大孔吸附树脂在环境中的应用 - 华南师范大学本科质量工程

胶体与表面化学论文

大孔吸附树脂在环境

科学中的应用

姓名：冯杏仪

班级：化学与环境学院环境科学专业02级（2）班

学号：200224024410

大孔吸附树脂在环境科学中的应用

冯杏仪

（华南师范大学化学与环境学院环境科学专业02级（2）班，022424410，

广东省广州市，510631）

[摘要] 对大孔吸附树脂的基本特点进行了描述，介绍了大孔吸附树脂在环境科学中的应用，尤其是各种有机废水处理的概况,并展望其应用前景。 [关键词] 大孔吸附树脂；有机废水处理；应用

The Applications of Macroporous Adsorption Resin in

Environment Science

FENG Xing-yi

（Speciality of Environment Science , Department of Chemistry and Environment , South China

Normal University ,Class two Grade two , 022424410,Guangzhou Guangdong 510631 ,China) Abstract : Based on description of the properties of macroporous adsorption resin，the general situations of applications of macroporous adsorption resin in environment science，especially in organic wastewater treatment is introduced and the prospect of its applications is discussed. Key words : macroporous adsorption；resin organic wastewater treatment；applications

吸附树脂就是树脂吸附剂，是在离子交换树脂的基础上发展起来的 。20世纪70年代以来，随着大孔离子交换树脂的发展，大孔吸附树脂应运而生。随着对大孔吸附树脂研究的进一步加深,它的应用也越来越广泛,对于它的分离机理研究方面也逐步深入。目前,大孔吸附树脂主要应用于环保、医药工业、化学工业、分析化学、临床鉴定等多个领域。本文主要详细讲述大孔吸附树脂在环境科学中的应用。

1. 介绍大孔吸附树脂

1.1 吸附树脂与离子交换树脂的区别

离子交换树脂是一种人工合成的具有离子交换能力的离子的交换剂，不溶于水的高分子酸、高分子碱和高分子盐。而吸附树脂是指不含离子交换基团的高交联度体型高分子珠粒，

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它内部有许多分子水平的孔道，提供扩散于吸附场所。1.2 大孔吸附树脂的结构和分类

大孔吸附树脂的结构包括化学结构和物理结构。通过带有各种功能集团的单体的聚合或聚合物进行功能基反应，可以得到不同化学结构的吸附树脂。而树脂的物理结构主要是其孔结构。

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按照树脂的极性不同,大孔吸附树脂可以分为非极性、中极性和极性、强极性四类。非极性吸附树脂是由偶极距很小的单体聚合而得,不含任何功能基团,孔表的疏水性较强,可通过与小分子内的疏水部分的作用吸附溶液中的有机物,最适用于从极性溶剂(如水)中吸附非极性物质。中极性吸附树脂含有酯基,其表面兼有疏水和亲水部分,既可由极性溶剂中吸附非

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极性物质,也可以从非极性溶剂中吸附极性物质。极性树脂含有酰胺基、氰基、酚羟基等极性功能基,它们通过静电相互作用吸附极性物质。而强极性树脂是指含有氧化氮、吡啶基额

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聚合物，也是通过强的静电作用吸附极性物质的。1.3 大孔吸附树脂的用途

大孔吸附树脂应用范围广。目前大孔吸附树脂在废水处理、药物提取、化学试剂的提纯、医学分析、急性药物中毒处理、色谱等方面有着广泛的应用。特别是特殊高性能吸附树脂在废水有效处理的同时还实现了废物的资源化，应该说这是吸附树脂发展史上的一大进步。

2.大孔吸附树脂的吸附原理和影响因素

2.1 大孔吸附树脂的吸附原理

大孔吸附树脂对于吸附质的吸附主要是物理吸附。物理吸附主要是通过范德华力吸附，其吸附过程取决于温度、压强、表面的大小，而与表面的微观结构关系不大。其吸附机理是由于固体表面上的原子力场不饱和，有表面能，因而可以吸附某些分子以降低表面能。固体

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从溶液中吸附溶质分子后，溶液的浓度将降低，而被吸附的分子将在固体表面上浓聚。2.2 大孔吸附树脂吸附的影响因素

