法选择合适的离子交换树脂,研究表明单独处理含镍废水的最佳工艺条件:室温下,强酸性离子交换树脂4g,镍离子浓度1g/L,反应时间60min,pH值5～6,离子回收率能达到90％以上。对应于单一离子体系的吸附来看,混合体系中镍离子的去除率有不同程度的下降,这是因为Co2+、Ni2+性质相近且离子化合价相同,所以当它们共存于同一体系时吸附程度也基本相同。
　　 (2)动力学研究表明,离子交换树脂对镍离子的吸附过程主要受液膜扩散控制。用Freundlich等温吸附曲线拟合,拟合效果较好。热力学研究表明不同温度下的吸附焓为正值,说明镍离子在离子交换树脂上的吸附为吸热过程,过程很容易进行。
　　 (3)动态实验研究表明,单柱工艺处理废水的最佳工艺条件为:原料液浓度及温度一定,离子交换柱高径比Z/D为20,原料液流速为7ml/min。而采用混合柱串联吸附工艺可以将废水中离子浓度降到lmg/L以下,离子去除率达到99％以上,可以达到国家排放标准,且树脂的利用率达到80％,比单柱吸附工艺效果好。
　　 (4)对静态、动态实验最佳工艺条件下的饱和离子交换树脂进行红外光谱分析,研究表明:树脂吸附Ni2+前后峰值基本没有变化,说明离子交换法处理废水只是离子间的交换吸附。同时结合研究的结果对离子交换设备进行了放大设计,完成了对日产镍1kg交换设备的计算。
　　 (5)当树脂达到饱和后,选择合适的再生剂以恢复树脂的交换性能,使之达到最佳交换容量,实验确定最佳再生工艺条件为:用硫酸作为再生剂,进行单柱顺流再生,当再生液用量为树脂体积的15倍时,采用3mol/L的硫酸接触40min可以达到很好的吸附效果。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:图表目录

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 废水的研究方法

1.2.1 物理法

1.2.2 化学法

1.2.3 物理化学法

1.2.4 生物法

1.3 废水的国家排放标准

1.4 国内外研究现状

1.5 离子交换法

1.5.1 离子交换树脂

1.5.2 离子交换过程

1.5.3 离子交换反应的速度

1.5.4 离子交换树脂的再生

1.6 课题意义和主要研究内容

1.6.1 课题意义

1.6.2 主要研究内容

第2章 实验试剂、设备、实验方案

2.1 引言

2.2 实验药品、设备

2.2.1 主要实验试剂

2.2.2 树脂介绍

2.2.3 主要实验设备

2.3 工作原理

2.4 实验方案

2.5 分析方法

2.5.1 镍离子浓度的测定

2.5.2 铜离子浓度的测定

2.5.3 钻离子浓度的测定

2.5.4 红外光谱

第3章 静态实验条件下树脂对离子的吸附行为研究

3.1 吸附平衡

3.2 等温吸附曲线

3.3 离子交换动力学分析

3.4 结果与讨论

3.4.1 树脂型号对回收率的影响

3.4.2 pH值、浓度对回收率的影响

3.4.3 温度对回收率的影响

3.4.4 多组分共存的吸附平衡

3.4.5 吸附热力学研究

3.4.6 吸附动力学研究

3.4.7 红外光谱分析

3.5 本章小结

第4章 动态实验条件下树脂对离子的吸附行为研究

4.1 柱过程

4.1.1 流出曲线

4.1.2 交换区的计算

4.2 实验方法

4.2.1 实验装置

4.2.2 实验过程

4.3 结果与讨论

4.3.1 单柱吸附工艺研究

4.3.2 混合柱吸附工艺研究

4.3.3 红外光谱分析

4.4 本章小结

第5章 树脂再生实验

5.1 离子交换再生工艺

5.2 结果与讨论

5.2.1 再生剂浓度对洗脱液浓度的影响

5.2.2 再生时间对洗脱液浓度的影响

5.2.3 再生液体积对洗脱液浓度的影响

5.3 本章小结

第6章 日产镍1kg交换设备的计算

6.1 固定床设备的计算

6.1.1 树脂负荷相等原则

6.1.2 等比流量方法

6.2 固定床设备的放大

结论

参考文献

致谢

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