离子交换树脂吸附苯酚的性能研究

定量洗脱回收得到纯度较高的苯酚 。717树脂不仅 廉价易得 、操作简便 ,而且对苯酚具有吸附效率高 、 吸附容量大 、吸附速率快 、脱附再生容易等特点 ,用 于对苯酚的富集分离及污水治理是一种更为有效和 廉价的处理方法 ,有重要的实际意义和应用价值 。
1 实验部分
1. 1 试剂与仪器 市售 717强碱阴离子交换树脂 ;苯酚 ,分析纯 。 TU 21901双光束紫外可见分光光度计 ; KYC111
由表 1的相关系数 r2 均大于 0. 97可知 , 717树 脂对苯酚的等温吸附规律符合 Freundlich 模型和 Langmuir模型 。由 Freundlich 常数 n > 1 及 1 / n 值 介于 0. 1～0. 5之间 ,表明树脂对苯酚有较强的吸附
第 11期
谢祖芳等 :离子交换树脂吸附苯酚的性能研究
第 39卷第 11期 2010年 11月
应 用 化 工 App lied Chem ical Industry
Vol. 39 No. 11 Nov. 2010
离子交换树脂吸附苯酚的性能研究
谢祖芳 ,何星蓉 ,吴燕平
(玉林师范学院 化学与生物学系 ,广西 玉林 537000)
摘 要 :研究了 717强碱阴离子交换树脂对苯酚的吸附性能 。结果表明 ,在 pH = 10～13时 ,吸附能力最好 。等温 吸附符合 Freundlich和 Langmuir经验式 。在 293 ～313 K条件下 ,苯酚吸附量为 220 ～260 mg/ g的吸附焓变为 - 13. 69～ - 12. 02 kJ /mol,吸附自由能变为 - 7. 02～ - 7. 21 kJ /mol,吸附熵变为 - 22. 76～ - 15. 37 J / ( K·mol) 。 吸附动力学符合 Lagergren准二级速率方程 ,吸附速率常数为 8. 5 ×10 - 4 ～2. 74 ×10 - 3 g/ (mg·m in) ,吸附活化能为 44. 1 kJ /mol。303 K下其静态累积饱和吸附容量为 399. 8 mg / g (4. 253 mmol/ g) 。用 0. 05 mol/L HCl溶液能定量洗 脱苯酚 ,洗脱率达 99%。 关键词 :阴离子交换树脂 ;苯酚 ;吸附 ;热力学 ;动力学 中图分类号 : X 703 文献标识码 : A 文章编号 : 1671 - 3206 (2010) 11 - 1635 - 04
图 2 苯酚的吸附等温线 Fig. 2 The adsorp tion isotherm s of phenol
由图 2可知 ,树脂对苯酚的吸附量随温度的升
高而减少 ,表明吸附为放热过程 ,但温度对吸附的影
响较小 ,可在常温下进行 。
通常等温平衡吸附数据采用 Freundlich方程和
Langmuir方程拟合 [ 5 ] 。
由图 1可知 , pH对吸附的影响较大 , pH < 9时 , 吸附量较小 ; pH = 10 ～ 13时 ,吸附量较大 。主要原 因是吸附与吸附质在水溶液中的存在形态密切相 关 , 717树脂的功能基为 ─N + ( CH3 ) 3 ,其主要通过 离子交 换和 静电 作用 [ 5 ] 吸 附物 质 , 苯酚 的 pKa = 9. 99,当 pH < 9时 ,苯酚主要以分子形态存在 ,不利
293 19. 15 0. 347 2. 88 0. 973 7 0. 002 4 349. 7 0. 981 4
303 17. 48 0. 353 2. 83 0. 974 7 0. 002 2 340. 7 0. 983 2
313 15. 81 0. 361 2. 77 0. 978 1 0. 002 2 328. 6 0. 984 4
Study on the behav ior of an ion exchange resin for adsorb ing phenol
X IE Z u2fang, HE X ing2rong, WU Yan2ping
(Department of Chem istry and B iology, Yulin Teachers’College, Yulin 537000, China)
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亲和能力 ,吸附交换容易进行 ,为优惠吸附 [ 425 ] 。
ΔS = (ΔH - ΔG) / T
2. 3 吸附热力学 等量吸附焓变 ΔH、吸附自由能变 ΔG和吸附熵
变 ΔS 分别应用下列方程计算 [ 4 ] : lnCe = - lnK0 + (ΔH /R T) ΔG = - nR T
Freundlich等温方程 :
qe = KF Ce 1 /n Langm uir等温方程 :
qe = qm KL Ce / ( 1 + KL Ce ) 式中 KF、n———Freundlich常数 。 KL ———Langmuir常数 ; qm ———单分子层饱和吸附量 , m g / g。 对图 2数据采用 Freundlich和 Langmuir方程进
2 结果与讨论
2. 1 pH对吸附的影响 在 T = 303 K, m = 0. 200 g, C0 = 500, 3 000 mg /L ,
V = 0. 05 L , t = 1 h条件下 , pH 对树脂吸附苯酚的影 响结果见图 1。
图 1 pH对吸附苯酚的影响 Fig. 1 Effect of pH for the adsorp tion of phenol
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应用化工
第 39卷
