吸附树脂对邻苯二甲酸的吸附热力学和动力学研究
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南开大学博士学位论文吸附树脂吸附动力学研究姓名:***申请学位级别:博士专业:高分子化学与物理指导教师:史作清;许名成2000.5.1摘要7r&;2岁.2摘要本文有针对性地合成了三种孔结构不同的聚苯乙烯型吸附树脂:大孔聚苯乙烯型、凝胶后交联聚苯乙烯型和大孔后交联聚苯乙烯型吸附树脂,并对这三种树脂的吸附动力学性质进行了详细研究。
提出了适宣的吸附动力学模型。
在吸附过程为粒扩散控制时,通过考察树脂孔结构参数(如孔径、比表面、孔隙分数等)变化时粒扩散速度的变化,以实验结果说明了影响粒内扩散速度的主要因素,确定了粒内扩散过程的控速步骤。
在吸附过程为膜扩散控制时,通过考察树脂表面结构对吸附速度的影响,确定了膜扩散速度的影响因素。
f对各类吸附树脂内部和表面结构的详细研究发现,直接借用Boyd等关于凝胶型离子交换树脂的动力学方程来表征吸附树脂吸附动力学性质有时是不合理的,必须对Boyd方程进行必要的修正。
、)《,k~对于大孔聚苯乙烯型吸附树脂,其内部是清晰的两相结构一孔和固相骨架。
Boyd等的拟均相结构模型并不完全适用于大孔吸附树脂,为此,我们提出了适宜的粒扩散模型一表面扩散和孔扩散模型。
(在吸附过程为粒扩散主控时,吸附速z!一一、。
度随比表面积的增加而增快,但不受孔隙分数的影响,因此可以判断粒内扩散为表面扩散控制机制。
由于大孔聚苯乙烯型吸附树脂表面也保持孔和固相骨架的两相结构,吸附质分子无法从固相骨架部位扩散进入树脂内部,因而有效的扩散过程并非发生在整个树脂球表面。
当吸附过程为膜扩散主控时,扩散速度受树脂表面孔隙分数的影响,孔隙分数越大,扩散速度越快。
对于大孔吸附树脂的膜扩散方程不能直接借用Boyd等关于凝胶型离子交换树脂的膜扩散方程,而要用树脂表面孔隙分数对该方程进行必要的修正。
对于凝胶后交联聚苯乙烯型吸附树脂,孔形成机理特殊,其内部可看成是近似均匀的、高度交联的网状结构。
由于此类树脂的孔是由Friedel.Crafts反应生成的刚性交联桥组成的,因而孔径远小于大孔聚苯乙烯型吸附树脂。
氧化树脂对邻苯二甲酸的吸附研究近年来,邻苯二甲酸(PBT)污染物在水环境中的污染问题引起了人们的广泛关注。
它是一种典型的持久性有机污染物,对环境和人类健康带来很大的威胁。
氧化树脂是一种实用的吸附剂,能够有效的去除PBT类污染物,因此得到了广泛的应用。
本文着重介绍了氧化树脂对邻苯二甲酸的吸附性能及其相关的研究进展。
一、氧化树脂简介氧化树脂是一种有色树脂,由多种活性有机物经热加工后高温固化而成。
主要由酰基镍,氧化铁,氧化铝,酸性催化剂和改性剂组成,并在改性剂的作用下催化反应,形成空气中的氧化酸化物。
氧化树脂具有良好的热稳定性和耐碱性,具有优异的吸附性能,能够有效的去除水中的有机污染物,主要用于废水处理。
二、氧化树脂对邻苯二甲酸的吸附性能氧化树脂对邻苯二甲酸(PBT)具有卓越的吸附性能,并且随着温度的升高,其吸附效率也会有所改善。
研究表明,在酸性条件下,PBT溶液中的邻苯二甲酸分子很容易与氧化树脂上的酰基镍官能团结合,当pH值从3.0增加到4.0时,吸附效果有明显的改善,表现出良好的吸附性能。
随着温度的升高,PBT的氧化树脂吸附效率也会显著提高。
此外,由于不同温度下PBT分子的结构不同,会导致其在氧化树脂表面的吸附有所不同。
三、氧化树脂对邻苯二甲酸的去除机制随着研究的深入,已经揭示了氧化树脂中酰基镍官能团吸附PBT的机制。
首先,PBT分子游离在水中,然后,PBT分子在氧化树脂表面上的酰基镍官能团里形成非共价键,最后,这种非共价键使PBT与氧化树脂表面的官能团紧密结合,形成氧化树脂-PBT复合物,从而实现PBT的有效去除。
四、结论氧化树脂是一种有效的吸附剂,可以有效的去除水中的PBT污染物。
它具有良好的物理化学性能,且具有优异的吸附性能,在不同pH条件和温度下均表现出良好的吸附性能,其去除机制主要是酰基镍官能团与PBT分子形成非共价键。
未来,还需要进一步研究PBT在氧化树脂中的吸附行为,提高PBT在氧化树脂中的去除效率,为有效地治理PBT污染物提供理论和技术支持。
本文利用电位实验技术,研究D354树脂对低浓度酸吸附行为,求取表征吸附质对吸附剂亲和力大小的特征值—亲和能以及用以表征吸附剂对吸附质的吸附强度和亲和力的特征值—吸附势。
该实验方法操作简单,在线跟踪,实验样品耗量少,获得实验数据耗时少,为研究固-液吸附体系,深入了解吸附剂-吸附质相互作用本质提供了新的手段。
1实验部分1.1药品与仪器D354(—OH)弱碱型阴离子交换树脂,再生恒重;盐酸(AR),邻苯二甲酸氢钾(AR);pHS-25型酸度计,852-2型恒温磁力搅拌器,pH复合电极E-201-C型,水银触电温度计,恒温振荡器。
1.2实验方法1.2.1静态吸附法称取0.5g的干燥树脂于一系列100mL干燥磨口锥形瓶中,分别加入初始浓度为0.1、0.15、0.2mol・L-1的邻苯二甲酸氢钾的水溶液,303K下,在恒温振荡器中恒速振荡24h以上,以确保达到吸附平衡。
于振荡器上振荡至预定时间,过滤,测定吸附后溶液的平衡浓度,取10mL平衡后的溶液用酸碱滴定法滴定分析平衡浓度Ce。
1.2.2在线电位法预先配制0.0060、0.0107、0.0158、0.0241、0.0335mol・L-1的邻苯二甲酸氢钾的水溶液。
在100mL的烧杯中分别加入以上浓度的邻苯二甲酸氢钾溶液50mL,置于放在恒温搅拌器上的水浴锅中,恒定温度,将电极浸入待测样品中,放入磁子,启动恒温搅拌器,当pH值达到稳定时,加入准确称重的0.1g质量的树脂,选择适当pH值开始计时,然后每pH值变化0.01个单位记录一次时间,持续30min。
1.3固-液吸附方程(1)从质量作用定律出发,遵循单分子层吸附机理推导出来的动力学方程[1]t/αt=MAR・V/k+t/αe(1)其中,t为时间,MAR为功能基团的相对分子量,αt是t时刻的转化率,V是溶液的体积,αe是平衡时被吸附物质的转化率。
如果实验结果满足方程(1),则t/αt对t作图应得直线。
由直线的截距和斜率可求K和αe,其中表观吸附速率常数K表征吸附过程的快慢。
功能高分子论文吸附树脂研究进展学院:材料科学与工程学院班级:高分子09—3班学号:0902030312姓名:巩锐吸附树脂研究进展0902030312 巩锐【摘要】:简述吸附树脂的分类,对大孔吸附树脂的结构特点和吸附能力进行了评述,重点是大孔吸附树脂在废水处理和中草药研究方面的运用。
【关键词】:分类大孔吸附树脂废水处理中草药Abstract:Brief classification of resin, the resin of the macroporous structure characteristics and adsorption capacity were reviewed, focusing on domestic and foreign macroporous resin in wastewater treatment and the use of Chinese herbal medicine research.Key words:classification macroporous resin wastewater treatmenttraditlonal Chinese herb随着科学研究和生产技术的不断发展,吸附性高分子材料正迅速进入人们的生产和生活领域中,目前已经成为重要的有机功能材料之一。
1 吸附树脂的简单分类[1]根据使用条件和外观形态,吸附性高分子材料主要分为以下4 类:(1) 微孔型吸附树脂(2) 大孔型吸附树脂:特点是在干燥状态下树脂内部就有较高的孔隙率、大量的孔洞和较大的孔径。
(3) 米花状吸附树脂(4) 交联网状吸附树脂。
2 大孔吸附树脂的结构,性质和应用原理[2 ~ 3]大孔吸附树脂多为白色的球状颗粒,粒度多为20-60目,内部具有三维空间立体网状结构,主要特点是多孔性和较高的比表面积。
大孔吸附树脂通常分为非极性和极性两大类,它的理化性质稳定,不溶于酸、碱及有机溶剂对有机物的选择性较好,不受无机盐类及强离子低分子化台物存在的影响。