大孔吸附树脂是一类不含离子交换基团,具有大孔结构的高分子吸附剂。理化性质稳定,不溶于酸、碱及有机溶媒,对有机物有浓缩、分离的作用,且不受无机盐类及强离子、低分子化合物的干扰。其吸附性能与活性炭相似,与范德华力或氢键有关。同时,网状结构和高比表面积,使得其具有筛选性能。根据树脂孔径、比表面积、树脂结构、极性差异,大孔吸附树脂又分为许多类型,且分离效果受被分离物极性、分子体积、溶液pH值、树脂柱的清洗、洗脱液的种类等因素制约。同时，吸附性能也与吸附质、吸附剂、外界的温度和压强等有关。具

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体如下：

（1）树脂的比表面积越大吸附量越多。 （2）一般树脂的孔径越大，吸附质分子在孔内的扩散速度也越大，越有利达到吸附平衡。经验表明，当吸附剂孔径与吸附质分子的直径比为6：1左右时，吸附性能最佳。 （3）随着孔容的增加，树脂的吸附量增加。 （4）树脂的孔径分布越窄，吸附性能越好。

（5）极性树脂较易吸附极性物质，非极性树脂较易吸附非极性物质。 （6）若树脂上的基团与吸附质分子之间可以形成氢键或电子转移络合物，则有强的吸附作用。

（7）一般吸附都是放热过程，温度升高，吸附量将减少。

（8）压强是影响吸附的因素之一。压强越大，吸附量越多。而吸附速率也随着压强的增大而增大。

3．大孔吸附树脂的应用

3.1 大孔吸附树脂处理有机废水

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3.1.1 处理有机废水的优点

大孔树脂以吸附为基本特征,大部分不具有功能基而没有任何交换中心,作用与吸附剂活性炭相似,可以再生。大量研究工作表明,树脂吸附法处理有机废水有着较好的效果。

具有如下特点:

(1) 适用范围宽,适用性好。废水中有机物浓度从几个到上万mg/ L 均可进行处理,且吸附效果不受溶液中所含无机盐的影响。

(2) 比表面积大,吸附效率高,解吸再生容易。大孔树脂对有机物的吸附率通常可达到99 %以上,不产生二次污染。解吸常用酸碱或有机溶剂,解吸一般可达95 %以上。

(3) 树脂性能稳定,使用寿命长。树脂有较高的耐氧化、耐酸碱、耐有机溶剂的性能,可在150 ℃以下长期使用,在正常情况下年损耗率小于5 %。

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(4) 有利于综合治理,变废为宝。采用树脂吸附可以回收利用污染物,节约开支,增加效益。

(5) 工艺简单,不需特殊设备,技术容易掌握,操作方便,运行费用较低。由于以上这些特点,吸附树脂在处理高浓度、难降解的有机工业废水方面发展迅速,尤其在酚类、胺类、有机酸类、硝基物、卤代烃等方面,取得重大进展。

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3.1.2 大孔吸附树脂吸附有机废水废物（1）含酚废水的处理

酚类是一种毒性很强的有机化合物,若进入人体,会引起蛋白质变质和凝固。水中含酚大于10mg/L ,鱼类等水生生物不能生存。含酚量高于100mg/ L 的水灌溉,必将导致农作物的减产和枯死。

南京大学采用CHA - 111 大孔吸附树脂,处理T - 50 石油酚、2 - 萘酚和五氯酚钠(PCP —Na) 工业中产生的高浓度含酚废水,T - 50 石油酚废水中酚总去除率> 99. 9 %,COD去除率> 95%,出水中酚浓度<5 mg/ L ,再经过次氯酸钠氧化,实现达标排放;2 -萘酚的吸附率> 99%,脱附率可达95%;五氯酚钠去除率> 99 %,COD 去除率> 80 %。另外,吸附剂解吸后可以重复使用,解吸后的污染物可以资源化。

河北师范大学利用XH - 303 大孔吸附树脂处理D - 对羟基苯甘氨酸生产中产生的含酚废水,酚的去除率达到99. 9 % ,最大单程处理量为25 BV/h ,脱附液酸化后可以直接回用。

李洁莹等利用NDA-909对超高交联吸附树脂NDA-909 对邻甲酚的吸附，吸附量随着邻甲

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酚平衡浓度的升高而增大，低温有利于吸附的进行。 （2）含苯胺废水的处理

