大孔吸附树脂处理模拟苯甲酸废水的研究
摘要：目的选择合适的树脂并选择最佳的工艺条件处理模拟苯甲酸废水。方法用大孔吸附树脂对模拟苯甲酸废水进行处理，通过静态吸附和动态吸附相结合的方法得出H-103大孔吸附树脂处理苯甲酸废水的最 适合的工艺条件。结果在苯甲酸浓度3 000 mg/L、温度室温18℃~20℃时，最佳吸附条件是动态吸附流速 7 BV/h；最佳洗脱条件乙醇用量为80 mL。静态吸附后，苯甲酸的浓度去除率为78·7%，动态吸附后浓度去除率为99·98%，树脂的反复使用性能良好。结论用H-103大孔吸附树脂处理苯甲酸废水效果良好。
关键词：H-103大孔吸附树脂；苯甲酸；吸附条件；脱附条件；浓度去除率
1 引 言
苯甲酸又称安息香酸，可用作制药和染料的中间体，用于制取增塑剂和香料等，也可作为钢铁设备的 防锈剂。苯甲酸的排放给环境带来了严重的污染，开发有效的治理方法具有社会和经济意义。利用大孔吸附树脂吸附法处理高浓度有机废水已有成功先例[1-2]，南京大学刘福强[3-4]、张炜铭等[5]人在用大孔吸附 树脂处理含有机酸的废水方面取得了一定的成果。例如刘福强等人用对比超高交联吸附树脂NJ-8与Am- berlite XAD-4对苯甲酸的静态吸附动力学性质进行了研究，并深入探讨温度和起始浓度对平衡时间和吸附速率的影响；此外，中山大学陈津津[6]等人利用电位法跟踪观察了在不同介质环境下D354树脂吸附苯甲酸的行为。但是目前国内未见使用H-103大孔吸附树脂处理废水中的苯甲酸的研究的报道。针对该废 水的特点，本实验选用三种树脂对模拟苯甲酸废水进行了吸附-解吸等一系列条件实验，选出了最佳树脂和工艺条件。
2 材料与方法
2·1 实验仪器及试剂
仪器: SHA-C型数显恒温水浴振荡器(江苏省金坛市城西晓阳仪器厂)； 752N紫外可见分光度计 (上海精密科学仪器有限公司)； FA/JA电子天平(上海精密科学仪器有限公司，天平仪器厂制造)； PHS-3C型酸度计(上海雷磁仪器厂)。
试剂: H-103大孔吸附树脂(“远航”牌)； DA-201大孔吸附树脂(“远航”牌，津Q/HG3790-91)； NKA-Ⅱ大孔吸附树脂(“远航”牌)；苯甲酸(A。 R级、分析纯，天津市化学试剂三厂)。
2·2 废水来源
配制苯甲酸模拟废水。将9·000 g苯甲酸(分析纯)用3 000 mL蒸馏水溶解得苯甲酸浓度约3 000 mg/L的模拟废水。
2·3 实验方法
2·3·1 树脂预处理 将三种树脂放到恒温干燥箱中干燥至恒重后放到干燥器中储存备用。
2·3·2 静态平衡吸附实验(树脂比较) 准确称取H-103、DA-201、NKA-Ⅱ三种恒重后的干树脂各 1·000 g分别置于250 ml锥形瓶中，各加入100 ml一定浓度的试液，恒温(20℃)震荡，每两小时取一 次样进行分析，用752N型紫外可见分光光度计测定吸附后试液的浓度，做浓度c与时间t的关系曲线， 选择最佳树脂。
2·3·3 废水pH值对树脂静态吸附效果的影响
将原废水的pH分别调为1、2、3、4、5、6、7，在相同 的条件下即废水浓度一定，体积100 mL，选用确定的的树脂1·000 g，恒温(20℃)震荡至静态吸附平 衡，测定试样浓度，做浓度c与pH的关系曲线，选择最佳pH。
2·3·4 吸附流速对树脂吸附性能的影响
分别采用5 BV/h、7 BV/h、10 BV/h的流量，在相同条件下 即废水浓度一定， pH恒定为2，吸附温度恒定为室温18℃~20℃下进行动态吸附。取10 ml湿树脂装在 酸式滴定管中(下铺棉花)，装入废水，按上述流量流出，分别取不同体积流出液测定浓度，做浓度c与 流出体积的关系曲线，确定最合适的流速。
2·3·5 脱附实验
吸附剂达到饱和后，加入一定量的乙醇解吸剂，以一定流速通过树脂床，进行洗脱， 控制流速为3~5 V/h，分别取20 ml、40 ml、60 ml、80 ml， 100 ml流出液测定其吸光度，在标准曲线 上查得苯甲酸浓度，作脱附曲线。最后用水洗涤大孔树脂，既可反复使用。
2·4 分析方法
2·4·1 标准曲线的绘制
准确配制苯甲酸浓度为5 mg/L、10 mg/L、15 mg/L、20 mg/L、25 mg/L的 系列标准溶液。以蒸馏水作为参比液，比色皿厚度为1 cm时，用752N型紫外可见 分光光度计于223 nm处测定系列标准溶液的吸光度。以浓度为横坐标，吸光度为 纵坐标作图(如图1)，并进行线性回归得回归方程和相关系数。