XAD-4树脂吸附邻氨基苯酚的动力学及热力学研究张启伟;王桂仙【摘要】研究XAD-4树脂对水相中邻氨基苯酚(OPA)吸附的动力学和热力学参数.动力学实验表明:树脂对邻氨基苯酚的吸附拟用准一级动力学处理.并测定不同温度下树脂对邻氨基苯酚吸附的表观速率常数及活化能.热力学研究表明:树脂对邻氨基苯酚的吸附符合Langmuir等温吸附方程.测得吸附热ΔH为-22.0kJ/mol,说明树脂对邻氨基苯酚的吸附过程为放热过程,且ΔH〈40kJ/mol,表明吸附过程主要为物理吸附.同时测得吉布斯自由能ΔG〈0,表明吸附质从溶液到吸附剂表面的吸附过程是自发过程.%The kinetic and the thermodynamic parameters about adsorption of the XAD-4 Resin for o-aminophenol in aqueous solution were studied.Researches of kinetics showed that adsorption of the XAD-4 Resin for o-aminophenol could deal with pseudo first-order reaction.The apparent adsorption rate constants and activated energy were determined at different temperature.Researches of thermodynamics showed that the adsorption behavior of the XAD-4 Resin for o-aminophenol obeyed the Langmuir isotherm model.The heat of adsorption are ΔH=-22.0 kJ/mol,which means that the sorption process is an exothermic process,and ΔH40 kJ/mol,which means that the sorption process is mostly physi cal adsorption and ΔG0,which means that the sorption process is a spontaneous process.【期刊名称】《沈阳化工大学学报》【年(卷),期】2011(025)004【总页数】4页(P297-300)【关键词】XAD-4树脂;吸附;邻氨基苯酚(OPA);热力学参数;动力学参数【作者】张启伟;王桂仙【作者单位】丽水学院化学化工系,浙江丽水323000;丽水学院化学化工系,浙江丽水323000【正文语种】中文【中图分类】TQ424邻氨基苯酚是一种重要的工业原料,可用于制硫化染料和偶氮染料,也用作毛皮染料及作为有机合成和染料中间体.其生产过程中排放的废水毒性较大,可生化性较差,对环境污染严重.因此,邻氨基苯酚废水的处理研究越来越受到人们的关注.处理方法主要有物化法、化学法、生化法.物化法包括溶剂萃取法、吸附法、液膜法等.其中吸附法是一种操作简便、可实现废水中有用资源回收,对高低浓度废水均适用的物理化学方法[1-4].XAD-4大孔树脂是一类由有机单体加交联剂、致孔剂、分散剂等添加剂聚合而成的吸附树脂,它的理化性质稳定,不溶于酸、碱及有机溶剂,不受无机盐类及强离子低分子化合物的影响.树脂吸附作用是依靠它和被吸附的分子(吸附质)之间的范德华引力,通过它巨大的比表面积(约750 m2/g)进行物理吸附,根据吸附力及其分子量大小使有机化合物经一定溶剂洗脱分开,从而达到分离、纯化、除杂、浓缩等目的[5].本文较为系统地研究在最佳吸附酸度条件下,XAD-4树脂对邻氨基苯酚吸附的动力学和热力学参数.为了解XAD-4树脂对邻氨基苯酚的吸附机理以及为XAD-4树脂在含酚废水的深度处理提供有效的实验和理论依据.1 实验部分1.1 主要仪器及试剂752S紫外可见分光光度计(上海棱光技术有限公司);THZ-82A型水浴恒温振荡器(±0.5℃);pHS-3C型酸度计.XAD-4树脂由北京康林科技有限公司提供.XAD-4树脂的预处理:树脂先用饱和食盐水浸泡20 h,然后用去离子水漂洗干净,使排出的水不显黄色,再用质量分数为2%的氢氧化钠溶液浸泡4 h后,用去离子水冲洗树脂直至水接近中性,在低于50℃下烘干待用.2.0 g/L的邻氨基苯酚标准溶液用乙醇-水混合溶剂配制,按一定的比例配制不同浓度的含酚废水.其它实验所用试剂均为分析纯.1.2 分析方法移取一定体积的含邻氨基苯酚的待测溶液于25 mL比色管中,依次加入1.5 mL 质量分数0.5%CuSO4溶液、2.0 mL质量分数10%吡啶溶液和3.0 mL pH=5.6的HAc-NaAc缓冲溶液,定容,摇匀,然后于50℃恒温水浴中加热15 min,冷却.用1 cm比色皿,以试剂空白做参比,在330 nm的波长下测量吸光度.1.3 最佳吸附酸度的测定分别准确称取一定量的经预处理的XAD-4树脂若干份于碘量瓶中,选取不同pH 的KCl-HCl、NaAc-HAc和NH3-NH4Cl缓冲体系,控制邻氨基苯酚的初始质量浓度为ρ0(g/L)、溶液的总体积为V(mL)及吸附温度(298 K)进行振荡吸附.每隔一定时间取样,测定溶液中邻氨基苯酚的浓度,直至平衡.计算不同酸度条件下树脂的吸附量,以确定最佳吸附酸度.1.4 吸附动力学的实验研究准确称取一定量XAD-4树脂于碘量瓶中,在最佳吸附酸度下,控制吸附质的质量浓度为ρ0(g/L)、溶液的总体积为V(mL)及一定的吸附温度进行振荡吸附,振荡速率为80 r/min.吸附过程中每隔一定时间取样,用1.2节的方法测上层清液邻氨基苯酚浓度,直至趋于平衡.计算不同时间t的吸附质溶液的质量浓度ρt(g/L)及吸附平衡时间te对应的吸附质溶液的平衡质量浓度ρe(g/L).将测得的一系列数据经体积校正,换算成不同时间树脂的吸附量Qt(mg/g)、平衡吸附量Qe(mg/g)和吸附率E,测得一定条件下的吸附平衡时间te.也可作吸附的ρt~t动力学曲线进行相关的动力学方程研究.1.5 等温吸附实验在最佳吸附酸度下,控制吸附质质量浓度ρ0(g/L)、溶液总体积V(mL)、温度T和吸附振荡速率的恒定,分别准确称取不同质量的吸附剂(XAD-4树脂)进行振荡吸附实验,吸附时间为te.取样测定吸附质溶液(邻氨基苯酚溶液)的平衡质量浓度ρe(g/L),并计算每克树脂对邻氨基苯酚的平衡吸附量Qe(mg/g).1.6 吸附数据的处理吸附量Q(mg/g)和吸附率E的计算式如下:式中Qt-t时间的吸附量,mg/g;Qe-平衡吸附量,mg/g;E-吸附率;ρ0-吸附质的初始质量浓度,g/L;ρt-时间t时吸附质的质量浓度,g/ L;如果是平衡时间te,则对应的质量浓度为ρe,g/L;V-吸附质溶液体积,mL;m-吸附剂质量,g.2 结果与讨论2.1 最佳吸附酸度的确定按1.3节实验方法进行最佳吸附酸度静态吸附实验:m=50.0 mg,ρ0=0.100 g/L,V=75.0 mL,T=298 K.实验结果表明:酸性条件下的吸附量明显大于碱性条件下的吸附量,Qe(KCl-HCl、NaAc-HAc缓冲体系)为59.4~113.4 mg/ g,Qe(NH3-NH4Cl缓冲体系)为27.0~46.8 mg/ g,其中在pH为4.0的NaAc-HAc缓冲体系中,树脂的吸附量最大,其 Qe=113.4 mg/g,E= 75.6%.因此,以下实验均以pH=4.0作为最佳吸附酸度.相同的实验方法,在最佳吸附酸度pH=4.0下,其它条件不变,增大吸附剂用量m=200.0 mg,进行静态吸附实验,其Qe=36.5 mg/g,E= 97.3%.此结果表明:控制合适的吸附剂用量,能有效地除去废水中的邻氨基苯酚.2.2 树脂对邻氨基苯酚吸附的动力学研究按1.4节的实验方法进行动力学实验,其中:ρ0=0.100 g/L,V=75.0 mL,T=298 K,pH= 4.0.测得298 K时树脂吸附邻氨基苯酚的ρt~t曲线(见图1).并根据不同时间t和平衡时间te所对应的质量浓度ρt和ρe,计算不同时间的吸附量Qt(mg/g)和平衡吸附量Qe(mg/g).采用比较常用的Langmuir方程对实验数据进行处理.Langmuir方程为:ln(Qe-Qt)=ln Qek1t或-ln(1-F)=k1t,其中:F=Qt/Qe,k1为准一级动力学方程表观速率常数[5].如果以-ln(1-F)对时间t作图,得良好的线性关系,则表明吸附动力学可用准一级动力学描述.并根据直线斜率可得表观吸附速率常数k1.实验发现:以-ln(1-F)对t作图得良好的线性关系(见图2),相关系数R2=0.999 7,根据直线斜率求得表观吸附速率常数k1(298 K) =3.04×10-4s-1.此结果表明:树脂对邻氨基苯酚吸附动力学拟用准一级动力学进行描述.图1 动力学曲线Fig.1 Kinetic curve图2 速率常数的测定Fig.2 Determination of sorption rate constan其它条件相同,改变吸附温度,分别测定了288、298、308、318 K下树脂吸附邻氨基苯酚的动力学曲线和表观速率常数.测得不同温度下的表观速率常数分别为:k1(288 K)=2.16×10-4 s-1、k1(298 K)=3.04×10-4s-1、k1(308 K)=4.43×10-4s-1、k1(318 K)=6.62×10-4s-1.以lnk对1/T作图,可得良好的性线关系,其中:R2=0.995 7,直线斜率为3 416.2.可见,表观吸附速率常数与温度的关系较好地符合Arrhenius经验公式,根据斜率可得Ea(表观活化能)约为28.4 kJ/mol.较小的活化能,说明吸附过程容易进行;其次,温度升高,k1增大,达到吸附平衡所需的时间减小,可见升高温度可缩短平衡所需的时间,但平衡吸附量减小.2.3 等温吸附和吸附热力学的研究在ρ0=0.100 g/L,V=75.0 mL,T=298 K,pH=4.0条件下,分别准确称取40.0、50.0、60.0、80.0、100.0、150.0和200.0 mg树脂,按1.5节的方法进行等温吸附实验.实验结果见表1.