不同功能團(tuán)的離子交換樹脂在堿液中的除鐵試驗(yàn)研究

李 艷，羅紅兵

（ 內(nèi)蒙古博源工程有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

不同功能團(tuán)的離子交換樹脂在堿液中的除鐵試驗(yàn)研究

李 艷，羅紅兵

（ 內(nèi)蒙古博源工程有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

本文研究了不同功能團(tuán)的離子交換樹脂在堿液中的除鐵情況。采用不同功能團(tuán)的離子交換樹脂，通過流動(dòng)床吸附，考察其在堿液中的除鐵性能，結(jié)果顯示，T-IRR、IRC-747和IRC-748這3種樹脂在堿性環(huán)境下均具有除鐵效果，其中T-IRR的吸附量較少，持續(xù)時(shí)間較短；IRC-747的吸附量最大，持續(xù)時(shí)間最長，在體積流量為3BV·h-1的條件下，除鐵效率最高可達(dá)到84%，并對(duì)其機(jī)理進(jìn)行了分析。

不同功能團(tuán)；離子交換樹脂；堿液；除 鐵

氯堿化工生產(chǎn)中，設(shè)備腐蝕及原料中帶入的鐵離子會(huì)影響產(chǎn)品的品質(zhì)，特別是pH較高的溶液中，鐵離子會(huì)影響產(chǎn)品的顏色，因此，降低并控制堿性溶液中的鐵含量，在氯堿化工生產(chǎn)中具有重要的意義。

從溶液中去除鐵離子的方法主要有化學(xué)沉淀法、電滲析法、離子交換法、溶劑萃取法和乳化液膜法等[1]?；瘜W(xué)沉淀法[2]需加入固體Na2S，會(huì)產(chǎn)生有毒的硫化氫氣體，給工作環(huán)境及工人的健康帶來危害，還會(huì)使產(chǎn)品中帶入新的雜質(zhì)。電滲析法、溶劑萃取法和乳化液膜法由于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)方面的原因，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化較困難[3]。而離子交換法[4-5]以苯乙烯-二乙烯苯為骨架，嫁接一定的功能團(tuán)，可與溶液中的離子發(fā)生交換反應(yīng)，達(dá)到去除溶液中特定離子的目的。由于該方法工藝先進(jìn)簡單，使用壽命長，交換量大，再生后可反復(fù)使用，對(duì)現(xiàn)場環(huán)境和工人的健康沒有危害，近年來受到人們的關(guān)注，也是研究應(yīng)用較多的一種有效方法。本文考察了不同功能團(tuán)的T-IRR、IRC-747和IRC-748這3種樹脂在堿性環(huán)境下的除鐵效果，并對(duì)其機(jī)理進(jìn)行了分析。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原料和試驗(yàn)裝置

堿液的總堿含量為140g·L-1（以Na2CO3計(jì)），主要成分有碳酸鈉、碳酸氫鈉、氯 化鈉、硫酸鈉和少量具有還原性的有機(jī)質(zhì)，使該水體中的鐵主要以二價(jià)離子形式存在。T-IRR是美國Tulsion牌離子交換樹脂，IRC-747和IRC-748是美國AMRERLITE牌樹脂。

試驗(yàn)采用流動(dòng)床處理堿液，試驗(yàn)裝置示意圖見圖1。有機(jī)玻璃管高度為1.2m，內(nèi)徑為40mm。

圖1 試驗(yàn)裝置示意圖

1.2 藥品與儀器

主要試劑：鹽酸、氫氧化鈉、鄰菲啰啉、氨水、乙酸-乙酸鈉緩沖溶液、抗壞血酸。

主要儀器：電子天平、紫外可見分光光度計(jì)（帶10mm比色皿）、電爐、有機(jī)玻璃柱、計(jì)量泵。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)中所處理的堿性水體的鐵含量大約為20mg·L-1，試驗(yàn)過程包括樹脂的預(yù)處理、吸附和再生三個(gè)步驟。

樹脂的預(yù)處理：將1L的樹脂裝入有機(jī)玻璃柱，先用水洗至pH=8，再用4%的鹽酸以1.5BV·h-1的流速洗2h，然后用水洗至pH=5～7，接著用2%的氫氧化鈉以1.5BV·h-1的流速洗2h，最后用水洗至pH=8，備用。

樹脂的吸附：將堿液以一定的流速通過預(yù)處理后的樹脂，水體的pH值為10，溫度為25℃。用鄰菲啰啉分光光度法檢測不同時(shí)間點(diǎn)處理后堿液中的鐵含量，考察樹脂的除鐵效率。樹脂的再生步驟同樹脂的預(yù)處理過程一致。

2 結(jié)果與分析

2.1 3種除鐵樹脂性能比較

將體積為1L的T-IRR、IRC-747和IRC-748這3種樹脂分別裝入3個(gè)有機(jī)玻璃柱，經(jīng)預(yù)處理活化后，將堿液以3BV·h-1的流速通過該樹脂，測定處理后堿液中不同時(shí)間點(diǎn)鐵的含量，考察樹脂的吸附性能和除鐵效率，結(jié)果見圖2、圖3。