中性 ,抽干 ,自然晾干 ,过筛取粒径在 0. 45～0. 9 mm 之间的树脂 ,保存备用 。 1. 3 实验方法 1. 3. 1 静态实验 取定量树脂 ,置于一定浓度的苯 酚溶液中 ,恒温振荡 4 h,取清液分析苯酚浓度 ,按下 式计算平衡吸附量 ,作吸附等温线 。 qe = (C0 - Ce ) V /m 式中 qe ———平衡吸附量 , m g / g; C0 ———溶液的初始浓度 , m g /L; Ce ———吸附平衡后溶液的浓度 , mg /L; V ———溶液的体积 , L; m ———树脂的质量 , g。 吸附过程中 ,在不同时间取样分析苯酚浓度 ,计 算得不同时刻的吸附量 qt (m g / g) ,即得吸附动力学 数据 ,作吸附动力学曲线 。 1. 3. 2 动态实验 取定量树脂 ,湿法装入离子交换 柱 (内径 7 mm 高 150 mm )中 ,一定浓度的苯酚溶液 以一定流速通过树脂柱 ,定容接收流出液 ,分析苯酚 浓度 ,作出穿透曲线 ;对载酚树脂柱用洗脱剂以一定 流速洗脱 ,定容接收洗脱液 ,分析苯酚浓度 ,作出洗 脱曲线 。 1. 3. 3 分析方法 用紫外分光光度计在苯酚溶液 的最大吸收波长 269 nm 处测定吸光度 ,以标准回归 方程分析苯酚浓度 。
于吸附 ;当 pH > 10 后 ,苯酚离子化程度增大 ,离子 态的苯酚容易与树脂功能基中可活动反离子之间的 离子交换和静电作用 ,因此吸附量达到最大且趋于 稳定 。显然 ,吸附宜在 pH = 10 ～13 范围内进行 。 以下实验采用苯酚 pH≈ 11溶液进行 。 2. 2 吸附等温方程
在 m = 0. 200 g, C0 = 50～6 000 mg /L , V = 0. 05 L , t = 4 h条件下 ,测定了 293, 303和 313 K时树脂对 苯酚的平衡吸附等温线 ,见图 2。
Abstract: The adsorp tion behavior of phenol w ith 717 strongly basi anion exchange resin were investiga2 ted. Experim ental results show that the m axim um adsorp tion ability of 717 resin occurs at pH = 10～13. The adsorp tion behavior of 717 resin for phenol obeys the Freundlich and Langm uir isotherm s. A t temper2 ature of 293～313 K and the adsorp tion of phenol of 220～260 mg / g, the changes of adsorp tion enthalpy is - 13. 69～ - 12. 02 kJ /mol, the free energy is - 7. 02～ - 7. 21 kJ /mol, the entropy of adsorp tion is - 22. 76～ - 15. 37 J / ( K·mol). The adsorp tion kinetics data well fit the Lagergren p seudo2second order rate equation, the adsorp tion rate constant is 8. 5 ×10 - 4 ～2. 74 ×10 - 3 g / (mg·m in) and the adsorp tion activity energy is 44. 1 kJ /mol. The statically saturated adsorp tion capacity is 399. 8 mg / g (4. 253 mmol/ g)
空气恒温摇床 ; pHS23C精密 pH计 。 1. 2 树脂预处理
先用蒸 馏 水 浸 泡 24 h, 倾 去 并 抽 干 水 , 再 用 2 mol/L HCl溶液浸泡 12 h,倾出酸液 ,用蒸馏水洗至
收稿日期 : 2010208230 基金项目 :广西自然科学基金 (桂科自 0991285) 作者简介 :谢祖芳 (1956 - ) ,女 ,广西玉林人 ,玉林师范学院教授 ,从事废水处理及资源化的研究 。电话 : 0775 - 2622315,
at 303 K. Up to 99% of the phenol adsorbed in the resin can be easily and quickly eluted w ith a
0. 05 mol/L HC l solution.
Key words:பைடு நூலகம்am ion exchange resin; phenol; adsorp tion; thermodynam ics; kinetics
含酚废水危害人体健康 ,破坏自然生态 ,造成环 境污染 。目前随着钢铁 、炼油 、石油化工 、塑料 、合成 纤维等工业的发展 ,我国含酚废水的种类与数量日 益增加 [ 1 ] 。含酚废水的处理方法主要有生化法 、萃 取法 、氧化法 、电解法 、气提法 、吸附法和焚烧法等 。 吸附法具有吸附容量大 、无二次污染 、能重复使用等 优点 ,既能使废水净化达到国家排放标准 ,又能回收 其中宝贵化工原料 ,具有经济和环境效益的统 一 [ 2 ] ,因此 ,寻找廉价 、高效的吸附剂有助于该法在 实际水处理中普遍应用 。采用树脂吸附法对苯酚的 吸附研究已见较多报道 ,主要集中于在酸性或中性 条件下进行吸附 [ 224 ] 。本文研究了国产市售的 717 树脂在碱性条件下对苯酚的吸附性能 ,并用盐酸可
式中 Ce ———吸附平衡后溶液的浓度 , mg /L; R ———气体常数 , 8. 314 J / ( K·mol) ; K0 ———常数 ; T———热力学温度 , K。 ΔH、ΔG和 ΔS 的计算结果见表 2。
行拟合 ,结果见表 1。
表 1 苯酚的 Freundlich和 Langm u ir拟合常数
Table 1 Freundlich and Langm u ir con stan ts of phenol
Freundlich 方程
L angm u ir 方程
T/K
KF
1/n
n
r2
qm KL
r2
/ (mg·g - 1 )