表1 等温吸附实验结果(298 K)Table 1 Experimental results of Isothermal adsorption(298 K)m/g Qe/(mg/g) ρe/(mg/L) E/% 0.040 125.3 33.17 66.80.050 113.4 24.40 75.6 0.060 102.2 18.24 81.8 0.080 83.2 11.25 88.7 0.100 69.3 7.60 92.4 0.150 47.9 4.20 95.8 0.200 36.5 2.67 97.3表中数据表明,对一定浓度的邻氨基苯酚溶液,只要吸附剂投放量合适,就能有效地除去溶液中的邻氨基苯酚.采用目前应用最广的Langmuir和Freundlich等温吸附方程对实验数据进行处理.其Langmuir等温方程为:ρe/Qe=1/KLQ∞+ρe/Q∞,式中:吸附系数KL即为吸附平衡常数;Q∞为饱和吸附量.Freundlich等温吸附方程为:lgQe=lgKf +(1/n)lg ρe,式中:Kf-吸附系数;n-量度吸附强度的常数.实验发现:用Langmuir等温吸附方程能更好地描述所研究的吸附等温线.Langmuir等温吸附曲线见图3.其方程为:计算得Q∞=161.3 mg/g;KL=0.010 08 L/ mg或KL=1 099.2 L/mol.在相同的实验条件和方法,作不同温度(288、308、318 K)下的等温吸附实验.分别计算不同温度下的吸附平衡常数KL.KL随温度和吸附热而变,其关系为lnKL=lnK0-ΔH/RT,吸附焓变可由此式得到,ΔH是等量焓变[5].结果表明:以lnKL对1/T作图可得良好的线性关系,根据该直线斜率算得等量焓变ΔH=-22.0 kJ/mol.温度升高,吸附量减小,且等量焓变为负值,表明吸附是一个放热过程,且ΔH<40 kJ/mol,表明是一个物理吸附.图3 Langmuir等温吸附曲线Fig.3 Langmuir isotherm curve由吉布斯方程得吸附自由能ΔG=-RTlnKL,算得ΔG(298 K)=-17.35kJ/mol.ΔG为负值表明吸附质从溶液到吸附剂表面的吸附过程是自发过程.还可根据ΔS=(ΔHΔG)/T,计算得ΔS=-15.6 J/K·mol.3 结论(1)动力学研究表明:XAD-4树脂对邻氨基苯酚吸附拟用准一级动力学方程描述,其方程为:ln(Qe-Qt)=ln Qe-k1t,表观吸附速率常数与温度的关系符合Arrhenius经验公式,测得其表观活化能约为28.4 kJ/mol.较小的活化能,说明吸附过程容易进行;另温度升高,表观吸附速率常数增大,达到吸附平衡所需的时间减小,但平衡吸附量减小.(2)热力学研究表明:XAD-4树脂对邻氨基苯酚的吸附符合Langmuir等温吸附方程.且吸附量随温度升高而减小,且等量焓变ΔH=-22.0 kJ/mol,均表明吸附是一个放热过程,另等量焓变ΔH<40 kJ/mol,表明是一个物理吸附;测得ΔG为负值,表明吸附质从溶液到吸附剂表面的吸附过程是自发过程.参考文献:【相关文献】[1]王连生.有机污染化学[M].北京:科学出版社,1990:56-78.[2]唐树和,董庆华,费正皓,等.邻硝基苯甲醚生产废水预处理工艺的研究[J].离子交换与吸附,2007,23(6):540-545.[3]钱庭宝.吸附树脂及其应用[M].北京:化学工业出版社,1990:5-28.[4]杨彩铃,魏瑞霞.含酚废水处理技术的研究进展[J].河北理工大学学报:自然科学版,2010(1): 102-105.[5]魏瑞霞,陈金龙,陈连龙,等.2-噻吩乙酸在3种树脂上的吸附行为研究[J].高分子学报,2004,8 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d001树脂静态吸附钕离子的热力学与动力学研究【原创实用版4篇】目录(篇1)一、引言二、研究背景和目的三、实验方法和步骤四、热力学和动力学结果分析五、结论六、参考文献正文(篇1)一、引言d001 树脂作为一种有机高分子吸附剂,在离子吸附领域具有广泛的应用。
钕离子作为重稀土元素的代表,具有很高的经济价值,因此对其进行有效吸附具有重要意义。
本文旨在研究 d001 树脂静态吸附钕离子的热力学与动力学行为,为实际应用提供理论依据。
二、研究背景和目的随着我国经济的快速发展,对稀土资源的需求越来越大,而稀土资源的开发和利用也面临着许多挑战。
其中,提高稀土资源的利用率和提取效率是当前研究的重点。
d001 树脂作为一种高效吸附剂,在离子吸附领域具有良好的应用前景。
研究 d001 树脂静态吸附钕离子的热力学与动力学行为,可以为实际生产中提高稀土离子的提取效率提供理论依据。
三、实验方法和步骤本实验采用 d001 树脂作为吸附剂,钕离子为吸附对象,通过静态吸附实验,研究 d001 树脂对钕离子的热力学与动力学吸附行为。
具体实验步骤如下:1.配制 d001 树脂溶液,调节溶液浓度;2.配制钕离子溶液,调节溶液浓度;3.将 d001 树脂溶液加入钕离子溶液中,控制吸附时间;4.测定吸附前后溶液中钕离子浓度,计算吸附率;5.分析吸附过程中的热力学与动力学数据。
四、热力学和动力学结果分析实验结果表明,d001 树脂对钕离子具有较高的吸附能力。
随着吸附时间的延长,吸附率逐渐提高,但达到一定程度后,吸附率趋于稳定。
此外,随着 d001 树脂溶液浓度的增加,吸附率也呈增加趋势。
热力学分析结果显示,吸附过程为自发过程,且随着温度的升高,吸附能力增强。
动力学分析结果表明,吸附过程符合二级动力学方程,表明吸附过程为快速过程。
五、结论本研究通过静态吸附实验,研究了 d001 树脂对钕离子的热力学与动力学吸附行为。
实验结果表明,d001 树脂具有较高的吸附能力,且吸附过程为自发、快速的过程。
吸附树脂及其应用摘要:吸附树脂是以吸附为特点,具有多孔立体结构的树脂吸附剂。
它是在离子交换树脂的基础上发展起来的的一种新型树脂,是一种多孔性的、交联度高的高分子共聚物,又称高分子吸附剂。
由二乙烯苯等单体,在甲苯等有机溶剂存在下,通过悬浮共聚法制得的鱼籽样的小圆球,具有较大的比表面积和适当的孔径,可从气相或溶液中吸附某些物质。
吸附树脂广泛用于废水处理、药剂分离和提纯,用作化学反应催化剂的载体,气体色谱分析及凝胶渗透色谱分子量分级柱的填料。
其特点是容易再生,可以反复使用。
如配合阴、阳离子交换树脂,可以达到极高的分离净化水平。
关键词:吸附树脂高分子吸附剂废水处理药物分离提纯Abstract:As a adsorbent,absorbent resin’s characteristic is adsorption,which also have a three-dimensional structure of porous.It was developed on the basis of the resin up to a new type of ion-exchange resin.It is a porous cross-linked high molecular copolymer, also known as polymer adsorbent.Monomer divinylbenzene,in the presence of an organic solvent such as toluene,is made small ball that like fish roe by suspension copolymerization.absorbent resin has a large specific surface area and proper pore size, certain substances can be adsorbed from the gas phase or in solution.Adsorption is widely used in waste water treatment, the separation and purification agent used as chemical reaction catalyst carriers, gas chromatography analysis and the filler material of gel permeation chromatography molecular weight fractionation column.Its characteristics are renewable easily, used repeatedly. It can achieve a high level of separation purification with the anion and cation exchange resins.Keywords:absorbent resin;high polymer adsorbent;wastewater treatment;drug separation;purification1概况1.1吸附树脂的简介1.1.1吸附树脂的现状在吸附树脂出现之前,用于吸附目的的吸附剂已广泛使用,如活性氧化铝、硅藻土、白土和硅胶、分子筛、活性炭等。