圖2 處理后堿液中鐵含量和時(shí)間的關(guān)系

圖3 樹脂的除鐵效率隨時(shí)間的變化關(guān)系

由圖2、圖3可以看出，T-IRR、IRC-747和IRC-748這3種樹脂在堿液中均具有除鐵效果，其中T-IRR的吸附量較少，持續(xù)時(shí)間較短，約為13h；IRC-747的吸附量最大，持續(xù)時(shí)間最長，64h后除鐵率仍保持在40%以上，在體積流量為3BV·h-1的條件下，除鐵效率最高可達(dá)到84%。

2.2 機(jī)理討論

從以上數(shù)據(jù)計(jì)算得知，IRC-747和IRC-748的實(shí)際吸附量分別是3248mg·L-1和1849mg·L-1，遠(yuǎn)高于T-IRR的實(shí)際吸附量688mg·L-1。因?yàn)镮RC-747的功能團(tuán)是氨基磷酸，屬于弱酸性陽離子交換樹脂，其磷酸根具有較高的電負(fù)性，對(duì)溶液中的二價(jià)鐵離子有較強(qiáng)的親和力，并且其功能團(tuán)為類似直鏈結(jié)構(gòu)，空間位阻小，所以吸附速度快，吸附量大。IRC-748的功能團(tuán)是亞氨基二乙酸，屬于弱酸性陽離子螯合樹脂，離子交換時(shí)的空間阻力大，交換速度慢，吸附量小。IRC-747和IRC-748的吸附過程如下列方程式所示。

IRC-747的吸附過程：

IRC-748的吸附過程：

T-IRR是堿性陽離子交換樹脂，其骨架為苯乙烯共聚物。吸附過程中，骨架表面嫁接的具有氧化性的功能團(tuán)將溶液中的二價(jià)鐵離子轉(zhuǎn)化為三價(jià)鐵離子，形成不溶性的氫氧化鐵沉淀物，被樹脂床層攔截過濾。試驗(yàn)中所用的堿液含較高的具有還原性的有機(jī)質(zhì)，不利于T-IRR的氧化吸附。

T-IRR樹脂的理論吸附量是30g·L-1，要求進(jìn)液的TDS小于1400mg·L-1，試驗(yàn)中采用的堿液含較高的鹽分和有機(jī)質(zhì)，會(huì)影響鐵離子的吸附。從以上數(shù)據(jù)計(jì)算得知其實(shí)際吸附量是688mg·L-1，明顯低于其理論吸附量。

3 結(jié)論

從試驗(yàn)結(jié)果看，T-IRR、IRC-747和IRC748這3種樹脂在堿性環(huán)境下均具有除鐵效果，其中T-IRR的吸附量最少，持續(xù)時(shí)間最短；IRC-747的吸附量最大，持續(xù)時(shí)間最長，在體積流量為3BV·L-1

的條件下，除鐵效率最高可達(dá)到84%。

[1] 黃鑫，張陽飛，陳靜，等.離子樹脂去除磷酸鹽生產(chǎn)中鐵離子的研究[J].杭州化工，2013(4)：19-20.

[2] 潘勝利，潘磊.精制使用硫化堿方法的改進(jìn)[J].發(fā)酵科技通訊，2004，33(3)：33-34.

[3] 魏世轅，等.離子交換法除去濕法膦酸中鐵離子的研究[J].浙江化工，2010，41(1)：25-27.

[4] 周玉新，等.離子交換樹脂吸附稀硫酸中鐵離子的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)[J].武漢工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，34(9)：9-12.

[5] 李光偉，陳志強(qiáng)，等.強(qiáng)酸性陽樹脂復(fù)蘇試驗(yàn)研究[J].工業(yè)用水與廢水，2006，37(6)：51-54.

Study on Elimination of Iron from Alkaline Liquor with Ion-exchange Resins of Different Functional Group

LI Yan, LUO Hongbing
(Inner Mongolia Brecc Engineering Co. Ltd., Ordos 017000, China)

The elimination of iron fro m alkaline liquor with ion-exchange resins of different functional groups was studied. The performance of the elimination of iron in alkaline liquor using different types of resin through moving bed adsorption was inve stigated. The results showed that T-IRR, IRC-747 and IRC-748 resins could eliminate the iron in alkaline liquor, the adsorption quantity of T-IRR was less than others, and the duration of T-IRR was shorter than others. The adsorption quantity of IRC-747 was largest and the duration was also longest. When the volume fl ow of IRC-747 was 3 BV/h, the highest effi ciency of the elimination of iron could reach 84%. Furthermore their mechanisms were analyzed.

different functional group; ion-exchange resins; alkaline liquor; elimination of iron

TQ 425

B

1671-9905(2017)03-0022-02

李艷（1984-），女，內(nèi)蒙古鄂爾多斯市人，碩士研究生，工程師，任職于內(nèi)蒙古博源工程有限責(zé)任公司，從事化工工藝研發(fā)

2017-01-17