强碱性阴离子交换树脂在海水提溴中的应用

论文摘要

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 K328 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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 溴简介
• 1.2 溴资源分布和应用概况
• 1.2.1 溴的分布情况
• 1.2.2 溴的应用
• 1.3 海水提溴的意义
• 1.4 溴的提取方法及原理
• 1.4.1 空气吹出法
• 1.4.2 水蒸气蒸馏法和连续双过程真空提溴法
• 1.4.3 溶剂萃取法
• 1.4.4 沉淀法
• 1.4.5 膜分离法
• 1.4.6 吸附法
• 1.5 吸附概述
• 1.5.1 吸附定义
• 1.5.2 吸附分类
• 1.5.3 吸附等温线和吸附等温式
• 1.5.4 吸附过程
• 1.5.5 吸附的影响因素
• 1.6 离子交换技术的概况
• 1.6.1 离子交换树脂的性能与选用
• 1.6.2 离子交换树脂的分离原理
• 1.6.3 离子交换树脂法提溴的现状和进展
• 1.7 选题依据、研究意义和研究内容
• 1.7.1 选题依据及意义
• 1.7.2 研究内容
• 2 海水溴离子浓度的测定方法
• 引言
• 2.1 实验仪器与试剂
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 氧化-偶联分光光度法
• 2.2.2 双氧水氧化-萃取分光光度法
• 2.2.3 动态分光光度法
• 2.2.4 甲基橙分光光度法
• 2.2.5 溴离子选择电极法
• 2.2.6 加标回收率测定
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 氧化-偶联分光光度法结果
• 2.3.2 双氧水氧化-萃取分光光度法结果
• 2.3.3 动态分光光度法结果
• 2.3.4 甲基橙分光光度法结果
• 2.3.5 溴离子选择电极法结果
• 2.4 小结
• 3 树脂的选择
• 引言
• 3.1 实验仪器与试剂
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 树脂的预处理
• 3.2.2 三种树脂对溴离子标准溶液的静态饱和吸附量
• 3.2.3 三种树脂对人工海水中溴离子的静态饱和吸附量
• 3.2.4 三种树脂抗物理破裂能力的考察
• 3.3 结果与讨论
• 3.4 小结
• 4 201×7 树脂对人工海水的静态吸附实验
• 4.1 实验仪器与试剂
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 树脂质量对吸附的影响
• 4.2.2 温度对吸附的影响
• 4.2.3 静态吸附速率曲线及速率常数的测定
• 4.2.4 等温吸附曲线
• 4.2.5 树脂对天然海水的静态吸附
• 4.2.6 树脂吸附溴离子前后的红外表征
• 4.2.7 解吸剂的选择
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 树脂质量的影响
• 4.3.2 温度对吸附的影响
• 4.3.3 静态吸附速率曲线及速率常数
• 4.3.4 等温吸附曲线
• 4.3.5 201×7 树脂对天然海水的静态吸附
• 4.3.6 树脂吸附溴离子前后的红外表征结果
• 4.3.7 最佳解吸剂及其浓度的确定
• 4.4 小结
• 5 201×7 树脂对人工海水的动态吸附实验及树脂初步改性研究
• 5.1 实验仪器与试剂
• 5.2 实验方法
• 5.2.1 201×7 树脂对人工海水中溴离子的动态饱和吸附量
• 5.2.2 流速对树脂吸附性能的影响考察
• 5.2.3 201×7 树脂的动态解吸曲线
• 5.2.4 201×7 树脂在天然海水中的吸附检验
• 5.2.5 解吸剂流速对解吸的影响考察
• 5.2.6 树脂初步改性研究
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 201×7 树脂的动态饱和吸附量
• 5.3.2 流速对树脂吸附性能的影响
• 5.3.3 201×7 树脂在天然海水中的动态吸附
• 5.3.4 201×7 树脂的动态解吸曲线
• 5.3.5 解吸剂流速对解吸附过程的影响
• 5.3.6 树脂初步改性结果
• 5.4 小结
• 6 结论与建议
• 6.1 论文主要结论
• 6.2 存在的不足及建议解决的问题
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文