树脂DX吸附ADN的热力学和动力学研究潘永飞;汪伟;汪营磊;闫峥峰;赵宝东;姬月萍【摘要】通过在不同温度下的静态吸附实验,研究了二硝酰胺铵(ADN)在树脂DX 上的吸附热力学及动力学特性;通过实验测定了28~50℃的等温吸附线和吸附动力学数据,并分别用Langmuir和Freundlich模型对实验数据进行了拟合.结果表明,树脂DX对水溶液中ADN的吸附符合Freundlich等温吸附方程,该吸附过程的吉布斯自由能变(ΔG)<0,熵变(ΔS)>0,吸附过程可自发进行,不同吸附量下的吸附焓变(ΔH)>0,吸附为吸热过程;树脂DX对ADN的吸附属于快速平衡型,前30 min大量ADN被吸附在树脂DX上,60 min后吸附趋于平衡,吸附过程符合拟二级动力学方程;该吸附工艺操作简便,树脂DX吸附效率高,可重复利用,成本低.【期刊名称】《火炸药学报》【年(卷),期】2018(041)004【总页数】6页(P382-387)【关键词】物理化学;二硝酰胺铵(ADN);树脂DX;吸附;热力学;动力学【作者】潘永飞;汪伟;汪营磊;闫峥峰;赵宝东;姬月萍【作者单位】西安近代化学研究所 ,陕西西安710065;西安近代化学研究所 ,陕西西安710065;西安近代化学研究所 ,陕西西安710065;西安近代化学研究所 ,陕西西安710065;西安近代化学研究所 ,陕西西安710065;西安近代化学研究所 ,陕西西安710065【正文语种】中文【中图分类】TJ55;O647引言二硝酰胺铵(ADN)是一种新型高能氧化剂,具有能量特性高、特征信号低和绿色环保等优点,被认为是下一代推进剂的候选氧化剂之一,广泛应用于高能、无烟、低特征信号的固体火箭推进剂[1-4]。
但ADN的吸潮性阻碍其实际应用。
研究表明[5-6],若ADN的纯度大于99.5%,吸潮性显著降低。
因此,建立一种分离纯化ADN的方法十分关键。
目前,ADN主要采用混酸法合成,但该法合成过程会产生大量副产物硝酸铵和硫酸铵。
离子交换与吸附, 2013, 29(4): 289 ~ 296ION EXCHANGE AND ADSORPTION文章编号:1001-5493(2013)04-0289-08超高交联树脂吸附二氯甲烷蒸气的平衡和动力学特性及应用*宋晓飞1章亮1邵绍良2龙超1**1 污染控制与资源化研究国家重点实验室,南京大学环境学院,南京 2100232 浙江华海药业股份有限公司,台州 317016摘要:开展了超高交联吸附树脂对气体中二氯甲烷的静态吸附行为研究,分别采用Langmuir、Freundlich和Dubinin-Astakov模型方程对吸附平衡数据进行拟合分析,拟合结果表明,Dubinin-Astakov方程能较好地拟合吸附平衡数据,表明在吸附过程中微孔填充起着很重要的作用;采用固定床吸附工艺研究了二氯甲烷在树脂上的动态吸附行为,用Yoon-Nelson模型对穿透曲线进行拟合,实验数据与模拟值吻合良好。
在实验研究的基础上开发了二氯甲烷废气超高交联树脂吸附回收工艺并建立工业化装置,处理效果良好、运行稳定。
关键词:吸附;超高交联树脂;二氯甲烷;回收利用中图分类号:O647.3 文献标识码:A1 前言二氯甲烷在胶片和医药生产领域以及工业制冷系统中作为溶剂得到广泛使用,由于其℃,在常温常压下易挥发,极易对大气造成污染。
目前处理二氯甲烷废气沸点低(约40)最常用的是采用活性炭吸附回收法[1-3],利用活性炭丰富的多孔结构将二氯甲烷吸附。
但活性炭表面具有催化特性[4],吸附的氯代烃类化合物,如二氯甲烷、二氯乙烷等,可能生成盐酸而造成设备腐蚀设备;此外,活性炭还具有较强的吸湿性,废气中含有的水蒸气会显著影响活性炭的吸附能力[5-6]。
超高交联吸附树脂作为一种新型的吸附材料,具有较高的比表面积和孔容,以及较高的机械强度和易再生等特性,一些研究已表明超高交联吸附树脂对气体中挥发性有机物 (VOCs) 具有很好的吸附性能[7-9],并且气体湿度对VOCs的吸附影响较小[10-11]。
吸附树脂吸附多组分VOCs的动力学特性及预测杨新玉;史秋怡;龙超【摘要】采用微分吸附床(DAB)法研究甲苯、环己烷、正戊烷的单组分、双组分和三组分在2种不同孔结构吸附树脂上的吸附动力学行为,探讨了吸附树脂的孔结构对吸附动力学的影响,建立多组分吸附动力学预测模型.结果表明,单组分甲苯、环己烷和正戊烷在2种吸附树脂上吸附扩散阻力同时存在于微孔孔口和孔内,符合孔口-孔内双阻力模型(Dual模型);采用孔口-孔内双阻力模型结合扩展Langmuir多组分吸附平衡方程,可根据单组分吸附动力学数据较好地预测双组分和三组分VOCs在2种吸附树脂上的吸附动力学曲线,预测值与实验值间的平均相对误差小于17%;相比于大孔吸附树脂,各组分在超高交联吸附树脂上吸附过程存在明显的竞争取代,取代顺序为甲苯>环己烷>正戊烷.【期刊名称】《中国环境科学》【年(卷),期】2019(039)005【总页数】8页(P1830-1837)【关键词】挥发性有机物;吸附树脂;吸附动力学;双阻力模型【作者】杨新玉;史秋怡;龙超【作者单位】南京大学环境学院,污染控制与资源化研究国家重点实验室,江苏南京210023;南京大学环境学院,污染控制与资源化研究国家重点实验室,江苏南京210023;南京大学环境学院,污染控制与资源化研究国家重点实验室,江苏南京210023【正文语种】中文【中图分类】X701油气是油品在生产、运输、使用等过程中挥发产生的高浓度烃类混合物[1],主要成分为C4~C12的烷烃、烯烃、环烷烃和芳香烃等[2],是大气中挥发性有机污染物(VOCs)的重要来源之一.油气处理技术主要有冷凝法、溶剂吸收法、吸附法、膜分离法及其组合工艺[3],其中吸附法因为装置简单、高吸附效率、可回收资源,成为油气处理的主流技术[4].油气成分复杂,吸附剂在吸附多组分的油气过程中,由于吸附质之间存在的竞争取代吸附,导致单一组分与其在多组分体系中的吸附行为有一定差异.目前油气吸附研究中,多数以油气中单组分VOC或将油气整体作为研究对象,忽略了油气中各组分在吸附过程中的竞争行为,无法了解油气中一些特定污染物的吸附行为[5-7],且不足以有效了解组分之间的相互作用.因而,以油气中典型成分为研究对象,开展多组分VOCs的吸附动力学研究,对开发高吸附容量、高去除率的油气处理用吸附剂,具有重要指导意义.吸附树脂具有高机械强度、高脱附效率和吸附放热效应较小等优点,是一种优良的吸附剂[8-11].但是,目前较少开展VOCs在吸附树脂上的吸附动力学特性研究.本文以油气中代表性组分甲苯、环己烷、正戊烷作为研究对象,选择不同孔结构的大孔吸附树脂(M-resin)和超高交联吸附树脂(H-resin)作为吸附剂,采用微分吸附床的方法,开展单组分、双组分和三组分VOCs的吸附动力学研究,考察吸附树脂孔结构对吸附扩散过程的影响,建立多组分吸附动力学预测模型.1.1.1 吸附材料实验选择大孔吸附树脂(M- resin)和超高交联吸附树脂(H-resin) 2种吸附剂,颗粒粒径均为30目(0.6mm).经酸洗、碱洗和醇洗后烘干备用.1.1.2 吸附平衡静态吸附平衡实验装置如图1所示,由顶空瓶、吸附柱2部分组成.其中,顶空体积为0.12L,采用20mm钳口塞密封以保证密封性.吸附柱直径为5mm,上端开口,下端采用惰性玻璃棉承托,以避免吸附树脂与液体有机物的接触,确保吸附过程为气相吸附.1.1.3 吸附动力学采用微分吸附床(DAB)测定单组分、双组分和三组分VOCs的吸附动力学数据.微分吸附床装置示意图如图2所示,包括配气系统、吸附柱、脱附罐3个部分.配气采用氮气鼓泡法,通过调节质量流量计的流量来控制VOCs浓度,配置的吸附质浓度如表1,整个配气系统处于303K的恒温条件下.吸附柱为不锈钢柱,高1.5cm,直径2cm,外部有恒温装置,保持吸附过程处于恒温环境.脱附罐材质为不锈钢,高10cm,直径10cm,侧边留有气体取样口,上方接有数字温度计、数字压力表、两通阀,下方接有两通阀,阀后接有真空泵.1.2.1 模型假设由图3可知,本研究选用的两种吸附树脂孔径分布具有明显的双峰特征,主要分布于微孔(0~2nm)和中、大孔区(20~80nm),因为中、大孔孔径相对微孔大很多,为便于描述,下文中将中、大孔简称为大孔.甲苯、环己烷、正戊烷3种VOCs,其分子直径分别为0.67,0.60,0.58nm,与微孔孔径较为相近,传质过程中会同时存在微孔孔口的筛分阻力和孔内扩散阻力[12];而大孔的孔径远大于吸附质的分子直径,主要作为扩散通道,传质阻力可以忽略.基于上述分析,本文选用微孔阻力模型中的双阻力模型,即孔口-孔内阻力模型(Dual 模型)来描述吸附扩散过程,具体假设如下[13]:(1)符合理想气体定律,认为吸附系统是恒温;(2)大孔中扩散阻力不考虑,只有分子扩散;(3)大孔和微孔内按照球坐标的方式扩散;(4)吸附等温线的微分变化被看成线性的,假定动力学参数保持不变;(5)与实验时间相比,微分吸附床阀门的开启时间可以忽略.1.2.2 多组分吸附平衡方程采用扩展的Langmuir方程(E-L)来预测多组分吸附平衡, E-L方程表达式如下:式中:为第i种组分达到吸附平衡时的吸附相浓度,mol/kg;qis是第i种组分的饱和吸附浓度,mol/kg;bi为第i种组分的Langmuir常数;Ci为多组分中i组分的初始浓度,kg/m3.其中qis和bi均由组分i在单组分吸附时的实验数据拟合得到.