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2·4·2 试样分析
将经过吸附处理的含苯 甲酸废水在223 nm处用紫外分光光度计 测其吸光度，将吸光度带入回归方程，计 算处理后废水中苯甲酸的浓度，最后计算 污染物浓度的去除率(%)。
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3 结果与讨论
3·1 树脂筛选
三种大孔吸附树脂的吸附结果见图2。
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由图2可以看出， NKA-Ⅱ以及 H-103大孔吸附树脂对含苯甲酸废水 的吸附能力较DA-201大孔吸附树脂 好。在相同时间，用NKA-Ⅱ及H- 103大孔吸附树脂吸附后的苯甲酸废 水浓度明显比DA-201大孔吸附树脂 低。 NKA-Ⅱ树脂处理苯甲酸后浓度 去除率为82·1% ， H-103树脂处理苯 甲酸后浓度去除率为78·7%， DA-201 树脂处理后的为47·6%。考虑到 NKA-Ⅱ大孔树脂的价格比较高，所 以处理废水采用H-103大孔吸附树脂 将更加经济且效果比较好。
3·2 pH值的影响
将含苯甲酸废水的pH调至1、2、3、4、5、6、7时，用H-103大孔吸附树脂进行静态吸附实验，结 果如图3所示。
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从图3中可以看出，随着pH的不断减 小，苯甲酸浓度越来越小，证明吸附效果越 好。到pH为2时，苯甲酸浓度达到最低， 因此pH为2时的吸附效果最好。
3·3 流速对树脂吸附性能的影响 在相同条件下即废水浓度为3 000 mg/ L，吸附温度恒定下采用5 BV/h、7 BV/h 和10 BV/h吸附流速进行动态吸附实验。
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图4可以看出，当流速为5 BV/h、7 BV/h和10 BV/h时，树脂的穿漏点所对应 的流出液体积分别是360 ml左右、280 ml 左右、200 ml左右。即漏点的废水处理量随流速的增加而减少，树脂的工作吸附量也相应降低，其原因 是流速越高，流体停留时间越短，有机物分子在树脂床中进行粒扩散和膜扩散越不充分，导致泄露点提前。从吸附效果考虑，低速下的操作是有利的，但在实际应用中，必须考虑单位时间的处理能力，因此综 合考虑吸附效果与时间因素，选择操作流速为7 BV/h。
3·4 脱附剂用量的影响
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图5表示在室温下用乙醇作为脱附剂时其用量对H-103大孔吸附树脂脱附性能的影响。由图可知， 用乙醇作脱附剂时，可将苯甲酸洗脱至7 mg/L左右，结果表明，用乙醇为脱附剂，可以起到非常好的脱 附效果。脱附率可达到95·1%。脱附剂的用量在80 mL时为最佳。实验过程中，考虑时间因素，一般控 制流速为3~5 BV/h。同时研究了用5% NaOH作脱附剂的方法，但脱附后的浓度只能降到4 g/L，效果 不如乙醇好。
3·5 吸附-脱附稳定性实验
根据以上的实验结果， H-103大孔吸附树脂处理含苯甲酸废水的吸附-脱附稳定性实验采用如下的工艺条件:
吸附:废水浓度为3 000 mg/L，流速为7 BV/h，温度为室温。
脱附:脱附剂乙醇用量为80 mL，流速控制在3~5 BV/h，温度为室温。
4 结 论
综合经济、环境、社会效益可以得到如下结论:
1) H-103大孔吸附树脂对废水中苯甲酸的处理效果比另二种树脂要好。
2)在使用H-103大孔吸附树脂对废水中苯甲酸处理时动态吸附的最佳流速为7 BV/h，解析剂乙醇 的用量为80 mL。
3)静态吸附的吸附率为78·7%，动态吸附的吸附率为99·98%。
与传统的氧化法、生化法、萃取法处理苯甲酸废水相比，这种方法工艺简单、树脂可反复使用，苯甲酸、乙醇可回收，运行成本低，既保护了环境又节约了资源，具有经济、社会和环境效益的统一。
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