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强碱性阴离子交换树脂在海水提溴中的应用

王滢秀  
【摘要】:溴是一种重要的工业原料,在国民经济中应用广泛。地球上99%的溴都存在于海水中,随着现代生活对溴的需求量日益增大,海水提溴工程愈加重要而紧迫。目前采用的海水提溴技术普遍存在耗能高、流程复杂及成本高的缺点,因此寻找高效率、低成本直接从海水中提取溴离子的方法具有重要的意义。本文主要以201×7强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂为吸附剂,研究了该树脂对海水中溴离子的吸附性能。 通过对文献报道较多的五种溴离子测定方法进行了比较。从测定结果的准确性、重现性、操作的难易程度及避免使用有毒化学品等方面考虑,选用甲基橙分光光度法,平均加标回收率为99.7%,标准曲线的相关系数R 2 = 0.9998,准确度较高,重现性均较好,操作简便且不使用有毒化学品。 从静态饱和吸附量、饱和吸附时间及抗物理破裂能力等方面,考察了201×4、201×7强碱性阴离子交换树脂和D201大孔强碱性阴离子交换树脂对人工海水中Br -的吸附,结果表明,201×7树脂较另外的两种树脂均有较大的吸附量和较短的吸附时间,且树脂颗粒抗物理破裂能力强,不易破损。该树脂的静态饱和吸附平衡时间为40 min左右,对Br–标准溶液、Br–浓度为128.26 mg·L~(-1)的人工浓海水及Br–浓度为65.03 mg·L~(-1)的人工海水中的静态饱和吸附量分别为33.25 mg·g~(-1)、25.94 mg·g~(-1)和29.42 mg·g~(-1)。 以201×7树脂为吸附剂进行对Br–浓度为128.26 mg·L~(-1)人工海水的静态吸附实验和静态解吸实验,结果表明:树脂质量的增加可提高吸附量,但当树脂质量达1.0 g时吸附量无明显变化,实验中树脂质量选取1.0 g;在288 K~328 K范围内,升高温度对该吸附过程有利,但吸附率的增幅不大,实验中温度选取298 K。在此基础上,根据静态吸附速率曲线,得到298 K时201×7树脂吸附Br–的表观速率常数为: k 298 = 1.7×10-3 s~(-1),液膜扩散是该吸附过程的主控步骤。根据等温吸附曲线确定吸附过程较符合Freundlich吸附等温式。通过红外光谱分析可知,201×7树脂吸附溴离子前后树脂的骨架结构没有发生化学反应,吸附发生的原因主要是Br–与( )—N +CH33之间的静电引力作用,该吸附过程属于离子交换吸附。测得201×7树脂对天然海水的静态饱和吸附量为27.72 mg·g~(-1)。确定了1.5 mol·L~(-1)柠檬酸钠溶液为最佳解吸剂,解吸率达79.68%。 以201×7树脂为吸附剂进行对Br–浓度为128.26 mg·L~(-1)人工海水的动态吸附实验和动态解吸实验,结果表明:低流速有利于该吸附过程。计算流速为2.3 ml·min~(-1)时的动态饱和吸附量为13.42 mg·g~(-1),比静态饱和吸附量小,说明此过程的动态吸附没有静态吸附效果好。解吸剂流速越慢,解吸效果越好,但单位时间解吸量却不随着流速的减慢而升高。解吸流速为3.2 ml·min~(-1)时,解吸Br–总量为49.41 mg,动态解吸率为63.49%,较静态解吸率有所下降,说明动态解吸没有静态解吸效果好。201×7树脂在天然海水中的吸附量在一定时间内随时间延长而增加,但是72 h之后,吸附量反而下降,测得吸附72 h后吸附量为38.57 mg·g~(-1)。


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