在qis、bi0和Ci均已知的情况下,利用E-L方程便可以预测出的值.1.2.3 孔口-孔内吸附动力学模型大孔中的质量守恒表达式为:式中:Cip是第i种组分在大孔中的气相浓度,mol/m3;t是吸附时间,s;εp是颗粒孔隙率;是颗粒第i种组分的平均吸附相浓度,mol/kg;R是吸附剂颗粒半径坐标,m;Dp 是大孔扩散系数, m2/s.边界条件为:式中:Ci为第i种吸附质VOCs外界气相主体浓度,mol/m3;Rp是吸附剂颗粒半径,m.颗粒中第i种组分的平均吸附相浓度,可以通过以下有关于吸附质的微孔孔口流量的方程解得:式中:r是吸附剂颗粒内微孔孔径坐标,m;rc是吸附剂颗粒内微孔的平均半径,m;Dcoi是第i种组分在微孔中的扩散系数,m2/s;qi是微孔中第i种组分的吸附相浓度,mol/kg.微孔内质量守恒表达式:边界条件:式中:qI*为微孔中第i种组分与大孔中气相浓度平衡时的吸附相浓度,mol/kg;kboi是第i种组分的孔口阻力系数,s-1.结合E-L方程和Dual 模型,可以得到第i种组分的吸附相浓度与其最终达到平衡时吸附相浓度的比值(fractional uptake,以下简称为吸附比),随时间变化的计算公式如下:式中:qip是第i种组分瞬时吸附相的浓度,mol/kg,等于该时刻树脂内大孔吸附相浓度和微孔内吸附相浓度的和.=R/Rp,是沿着大孔半径的无量纲常数.通过实验测定不同时刻的吸附浓度,计算出此时吸附比,以吸附比-时间曲线表示其实际的吸附动力学特性.模型预测结果与实验结果的偏差,采用平均相对误差(ARE)来判断,计算公式如下:式中:N为每条吸附动力学曲线上实验数据点个数;Ypredict为与实验数据时间相同时,模型预测的吸附比; Yexp为实验测定的吸附比.此公式可以得到每条吸附动力学预测曲线与实验结果的平均相对偏差.采用BET和DFT方法计算2种吸附树脂的比表面积和孔径分布,其氮气吸附-脱附曲线、孔径分布图及孔结构参数分别如图3和表2所示.可以看出大孔吸附树脂以中、大孔为主,含有少量微孔,超高交联吸附树脂以微孔为主,含有少量大孔.图4为303K温度下,单组分环己烷、甲苯和正戊烷在H-resin和M-resin树脂上的吸附平衡等温线.采用Langmuir方程对其进行拟合,拟合结果如图4所示,拟合曲线与实验数据点有较好的吻合,相关系数R2均超过0.93,拟合参数列于表3中.根据单组分VOCs的Langmuir拟合参数,采用扩展Langmuir方程对双组分和三组分的吸附等温线进行预测,预测误差见表4、5.可知,实验值与模型预测值有较好吻合性,平均相对误差为5%~24%.因此,下文研究中采用扩展Langmuir方程对多组分吸附平衡进行预测.2.3.1 单组分图5是单组分甲苯、环己烷和正戊烷在2种吸附树脂上的吸附动力学曲线.从图中可以看出,3种物质在2种吸附树脂上的吸附过程具有相似的规律.初始阶段,吸附速率较大,随着时间的增加,速率逐渐变慢.这是因为吸附质分子进入吸附剂时,首先被吸附在吸附势较大的微孔之中,吸附作用力较大,且气相和吸附相中吸附质浓度差较大,所以吸附速率大.当强吸附位点吸附饱和后,弱吸附位点开始吸附分子,此时吸附作用力小,且吸附趋近于饱和,浓度驱动力减弱,所以吸附速率减小.在两种吸附树脂上吸附速率均为:正戊烷>环己烷>甲苯,这可能是因为正戊烷的浓度大于环己烷和甲苯,而且3种物质的分子量和分子直径大小顺序为正戊烷<环己烷<甲苯,分子量和分子直径小的吸附质具有更快的扩散速度.采用微孔孔口-孔内双阻力(Dual)模型对单组分吸附动力学曲线进行拟合,如图5所示,Dual模型拟合效果较好,表明吸附过程中微孔孔口和孔内阻力同时存在.由表6的吸附动力学拟合参数可知,大孔吸附树脂的孔口和孔内扩散系数皆大于超高交联吸附树脂,这是因为M-resin与吸附质的相互作用要弱于H-resin,吸附上去的分子容易脱附,所以扩散阻力小,扩散速度快.2.3.2 双组分图6是双组分甲苯-环己烷、甲苯-正戊烷、环己烷-正戊烷的吸附动力学曲线.由图6可知,双组分在2种吸附树脂上吸附均出现了取代的现象,取代顺序为:甲苯>环己烷>正戊烷,这是因为2种吸附树脂对3种物质的吸附作用力顺序为:甲苯>环己烷>正戊烷.吸附树脂对甲苯、环己烷和正己烷的吸附主要是通过色散作用力,色散力的大小与吸附质的摩尔极化率存在正相关,甲苯、环己烷和正己烷的摩尔极化率分别为7.4,7.1,6.0cm3/mol,即甲苯>环己烷>正戊烷,因而吸附作用力大小为:甲苯>环己烷>正戊烷.吸附速率顺序正好与吸附作用力强度顺序相反,吸附速率快的弱吸附组分先行占据吸附位点,随着吸附的进行又被吸附作用力强的物质取代下来.由图6可见,超高交联吸附树脂上的吸附取代现象比大孔吸附树脂更明显.这可能是因为H-resin存在更多的微孔,对不同吸附质的吸附力差距大,因而吸附选择性也就越大;而M-resin的孔主要分布在大孔区,对不同吸附质的吸附作用力差距不大,吸附选择性较小,因而先吸附的物质较少被取代.根据单组分吸附平衡和动力学拟合得到的数据,采用E-L模型和Dual 模型对双组分动力学进行预测,由图6可知实验数据与预测值之间有良好的吻合性,平均相对误差不超过15%(表7).此外,由表7可知,甲苯-环己烷和环己烷-正戊烷双组分体系的预测结果要优于甲苯-正戊烷,这可能是因为扩展Langmuir方程假设各个组分的饱和吸附量相等,且不考虑物质之间的竞争作用.但是,实验结果表明甲苯、环己烷、正戊烷的饱和吸附量并不相同,并且三者之间存在竞争关系.相比较而言,甲苯和正戊烷间的吸附竞争最强,与扩展Langmuir方程的假设偏差最大,因而导致对双组分甲苯-正戊烷吸附动力学预测误差最大.2.3.3 三组分图7是甲苯-环己烷-正戊烷三组分吸附动力学曲线.在2种吸附树脂上都出现了环己烷和正戊烷的取代峰,且正戊烷的取代峰高度大于环己烷,说明三者之间的吸附作用力强弱顺序为:甲苯>环己烷>正戊烷,这与双组分的吸附结果一致.与双组分吸附相比,正戊烷和环己烷的取代峰均增高,表明增加一种物质后会增强相互间的吸附竞争,导致取代峰增高.与H-resin相比,M-resin上的取代现象较弱,这是因为大孔吸附树脂对三种物质的吸附作用力相差不大,吸附选择性小.根据单组分吸附平衡和动力学拟合得到的数据,采用E-L模型和Dual 模型对三组分吸附动力学进行预测,由图7可知实验数据与预测值之间有良好的吻合性,平均相对误差不超过17% (表8).M-resin上的预测偏差小于H-resin,这可能是因为三种物质在大孔吸附树脂上的吸附竞争较弱,采用E-L模型对三组分的平衡吸附量有更好的预测效果(表5),因而改善了对吸附动力学的预测.3.1 单组分甲苯、环己烷和正戊烷在2种吸附树脂上的吸附等温线较为符合Langmuir模型,扩展Langmuir模型能较好地预测多组分吸附平衡.3.2 3种吸附质在2种吸附树脂上吸附速率顺序均为:正戊烷>环己烷>甲苯,且M-resin的吸附速率大于H-resin.双组分和三组分共吸附时存在吸附质之间的取代现象,取代的顺序为:甲苯>环己烷>正戊烷,且三组分共吸附时的取代比双组分共吸附时更显著.3.3 吸附动力学符合微孔孔口-孔内双阻力模型(Dual 模型);根据单组分吸附平衡和动力学拟合得到的数据,采用Dual和E-Langmuir模型可较好地预测双组分和三组分VOCs的吸附动力学,平均相对误差小于17%.[1] 孙捷.降低油品蒸发损耗方法研究[D]. 西安:西安石油大学, 2016.Sun J.Reduces evaporation loss method research [D]. Xi’an:Xi’an Shiyou University, 2016.[2] 张冰,邓之银,郑靖奎,等.拉曼光谱技术的汽油组分含量测定[J]. 光谱学与光谱分析, 2015,35(6):1577-1581. Zhang B, Deng Z Y, Zheng J K, et al. Determination of gasoline composition based on raman spectroscopy [J].Spectroscopy and Spectral Analysis, 2015,35(6):1577-1581.[3] 陈永坤.几种油气回收处理技术的介绍和比较[J]. 广东化工, 2017,44(8):118-119. Chen Y K. Introduction and comparison of several oil gas recovery and treatment technologies [J]. Guangdong Chemical Industry, 2017, 44(8):118-119.[4] 中国环境保护产业协会废气净化委员会.我国有机废气治理行业2013年发展综述[J]. 中国环保产业, 2014,(10):4-9. Waste Gas Purification Committee of CAEPI. Development report on organic waste gas treatment industries of china in 2013 [J]. China Environmental Protection Industry, 2014,(10):4-9.