树脂吸附分离废水中咖啡因的研究

论文摘要

本研究对树脂吸附法处理工业咖啡因甲基化母液的新工艺进行了可行性探讨,并对树脂的吸附、解吸、再生过程进行了工艺优化。选用几种代表性的树脂分别对工业咖啡因甲基化母液进行吸附、解吸,选出了处理能力最强、解吸效果最好的极性大孔吸附树脂XDA-8作为吸附剂。通过静态实验探讨XDA-8树脂对咖啡因的吸附、解吸的最佳工艺条件发现:在pH环境为6～7的溶液中,该树脂对咖啡因的饱和吸附量最大、吸附能力最好,咖啡因甲基化母液的pH=7,可以直接进行吸附;热力学分析发现Langmuir吸附等温方程对吸附过程的拟合度良好,吸附为单分子层吸附,最大理论吸附量为432.9mg/g干树脂;吸附过程中ΔH、ΔG、ΔS均恒为负值,说明XDA-8树脂吸附咖啡因的过程为放热过程,升高温度不利于吸附;静态解吸实验得出最佳的解吸剂为60%乙醇,解吸温度70℃;动力学分析表明XDA-8树脂吸附咖啡因的前期以膜扩散控制为主,吸附后期主要受粒子内扩散影响。以工业咖啡因甲基化母液进行动态实验,发现内径10mm、内装25mLXDA-8树脂的吸附柱一次能处理约150mL,即6BV（BV—树脂体积的倍数）体积的母液;吸附时,咖啡因甲基化母液的最佳流速为2.0～3.0BV/h;70℃下用80mL左右的60%乙醇对树脂柱进行解吸,效果良好,最佳解吸流速为1.5～2.5BV/h,解吸率在97%以上。树脂在吸附、解吸后,可用吸附后的6BV左右的废水进行淋洗,淋洗流速3BV/h,使树脂得到简单再生,树脂的吸附能力恢复良好;树脂连续简单再生5次后需用酸、碱交替浸泡、淋洗的方法进行一次强化再生。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 1 文献综述
• 1.1 咖啡因简介
• 1.1.1 咖啡因的物化性质
• 1.1.2 咖啡因的药理作用
• 1.2 咖啡因的来源与提取
• 1.2.1 天然咖啡因提取工艺
• 1.2.2 工业合成咖啡因
• 1.2.3 咖啡因合成工艺存在的母液问题
• 1.3 树脂在水处理中的应用
• 1.3.1 离子交换树脂
• 1.3.2 大孔吸附树脂
• 1.4 研究内容概述
• 1.4.1 研究的背景
• 1.4.2 研究内容及设计方案
• 1.5 研究的目的与意义
• 2 实验部分
• 2.1 实验原料与仪器
• 2.2 树脂的处理
• 2.3 静态实验
• 2.3.1 静态吸附实验
• 2.3.2 静态解吸实验
• 2.4 动态实验
• 2.4.1 动态吸附实验
• 2.4.2 动态解吸实验
• 2.5 咖啡因的分析方法
• 3 实验结果与分析
• 3.1 咖啡因分析的标准曲线
• 3.2 树脂的初选
• 3.2.1 离子交换树脂
• 3.2.2 大孔吸附树脂
• 3.3 静态实验结果与讨论
• 3.3.1 pH 对吸附的影响
• 3.3.2 温度的影响及热力学分析
• 3.3.3 吸附动力学分析
• 3.3.4 解吸剂的选择
• 3.4 动态实验结果与讨论
• 3.4.1 动态吸附曲线
• 3.4.2 解吸剂流速的影响
• 3.4.3 温度对解吸的影响
• 3.5 树脂的再生
• 3.6 树脂法处理咖啡因的设计流程
• 3.7 动态实验的改进
• 3.7.1 盐析预处理
• 3.7.2 盐析法树脂吸附法的弊端
• 3.7.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录