D001树脂吸附稀硫酸中铁离子的研究

摘要

硫酸有“工业之母”的美称,硫酸在化工、钢铁等行业广泛应用。但在生产过程中,硫酸的利用率很低,大量的硫酸随同含酸废水排放出去。这些废水和硫酸如不经过处理而排放到环境中,不仅会使水体或土壤酸化,对生态环境也会造成危害,而且浪费了大量资源。因此废硫酸和硫酸废水治理是一个亟待研究解决的课题。废硫酸和硫酸废水除具有酸性外,还含有大量的杂质。去除废硫酸和硫酸废水中的杂质,对回收硫酸再利用具有重要的意义。以硫铁矿为原料生产硫酸的过程中,杂质中铁离子含量甚高。因此回收硫酸,就必须除去铁离子。本研究分为六个部分：
　　第一章通过阅读大量的文献,对国内外除铁方法进行了综述。对比各种除铁方法的优缺点,结合实际生产工艺路线,最终确定离子交换法为除铁方法。离子交换法是利用离子交换剂的交换基同待处理溶液中的金属离子进行交换反应,将金属离子置换到交换基上予以去除具有工艺简单,设备投资费用低,易于操作,能反复使用,除铁效果好等特点,是一种高效、经济、环保的除铁方法。
　　第二章介绍了本论文研究所用的实验仪器、实验方法和硫酸溶液中铁离子含量的测定方法。
　　第三章解决的问题是树脂筛选和树脂除铁效果影响因素研究。首先选择了四种不同的树脂,D001树脂和D003树脂(大孔强酸性阳树脂),D68树脂(螯合性树脂),HZ160(阴离子树脂),以动态饱和吸附量为指标,从树脂的吸附能力和再生能力两方面考虑,确定D001树脂为最终工作除铁树脂。然后对树脂除铁效果影响因素进行了考察。1.考察了温度对吸附效果的影响。温度增加时 D001树脂对铁离子吸附量也不断增加,因此温度升高有利于树脂的吸附。当平衡达到一定程度时,其最终溶液的浓度也不再发生变化,吸附等温曲线上升的趋势慢慢就变得很平缓,其饱和吸附量也基本上保持恒定不变。考虑到实际的生产工艺的要求,确定在常温下吸附。2.考察了流速对吸附效果的影响。流速u为1.5、2.0、2.5、3.0 ml/min,铁离子去除率比较接近u=3.5 ml/min时,树脂的吸附能力较强,铁离子去除率明显增加;流速较小时吸附率降低的速率较慢,意味着同样体积的树脂在流速较慢时可吸附更多的铁离子。当样品酸的处理量大于250ml时,树脂的吸附能力变弱,铁离子去除率变化不大。
　　第四章对D001树脂吸附过程的热力学和动力学进行了研究。1.通过热力学试验,用等温吸附模型计算拟合树脂吸附过,拟合结果显示,Langmiur和Freundlich方程拟合的吸附等温线的R值都在0.99以上,拟合效果很好,但Langmiur方程的R值更高,说明Langmiur方程能更好的拟合树脂吸附过程。从Freundlich方程拟合得出的n大于1,说明吸附进行容易。2.通过范特霍夫方程计算得出的热力学函数变显示,树脂发生吸附过程的吸附自由能变?G<0,可以看出 D001树脂和铁离子发生交换反应是一个自发过程;树脂发生交换反应过程的焓变?H>0,可以知道吸附过程吸热,温度升高有利于该吸附交换反应的进行;计算得到系统的吸附熵变?S>0,表明该反应吸附过程的混乱度增加。3.树脂吸附的动力学拟合结果显示,准二级动力学数学模型拟合的R2值比准一级动力学数学模型大,因此准二级动力学数学模型能更好地描述 D001树脂吸附铁离子的行为。通过吸附过程控制步骤的数学模型拟合,颗粒扩散为D001树脂和铁离子发生吸附交换反应的主要速率控制步骤。
　　第五章对树脂的预处理和再生工艺进行了研究,主要内容有:1.进行了不同方式的预处理对树脂吸附的影响的探究工作,通过比较两种方式动态吸附效果、经济环境成本,确定选用盐酸对D001树脂进行预处理。2.以D001树脂对铁离子的饱和吸附量为评价指标,采用正交实验设计优选 D001树脂预处理的最佳工艺条件:5％HCl,5BV的HCl,20℃,处理时间2h。3.采用盐酸对吸附饱和树脂进行了再生,以树脂对铁离子的饱和吸附量为评价指标,采用正交实验设计优选D001树脂再生的最佳工艺条件:7%HCl,5BV的HCl,再生温度30℃,再生时间3h。
　　第六章进行了连续式操作扩大化试验与重复性验证试验的研究。通过扩大化试验和反复验证试验,在最佳条件常温下,吸附操作时间约为1h,;再生剂为7%稀盐酸,3BV的盐酸溶液,再生时间3h。再生后,进行重复吸附实验。树脂每次达到饱和时处理量比较接近,树脂再生度稳定在75%以上,且在整个循环过程中树脂没有破损现象,机械强度和重现性较好。

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第一章 文献综述

1.1前言

1.2国内外除铁方法的研究进展

1.3 离子交换法的作用原理

1.4 离子交换树脂的应用

1.5 本文的研究目的与内容

第二章 样品分析原理与测定方法

2.1邻二氮菲分光光度法测定微量铁的实验原理

2.2实验设备、试剂及装置图

2.3硫酸溶液中铁离子含量的测定方法

第三章 离子交换树脂的选择及实验结果分析

3.1 样品稀硫酸的成分分析

3.2 D001树脂的吸附交换能力测定

3.3 D003树脂的吸附交换能力测定

3.4 D68树脂的吸附交换能力测定

3.5 HZ-160树脂的吸附交换能力研究

3.6 再生实验

3.7 本章小结

第四章 D001树脂吸附铁离子过程的热力学和动力学研究

4.1 前言

4.2实验方法

4.3 结果与讨论

4.5 本章小结

第五章 树脂的预处理与再生试验研究

5.1 前言

5.2树脂预处理的研究

5.3树脂再生研究

5.4多次吸附与再生度的关系

第六章 连续式操作扩大化试验与重复性试验研究

6.1 前言

6.2 连续式操作扩大化试验装置与流程

6.3 连续式操作扩大化试验结果

6.4 实验结果的分析与讨论

6.4本章小结

参考文献

攻读硕士期间发表论文

致谢