[5] Ibrahim I, He J M, Kim C N et al. Adsorption equilibrium and kinetics of gasoline vapors onto carbon-based adsorbents [J]. Journal of Chemical & Engineering Data, 2008,53:41-47.[6] He J M, Ng K C, Yap C, et al. Effect of pressure on the adsorption rate for gasoline vapor on pitch-based activated carbon [J]. Journal of Chemical & Engineering Data, 2009,54:1504-1509.[7] 吴柳彦.汽油油气中多组分VOCs在吸附树脂上的竞争吸附研究[D]. 南京:南京大学, 2017. Wu L Y. Competitive adsorption of multicomponent VOCs in gasoline on polymeric resins [D]. Nanjing:Nanjing University, 2017.[8] 黄海凤,顾勇义,殷操,等.高分子树脂与介孔分子筛吸附-脱附VOCs性能对比[J]. 中国环境科学, 2012,32(1):62-68. Huang H F, Gu Y Y, Yin C, et al. The adsorption-desorption performance of volatile organic compounds (VOCs) onto polymer resin and mesoporous molecular sieves [J]. China Environmental Science, 2012,32(1):62-68.[9] 金玉娇,卢晗锋,周瑛,等.水雾协同微波脱附再生树脂吸附剂[J]. 中国环境科学, 2016,36(9):2599-2605. Jin Y J, Lu H F, Zhou Y, et al. Desorption of non-polar organics on PDVB resin under microwave radiation cooperated with atomized water [J]. China Environmental Science, 2016,36(9):2599-2605. [10] Fontanals N, Gaila M, Cormack A G, et al. Evaluation of a new hypercrosslinked polymer as a sorbent for solid-phase extraction of polar compounds [J]. Journal of Chromatography A, 2005,1075:51-56.[11] Huang J, Deng R, Huang K. Equilibria and kinetics of phenol adsorption on a toluene-modified hyper-cross-linked poly (styrene- co-divinylbenzene) resin [J]. Chemical Engineering Journal, 2011, 171(3):951-957.[12] 近藤精一,石川达雄,安部郁夫,等.吸附科学[M]. 北京:化学工业出版社, 2006. Kondo S, Ishikawa T, Abe I, et al. Adsorption Science [M]. Beijing:Chemical Industry Press, 2006.[13] Huang Q, Farooq S, Karimi I A. Prediction of binary gas diffusion in carbon molecular sieves at high pressure [J]. AICHE Journal, 2004,50(2):351-367.【相关文献】[1] 孙捷.降低油品蒸发损耗方法研究[D]. 西安:西安石油大学, 2016.Sun J. Reduces evaporation loss method research [D]. Xi’an:Xi’an Shiyou University, 2016.[2] 张冰,邓之银,郑靖奎,等.拉曼光谱技术的汽油组分含量测定[J]. 光谱学与光谱分析, 2015,35(6):1577-1581. Zhang B, Deng Z Y, Zheng J K, et al. 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摘要吸附树脂其主要特征大体与交换树脂相似,大多数以苯乙烯一二乙烯苯共聚物或甲基丙烯酸醋与适当非芳香族物交联而成,呈颗粒状,物理化学性能主要包括:空间结构和功能基性能。
因此,除具有耐热、耐酸碱、耐氧化、耐渗极性树脂也是具有特殊吸附性能的交换树脂。
吸附树脂的粒径对于物质的分离纯化非常重要。
细颗粒有更大的表面积,能提供更高的理论塔板数,以满足医药工业特别是天然产物的分离要求。
本文论述了有关吸附树脂的研究与开发状况,对吸附树脂的物理化学性质进行了简单的介绍,同时,着眼于当今时代发展的需求,分析并简要陈述了吸附树脂在天然产物分离,药物提取,水处理,水果加工处理,食品防腐处理,生物技术的开发与应用,举例对于树脂的各方面应用作了介绍。
综合本文,可以对吸附树脂有一定了解。
AbstractThe main features of adsorption and exchange resins generally similar, the majority or two vinyl benzene copolymer of styrene or methyl methacrylate vinegar and appropriate non-aromatic cross-linked material made of granular, physical and chemical properties include: space Structure and functional performance. Therefore, in addition to heat, acid and alkali resistance, oxidation resistance, but also has a special infiltration polar adsorption resin exchange resin. Resin particle size for material separation and purification is very important. Fine particles have more surface area, can provide a higher theoretical plate number, to meet the pharmaceutical industry in particular, requires the separation of natural products. This article discusses the research and development related to resin status, physical and chemical properties of resin was briefly introduced at the same time, focus on the development needs of the present era, analysis and a brief statement of the resin in the separation of natural products, drug extraction, water treatment, fruit processing, food preservation processing, development and application of biotechnology, for example, applications for all aspects of the resin introduced. Comprehensive article, you can have some understanding on the adsorption resin关键词:吸附树脂开发发展应用Key words:Adsorption Resin Development Application吸附树脂(adsorbent resin) 是一种特殊的大孔树脂,它以吸附为基本特征,大部分不具有功能基而没有任何交换中心,作用与水处理领域常用的吸附剂活性炭相似,可以再生。
