电渗析法处理苯胺废水

论文摘要

苯胺类物质作为重要的有机中间体,在医药、橡胶硫化等化工领域都有着广泛的应用。由于苯胺具有长期残留性、生物蓄积性、难降解性和致癌性,许多国家都严格规定了它的排放标准。工业上处理苯胺废水方法主要有吸附法,萃取法,高级氧化法,微生物降解法等。但吸附法中的吸附剂再生较困难；萃取法的萃取剂容易流失、能耗高、操作也复杂；高级氧化法反应条件苛刻,运行费用高；生物法需要对废水进行大量稀释,只适合处理低浓度的苯胺废水。因此,迫切需要一种新型高效的方法来去除废水中的苯胺。电渗析技术作为一种新兴的膜分离技术,可在直流电场作用下,利用带电离子透过离子交换膜的定向迁移,从而实现对溶液的浓缩与淡化。该技术广泛用于化工脱盐和海水淡化等领域,具有无需添加化学试剂和高选择性以及能耗低等优点。本文利用向苯胺溶液中加入HCl,将其转化为盐酸苯胺,使其在溶液中以C6H5NH3+的形式存在,然后采用电渗析法在淡室得到苯胺的淡化液,在浓室得到苯胺的浓缩液的一种苯胺废水处理技术。本研究主要考察了HCl加入量、苯胺初始浓度、电压、流量、淡室溶液体积以及浓室溶液选择对苯胺浓缩淡化的影响。根据实验结果确定了较优的操作条件,结果表明,对于浓度为500 mg／L的盐酸苯胺溶液,在苯胺与盐酸的摩尔比为1：5,操作电压为32V,流量为60L/h的条件下,经过120min的电渗析处理,淡室苯胺的出口浓度为4mg/L,去除率高达99%,浓室苯胺的出口浓度为1025mg/L。在循环浓缩实验中,利用本实验的电渗析设备可以将苯胺的浓度从500mg/L浓缩至6390mg/L。经过电渗析的处理,淡室苯胺溶液可以达到排放标准,而浓室苯胺可以经过循环浓缩使其达较高浓度后进行回收利用。本论文还对电渗析浓缩淡化苯胺废水的极限电流密度与能耗进行了分析,考察了该浓缩工艺对苯胺的最高浓缩浓度。根据实验结果,在本实验设备所选最优操作条件下,处理苯胺浓度为1000 mg/L的废水,极限电流为135.5mA,能耗较低,仅为0.71 W·h/L,电渗析能够将初始质量浓度为337 mg/L的盐酸苯胺溶液最高浓缩至29944mg/L,对苯胺实现了高达88.9倍的浓缩,进一步完善了利用电渗析技术处理苯胺废水的工艺条件。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 苯胺及含苯胺废水的危害来源
• 1.3 苯胺废水的处理工艺
• 1.3.1 物理处理方法
• 1.3.2 化学处理方法
• 1.3.3 生物处理方法
• 1.4 膜分离技术在苯胺废水处理中的应用
• 1.4.1 膜分离技术的发展与特点
• 1.4.2 反渗透法处理苯胺废水
• 1.4.3 纳滤法处理苯胺废水
• 1.4.4 反渗透与纳滤法的缺陷
• 1.5 电渗析技术
• 1.5.1 电渗析原理与过程
• 1.5.2 电渗析离子交换膜
• 1.5.3 电渗析膜污染及其控制方法
• 1.5.4 电渗析的发展工艺
• 1.5.5 电渗析的广泛应用
• 1.5.6 电渗析处理弱电解质
• 1.6 本课题的研究内容
• 第二章 电渗析法处理苯胺废水的前期研究
• 2.1 电渗析处理苯胺废水的基本原理
• 2.2 电渗析装置
• 2.3 实验原料及仪器
• 2.4 苯胺浓度的测定
• 2.4.1 色谱分析
• 2.4.2 绘制标准曲线
• 2.5 电渗析处理苯胺废水的前期研究
• 2.5.1 电渗析处理苯胺废水HCl加入量的初步考察
• 2.5.2 未经吸附的致密异相膜处理苯胺废水
• 2.5.3 浓室苯胺浓度增加的原因
• +和C₆H₅-NH₃⁺的置换'>2.5.4 阳膜中的Na⁺和C₆H₅-NH₃⁺的置换
• 2.6 本章小结
• 第三章 电渗析脱除与浓缩苯胺性能的测定与优化
• 3.1 新致密异相膜的吸附实验
• 3.2 高浓度的苯胺累积浓缩
• 3.3 电渗析处理苯胺废水的可行性研究
• 3.4 电渗析处理苯胺废水的操作条件优化
• 3.4.1 溶液中盐酸加入量的影响
• 3.4.2 苯胺初始质量浓度的影响
• 3.4.3 操作电压的影响
• 3.4.4 流量的影响
• 3.4.5 淡室溶液体积的影响
• 3.4.6 不同浓室溶液的影响
• 3.5 电渗析对苯胺的淡化与浓缩性能
• 3.6 最高浓缩浓度
• 3.7 本章小结
• 第四章 电渗析处理苯胺废水工艺
• 4.1 极限电流密度的测定
• 4.1.1 极化现象与危害
• 4.1.2 极限电流密度的测定
• 4.2 能耗分析
• 4.3 电渗析处理苯胺废水的工艺参数计算
• 4.4 HCl浓度的其它影响
• 4.4.1 HCl影响的深入考察
• 4.4.2 HCl浓度对循环浓缩实验的影响
• 4.5 致密异相膜对苯胺的饱和吸附量曲线
• 4.5.1 致密膜的吸附研究
• 4.5.2 致密膜对苯胺的饱和吸附曲线
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 本论文创新点
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士论文期间发表的学术论文及其它成果
• 作者和导师简介