离子交换树脂在废水处理中的综合应用

论文摘要

离子交换树脂在水的软化、脱盐、环境修复、废水治理、冶金、色谱分析、生物分离、以及催化等领域有着广泛的应用。但离子交换树脂受污染问题及大量报废树脂产生固体污染问题已成为当前离子交换树脂水处理工艺中的棘手问题。本论文首先探究了铁污染和有机物污染树脂的复苏工艺技术,以延长树脂使用寿命；并综合利用报废树脂,开发具有光催化性能优异、成本低廉、可循环使用的ZnS／活性炭和CdS／树脂复合材料,变废为宝,也为固载型催化剂的开发提供了新的途径。本论文的主要内容如下：1.采用正交设计法,利用方差分析和优化技术探索复苏剂成分对电镀废水处理系统中铁污染树脂复苏效果的影响,得出最佳复苏剂配方。实验结果表明,对铁污染程度较轻的强酸性阳离子交换树脂采用盐酸复苏法是可行的,而对铁污染程度较重的强碱性阴离子交换树脂需要采用亚硫酸钠还原复苏法。此外,还通过比较四种复苏剂对有机物污染阴离子交换树脂复苏效果,得出复苏有机物污染树脂的最佳配方。两种树脂经过复苏后,树脂的利用率明显提高,工作交换容量也大幅度提高,且复苏成本较低。2.利用废弃大孔强酸性阳离子交换树脂为原料合成ZnS／活性炭（AC）复合材料,工艺简单,成本低廉,并考察了升温速度、碳化温度及含锌量等工艺因素对ZnS/AC得率和吸附性能的影响,采用XRD、SEM、TG、XPS、氮气吸附等方法对其样品进行了表征。研究发现,当升温速率为3℃／min、碳化温度为500℃、ZnCl2浸渍比为1.5的条件下制备的ZnS／活性炭复合材料的综合性能最佳,在本实验条件下,对Cu2+,Pb2+和Ni+离子均实现了98%以上的吸附率,且对甲基橙的光降解率达到48.0%。3.首次利用废弃大孔强碱性阴离子交换树脂为模板,采用离子交换法原位合成CdS／树脂复合材料和CdS微纳米棒,并考察了产物形貌随反应时间的变化。以甲基橙作为目标染料,考察了产物形貌、染料初始浓度、pH值、光照条件等因素对甲基橙降解率的影响,在本实验条件下,反应时间8h时对应的CdS／树脂复合材料催化效果最佳,在氙灯和太阳光条件下降解率均达到99%以上,且循环利用实验表明制备的CdS／树脂复合材料是一种能持续保持高催化活性的复合催化剂。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 离子交换树脂的发展现状
• 1.2 离子交换树脂概述
• 1.2.1 离子交换树脂的化学结构
• 1.2.2 离子交换树脂的物理结构
• 1.2.3 离子交换树脂的分类
• 1.3 离子交换基本原理
• 1.3.1 离子交换平衡
• 1.3.2 选择性顺序
• 1.3.3 离子交换反应
• 1.4 离子交换树脂的应用
• 1.4.1 离子交换树脂在废水处理中的应用
• 1.4.2 离子交换树脂型催化剂
• 1.4.3 离子交换树脂基活性炭
• 1.5 离子交换树脂的再生和复苏
• 1.5.1 离子交换树脂的再生
• 1.5.2 离子交换树脂的污染和复苏
• 1.6 本论文的设计思路和技术方案
• 参考文献
• 第二章 离子交换树脂的复苏工艺研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 仪器和试剂
• 2.2.2 铁污染阳离子交换树脂的复苏
• 2.2.3 铁污染阴离子交换树脂的复苏
• 2.2.4 有机物污染阴离子交换树脂的复苏
• 2.3 结果和讨论
• 2.3.1 铁污染阳树脂的盐酸复苏法结果分析
• 2.3.2 铁污染阴树脂的还原复苏法结果分析
• 2.3.3 铁污染复苏机理
• 2.3.4 有机物污染阴树脂的复苏研究结果分析
• 2.3.5 离子交换树脂复苏前后技术指标对照
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 离子交换树脂基ZnS/活性炭的制备和性质研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂与仪器
• 3.2.2 ZnS/AC复合材料的制备和表征
• 3.2.3 ZnS/AC复合材料收率的测定
• 3.2.4 乙醇吸附量的测定
• 3.2.5 重金属离子吸附量的测定
• 3.2.6 光降解有机染料的测定
• 3.3 结果与讨论
• 2+阳离子交换树脂的热重分析'>3.3.1 含Zn²⁺阳离子交换树脂的热重分析
• 3.3.2 制备条件对ZnS/AC复合材料收率和吸附性能的影响
• 3.3.3 ZnS/AC复合材料的微观结构
• 3.3.4 ZnS/AC复合材料的形貌
• 3.3.5 BET比表面积与孔径分布
• 3.3.6 ZnS/AC复合材料对重金属离子的吸附性能
• 3.3.7 ZnS/AC复合材料对甲基橙的光降解性能
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 CdS/树脂复合材料的制备及其光催化性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂与仪器
• 4.2.2 CdS/树脂复合催化剂的合成和表征
• 4.2.3 光催化降解有机染料的研究
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 阴离子交换树脂的形貌
• 4.3.2 CdS/树脂复合材料的形貌和物相分析
• 4.3.3 CdS/树脂复合材料的热重分析
• 4.3.4 CdS/树脂复合材料的光学性质研究
• 4.3.5 光降解有机染料效果分析
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 硕士期间发表论文
• 致谢