NKA-Ⅱ树脂吸附苯醚甲环唑的热力学研究周凌云;高霞【摘要】为考察大孔NKA-Ⅱ吸附树脂对苯醚甲环唑的吸附可行性,采用静态吸附法研究了NKA-Ⅱ型大孔树脂对苯醚甲环唑吸附过程的热力学性质.结果表明,在288、298、308 K温度条件下,在一定浓度范围内,苯醚甲环唑在NKA-Ⅱ型树脂上的吸附等温线符合Freundlich等温吸附方程,Freundlich吸附等温线和吸附焓变表明NKA-Ⅱ型树脂对苯醚甲环唑的吸附是吸热过程.吸附自由能△G<0,表明吸附具有自发性;吸附熵变△S>0,说明吸附质分子在溶液中的运动比在吸附树脂表面上受到更大的限制.【期刊名称】《广东农业科学》【年(卷),期】2011(038)009【总页数】3页(P169-171)【关键词】苯醚甲环唑;NKA-Ⅱ树脂;吸附热力学【作者】周凌云;高霞【作者单位】河南科技学院资源与环境学院,河南新乡453003;新乡医学院公共卫生学系,河南新乡453003【正文语种】中文【中图分类】TQ455.4苯醚甲环唑(Difenoconazo1e)是一种较为新颖的三唑类杀菌剂,是一种内吸广谱杀菌剂,会造成环境污染,对人畜造成深远而惨重的危害。
树脂吸附法处理废水,具有处理效率高、性能稳定、易实现资源化等优点,在废水的治理中日益受到重视[1-2]。
本试验选用NKA-II型大孔吸附树脂,采用静态吸附方法[3]研究NKA-II树脂对苯醚甲环唑农药的吸附去除情况,从热力学角度研究了树脂吸附法处理苯醚甲环唑的可行性,以期为树脂吸附法在降低农药对环境污染中的应用提供参考。
1 材料与方法1.1 试验材料供试试剂包括:NKA-II树脂为红棕色不透明球状颗粒型,由南开戈德有限公司生产;苯醚甲环唑为原药,含量≥99.0%,由山东京博农化有限公司生产;乙醇(分析纯),甲醇(色谱纯)。
供试仪器包括:TU-1801系列紫外可见分光光度计(北京普析通用仪器有限公司产品),BS-IE震荡培养箱(常州国华电器公司产品),电子天平(塞多利斯科学仪器北京有限公司产品),DHG-9070A型电热恒温鼓风干燥箱(上海精宏实验设备有限公司产品)。
新型吸附树脂对苯乙酸的吸附热力学研究[摘要]本文研究了苯乙酸在新型超高交联树脂AH、NDa-150和大孔吸附树脂(Ambcrlitc XAD-4)上的平衡吸附数据,测定了288K、303K和318K温度下的吸附等温线,结果表明吸附符合Langmuir吸附等温方程。
苯乙酸在AH、NDa-150 上的吸附容量分别比在Ambcrh在Amberlite XAD-4上的吸附容量最高高出90%、113%,这主要归因于AH、NDa-150表面的极性基团及树脂的微孔结构。
Langmuir吸附等温线、相对吸附容量以及等量吸附焓变表明,苯乙酸在AH树脂上的吸附是物理吸附和化学吸附其同作用的结果。
对苯乙酸被三种树脂吸附的吸附焓变、自由能变、吸附熵变也作了计算,并对吸附行为作了合理的解释。
[关键词]聚合物吸附剂苯乙酸吸附热力学1前言苯乙酸是一种重要的精细化工产品,在医药、农药,香料等行业有着广泛的用途。
在其废水中还含有一定量的苯乙酸,直接排教会对环境造成一定的污染。
国内外文献报道的有机化工废水的处理方法有:湿式氧化法、催化氧化法、臭氧氧化法、焚烧法、浓缩法、电渗析和反渗透法、吸附法、混凝沉淀法以及稀释生化法等。
苯乙酸的废水处理一般采用氧化法,而吸附作为一种低能耗的固相萃取分离方法受到广泛重视并在工业上已有广泛的应用。
活性炭吸附性能最佳,但活性碳作为吸附剂。
缺点是机械强度差,再生困难(需要过热蒸汽和较高的温度),特别是不能资源化,影响了它在工业上的应用。
由于大孔吸附树脂在结构上的多样性,使其可以根据实际用途进行选择和设计,并可方便地再生和洗脱,实现废水中有用物质的资源化,这是其它吸附剂所不及的。
因而树脂法处理有机工业废水成为化学工业废水治理的热点课题之一。
Ambetlite XAD-4是一种聚苯乙烯吸附树脂(以下简称XAD-4)。
具有较高的比表面积。
它被认为是最好的吸附树脂。
可是XAD-4有两个明显的缺陷,限制了它在废水治理中的广泛使用。
吸附树脂摘要:吸附树脂是以吸附为特点,具有多孔立体结构的树脂吸附剂。
它是最近几年高分子领域里新发展起来的一种多孔性树脂,由二乙烯苯等单体,在甲苯等有机溶剂存在下,通过悬浮共聚法制得的鱼籽样的小圆球。
广泛用于废水处理、药剂分离和提纯,用作化学反应催化剂的载体,气体色谱分析及凝胶渗透色谱分子量分级柱的填料。
其特点是容易再生,可以反复使用。
如配合阴、阳离子交换树脂,可以达到极高的分离净化水平。
关键词:吸附树脂,选择吸附引言:吸附树脂又称高分子吸附剂,是一类多孔性的、高度交联的高分子共聚物,是最早的功能高分子材料。
具有较大的比表面积和适当的孔径,可从气相或溶液中吸附某些物质,多用来提取金属离子或处理有机污水,但作为选择性吸附树脂,分离有机混合物的的研究报道较少。
1、吸附树脂的定义吸附树脂又称聚合物吸附剂(Polymerad sorbents),是指一类多孔性的、高度交联的高分子共聚物。
这类高分子材料具有较大的比表面积和适当的孔径,可从气相或溶液中吸附某些物质。
吸附树脂与被吸附物质之间的作用主要是物理作用,如范德华力、偶极一偶极相互作用、氢键等较弱的作用力[1]。
吸附树脂有许多品种,吸附能力和所吸附物质的种类也有区别。
但其共同之处是具有多孔性,并具有较大的比表面积(主要指孔内的比表面积)。
在化学结构上有些不带任何功能基,有些则带不同极性的功能基。
2、吸附树脂的分类及特点高分子吸附剂的结构包括化学结构和物理结构。
在化学结构上有些不带任何功能基,有些则带不同极性的功能基;有些参与反应的单体不具有极性,有的则有较强极性。
按其化学结构的不同可分为以下几类:(1 )非极性吸附树脂,一般是指电荷分布均匀,在分子水平上不存在正负电荷相对集中的极性集团的树脂。
其不带任何功能基团,最适用从极性溶剂(如水)中吸附非极性物质。
目前工业生产和应用的非极性吸附剂均为有二乙烯苯(DVB)交联的聚苯乙烯大孔树脂,由于孔径和比表面积的不同,从而对吸附质的分子大小呈现出不同的选择性。
吸附树脂的吸附原理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述吸附树脂是一种具有特殊吸附功能的固体材料,在科学研究、工业生产以及环境保护等领域有着广泛的应用。
它能通过物理吸附或化学吸附的方式,将溶液中的目标物质固定在其表面或孔隙中,从而实现目标物质的分离、纯化或浓缩。
吸附树脂具有多种类型和分类,常见的包括离子交换树脂、吸附树脂和固定相树脂等。
离子交换树脂可通过与离子交换产生化学反应或物理吸附来去除水中的离子,广泛应用于水处理、化学工程和生物制药等领域。
吸附树脂主要通过物理吸附将目标分子吸附在其孔隙中,例如,用于分离和纯化生物大分子、有机物和气体。
固定相树脂是一种用于液相和气相色谱分析的固定载体,通过吸附和分配,将混合物中的成分分离并作定量分析。
吸附树脂的吸附原理非常复杂,涉及到诸多物理现象和化学反应。
其中,物理吸附是指通过范德华力、氢键等非化学键力将目标分子吸附在树脂表面或孔隙中。
化学吸附则是指通过共价键或离子键形成化学键的方式将目标分子固定在树脂上。
吸附树脂的吸附能力主要与其表面性质、孔隙大小和分子之间的相互作用力有关。
本文将详细介绍吸附树脂的不同类型和分类,并重点探讨吸附树脂的吸附原理。
2.2和2.3部分将分别介绍吸附树脂的两种常见吸附原理,并结合实际案例进行说明。
最后,在结论部分,我们将总结吸附树脂的吸附原理,并展望其在未来的应用前景。
通过对吸附树脂的研究和应用,我们可以更好地理解吸附过程的机制,为相关领域的科学研究和工程实践提供有力支撑。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容:文章结构部分应该介绍整篇文章的组织结构和内容安排,让读者可以清楚地了解整篇文章的框架。
可以涵盖以下内容:首先,简要介绍整篇文章的组织结构,例如由引言、正文和结论三个主要部分组成。
其次,对每个主要部分进行详细的说明。
引言部分可以简要介绍吸附树脂的背景和研究意义,并阐述吸附树脂的吸附原理是本文的重点。
正文部分可分为吸附树脂的定义和分类以及吸附树脂的吸附原理两个小节。
盐城师范学院毕业论文吸附树脂对邻苯二甲酸的吸附热力学和动力学研究中文摘要本文通过静态吸附和动态学实验研究了几种吸附吸附剂(NDA150树脂、活性炭(AC)、邻苯二甲酸酐树脂(PTA)、1,2,4-苯三酸酐树脂(TMA)对邻苯二甲酸的吸附性能及吸附机理。
结果表明:四种吸附剂对邻苯二甲酸均具有较好的吸附效果。
邻苯二甲酸在四种吸附剂上的的吸附是物理吸附为主放热过程。
Freundlich吸附等温方程很好地拟合邻苯二甲酸在PTA、TMA、NDA150、AC上的吸附行为,属于多分子层吸附。
热力学研究显示,吸附自由能变ΔG <0,反应过程可自发进行。
吸附焓变ΔH<0,表明反应放热。
吸附熵变ΔS <0,表明反应熵的减少。
苯二甲酸在四种吸附剂上的吸附过程符合准一级动力学方程,吸附速率常数大小顺序为AC>PTA>TMA>NDA150。
关键词:吸附树脂;邻苯二甲酸;吸附热力学;吸附动力学Thermodynamics and kinetics of o-phthalate adsorption ontosorption resinHu JinAbstractAdsorption properties and mechanism of o-phthalate adsorption onto sorption resin were studied through the static adsorption and dynamics experimental in this paper. The results showed that four kinds of adsorbent (PTA, TMA, NDA150, AC) all had good adsorption effect for o-phthalate. The adsorption process was a physical adsorption. Freundlich adsorption isotherm equation could fit the adsorption isotherm perfectly which indicated multi-molecular layer adsorption was the primary way. Thermodynamics parameters showed that the adsorption was spontaneous and the adsorption process was exothermic. reaction heat release. Pseudo-first order kinetic equation could fit the adsorption process and the sorption rate constant was AC > PTA > TMA > NDA150.Key words:adsorption resin; o-phthalate; adsorption thermodynamics; adsorption dynamics目录前言 (1)1 实验部分 (3)1.1 仪器与试剂 (3)1.1.1 试剂 (3)1.1.2 仪器 (3)1.2 实验方法 (3)1.2.1 树脂预处理 (3)1.2.2 溶液的配制 (3)1.2.3 吸附等温线的测定 (3)1.2.4 吸附动力学的测定 (4)1.2.5 液相色谱分析条件 (4)2 结果与讨论 (4)2.1 吸附等温线 (4)2.2 吸附热力学 (8)2.3 吸附动力学 (8)3 结论 (10)参考文献 (11)致谢 (12)前言随着经济的发展和西方有机生产中心的转入,工业飞速发展,生产香料、医药、农药、助剂的基地的扩大,产生了数亿吨的工业废水[1],大量的有机化合物也随着废水的排放进入了环境水中,造成了严重的环境污染。
当前,水资源是世界各国普遍面临急需解决的问题之一。
据联合国世界资源研究所研究报道,世界水资在质和量的方面都面临着比其它资源和比以往都更为严峻的局面。
全世界每年排向自然水体的工业和生活废水为4200亿立方米,造成35%以上的淡水资源受到污染[2],因而治理水体污染将尤为重要。
在一定意义上说世界各地经济发展的快慢将依据可利用水资源的状况而确定。
这些未得充分利用的废水既污染环境,又浪费资源,迫切需要进行资源化利用。
近年来国内外相相继开发了许多新型、高效、具有实用意义的废水处理技术[3],如吸附法,生化法,混凝沉降法等,与传统的处理方法相比,其成本低,效率高,容易操作,无二次污染,因此在污水处理中得到广泛的应用。
邻苯二甲酸类废水[4]的来源主要是工业生产废水,治理的方法多重多样。
主要可分为三类:物化处理技术[5]、化学处理技术以及生物处理技术[6]。
但是在这些方法中吸附法与传统的处理方法相比,其成本低,效率高,容易操作,无二次污染,因此在污水处理中得到广泛的应用[7]。
吸附剂的种类很多,有活性炭、大孔树脂[8]、活性白土、硅藻土等。
在有机废水中常用的吸附剂有活性炭[9]和大孔树脂。
虽然活性炭具有较高的吸附性,但由于再生困难、费用高而在国内较少使用。
例如将活性炭投加到难降解染料废水的试验容器中,当活性炭的投加浓度为200mg/L时,色度的去除率为77%;而投加质量浓度增加到400mg/L时,色度的去除率达到86%[10]。
所以一般使用大孔树脂吸附。
大孔吸附树脂是上世纪70年代随着大孔离子交换树脂的发展应运而生的。
近年来,国内外学者在新型超高交联吸附剂的合成方法、机理研究和应用方面取得了很多创新性成果。
超高交联吸附树脂[11]有丰富的微孔结构和优良的比表面积,可以吸附水体中的有机物,对有疏水作用的有机物也都有较好的吸附效果。
这类吸附剂对脱附剂的适应能力较强,对各种化学修饰树脂的合成研究是开发新型超高交联树脂的方向之一[12]。
树脂吸附法具有以下特点:(1)适用范围宽,废水中有机物浓度从几个到几万mg/L、从极性有机物到非极性有机物均可用此法进行处理,且在非水体系中也可应用;(2)吸附效率高,脱附再生容易;(3)树脂性能稳定,使用寿命长;(4)工艺简单、操作简便,不需高温高压;(5)在治理废水的同时,富集回收了废水中的有用物质,实现了废物资源化,运行费用较低,厂家容易接受,便于推广。
就吸附剂本身来说,目前应用最广泛吸附树脂大多为苯乙烯-二乙烯苯聚合物[13]。
这类树脂表面不具有功能基团,适合于在极性溶剂中吸附分离非极性或弱极性吸附质,但对于高水溶性、强极性的有机物,吸附效果较差,同时该类树脂还存在水对其难以浸润,使用前需用极性有机溶剂浸泡后再水洗的缺点。
因此采用树脂法处理化工废水受到科学工作者的广泛关注。
但是,树脂吸附法在应用过程中也面临着一些问题:(1) 大孔吸附树脂[14]以聚苯乙烯树脂为主,这类树脂具有增水性,使用前需用极性溶剂做预处理,增加了操作的复杂性;相比活性炭,这类吸附剂对有机物的吸附容量还较低。
(2) 超高交联树脂孔径较小,虽然对酚类化合物有着很好的吸附效果,但是脱附性能尚不及一般的大孔树脂,在实际工程应用中往往存在脱附峰不集中的现象(3)对多种有机物共存的废水,现有的树脂选择性还不强,对于性质相近的有机物异构体或同系物的有效分离也很困难,对分子上具有多种亲水基团特别是分子上既具有碱性基团又具有酸性基团[15]的芳香两性有机物的吸附分离[16]还没有开发出相应的树脂。
对超高交联聚苯乙烯比表面积与孔结构的控制与设计,尚无全面系统的研究。
本论文就是基于以上背景,着重研究NDA150树脂、活性炭(AC)、邻苯二甲酸酐树脂(PTA)、1,2,4-苯三酸酐树脂(TMA)对邻苯二甲酸的吸附作用。
并研究了这四种吸附剂对邻苯二甲酸的吸附性能和吸附机理[17],以期为治理邻苯二甲酸类废水提供合理的数据及有效的方法。
1 实验部分1.1 试剂和仪器1.1.1 试剂甲醇(分析纯)邻苯二甲酸(分析纯)NDA150、活性炭(AC )邻苯二甲酸酐树脂(PTA )、1,2,4-苯三酸酐树脂(TMA )(自制)去离子水1.1.2 仪器锥形瓶、量筒(100mL )、角匙、容量瓶(1000ml )、烧杯电子天平 JA2103N (上海民桥精密科学仪器有限公司)恒温振荡器 DHZ-D (江苏太仓博莱特仪器厂)高效液相色谱仪 Waters600(美国沃特斯公司)傅立叶红外光谱仪 AVATAR360(美国尼高力公司)烘箱 HG101-1型(南京实验设备厂)1.2 实验方法1.2.1 树脂预处理将吸附树脂依次用无水乙醇、蒸馏水、去离子水洗涤至中性以除去杂质, 于323k 下烘干至恒重, 置于干燥器中备用。
1.2.2 溶液的配制用电子天平精确称取0.1000g 、0.2000g 、0.3000g 、0.4000g 、0.5000g 邻苯二甲酸,放入小烧杯中溶解,转移至1000ml 容量瓶中,然后用去离子水定容,配制成100、200、300、400、500mg/L 的吸附液。
1.2.3 吸附等温线的测定称取0.1000g 的吸附树脂,分别加入100ml 上述不同浓度吸附液至锥形瓶中。
将锥形瓶放置在转速为140r/min 的摇床中振荡,依次控制温度为288K 、303K 、318K 和288K * (由318K 直接降温至288K),振荡至吸附平衡,用进样器取10μL 吸附平衡液,用高效液相色谱仪检测邻苯二甲酸的含量,计算树脂的平衡吸附量。
测定吸附质平衡浓度Ce ,按下式计算平衡吸附量:W C C V Q e o e /)(1-=式中:Qe 为树脂的平衡吸附容量(mg/g ),Ce 为溶液中吸附质的平衡浓度(mg/L ),C 0为初始浓度(mg/L ),V 1为溶液体积(L ),W 为树脂的重量(g )。
1.2.4 吸附动力学的测定准确称取0.1000g 经预处理的吸附树脂,加入100ml 浓度为300mg/L 的邻苯二甲酸溶液,将锥形瓶置于恒温振荡器中,于288K 下恒温振荡,分别于设定时间取样测定邻苯二甲酸的含量,至吸附平衡。
Q t = (C 0-C t ) V /W式中:Q t 为t 时刻时树脂的吸附量(mg/g),C t 为t 时刻时溶液中吸附质的浓度(mg/L),C 0为初始浓度(mg/L),V 为溶液体积(L),W 为树脂的重量(g )。
1.2.5 液相色谱分析条件流动相:甲醇/水=80/20,流速为1.0mL/min ,检测波长为254nm ,色谱柱为150mm C18柱,柱温为303K 。
2 结果与讨论2.1 吸附等温线吸附等温线是在恒温条件下平衡吸附量与溶液平衡浓度的关系曲线。