南京大学对CHA - 111 树脂吸附苯基周位酸生产废水进行处理研究,气体苯胺盐析废水苯胺浓度> 16 000 mg/ L ,树脂吸附出水浓度< 2 mg/ L ,苯胺去除率> 99. 9 % ,COD 去除率> 97 % ,树脂工作吸附量120 mg/ L ,脱附率> 98 %。

江苏石油化工学院利用H - 103 树脂对生产多亚甲基多芳基异氰酸酯(PAPI) 产生的苯胺废水进行吸附研究,结果显示,吸附效果优于美国AmberlitXAD - 4 树脂,出水苯胺浓度< 3 mg/ L ,苯胺去除率达99. 9 % ,COD 去除率为75 % ,树脂工作吸附量为80～100 mg/ mL ;以50～60 ℃稀盐酸或工业酒精脱附,苯胺回收率> 99 %。 （3）含硝基物废水的处理

江苏石油化工学院采用H - 103 树脂吸附法处理硝基苯乙酮,确定最佳工艺条件为:在pH 值为3 ,室温,流速为2 BV/ h 的情况下吸附;采用95 %的乙醇、温度为60～65 ℃、流速为1 BV/ h 的条件脱附。其处理效果为:废水中硝基物去除率达98 % ,COD 去除率达到 %。另外,利用H - 103 树脂处理硝基氯苯生产中产生的废水,硝基氯苯的去除率> 95 % ,COD 去除率> 95 % ,出水COD < 100 mg/ L。山东东营石油大学[15 ]利用H - 103 吸附树脂预处理东营市胜大化工厂含硝基苯和苯胺的废水,硝基苯去除率为91 % ,苯胺去除率为80 % ,为进一步降解奠定基础。

西安建筑科技大学采用XDA - 111 型大孔吸附树脂对硝基苯酚废水进行处理研究,结果表明,硝基苯酚的吸附率几近100 % ,树脂再生率和硝基苯酚回收率均达95. 4 % ,COD 去除率为44. 1 %。

（4）含有机酸废水的处理

南京大学龙超等利用ND804 大孔吸附树脂固定床处理4 ,4’- 二氨基二苯基乙烯- 2 ,2’- 二磺酸(DSD 酸) 氧化工序废水,研究表明,废水经过树脂吸附后,COD 去除率在91 %左右,废水得到有效处理,DNS 酸可以回收利用。

南京大学王学江等采用NDA - 100 大孔树脂吸附水杨酸生产废水, 结果表明, 当进水COD 为18 000～20 000 mg/ L 时,吸附出水COD 在60 mg/ L左右,满足国家规定二级排放标

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准,水杨酸去除率接近100 % 。

南京大学罗刚等利用超高交联树脂对水溶液中山梨酸(2 ,4 - 乙二烯酸) 的吸附行为进行了研究,结果显示,该种树脂的吸附能力明显优于CHA- 111 和XAD - 4 树脂,吸附的最佳pH 值为3 ,降低温度和NaCl 存在都有利于吸附,乙醇的质量分数>1 %时,吸附量明显降低。

NDA-150、ND-99 和ND-900 超高交联大孔树脂对邻苯二甲酸的吸附行为进行了研究，探讨了3 种不同类型的树脂对水溶液中邻苯二甲酸的吸附热力学规律，为树脂吸附法在邻苯二甲酸生产废水处理中的应用进行了初步理论探索。 （5）其他有机废水的吸附

西北电力学院研究了树脂吸附丙烯酸酯的情况,经过CHA - 3 和CHA - 11 两种吸附性能的比较,证明CHA - 11 树脂的吸附性能较好,平均吸附率达90 %以上,吸附量达166 mg/ mg。

南京大学王海玲等利用NDA - 150 吸附硫化促进剂CA(N ,N’- 二苯基硫脲) 生产废水,研究发现经过吸附后,COD 浓度从20 000 mg/ L 左右降至300 mg/ L 以下,去除率在98 %以上。

张晓研究了树脂吸附法处理1, 42二羟基蒽醌生产废水。

许月卿等利用大孔吸附树脂处理含磺胺废水发现, DRH Ⅲ树脂对磺胺具有良好的吸附解吸效果。经树脂吸附处理后,废水中COD 去除率约86% , 树脂的解吸率为9715% ,磺胺的回收率约8610%,其纯度达9918%。在废水有效处理的同时实现了废物资源化,具有良好的环境效益和较高的经济效益。

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3.1.3 大孔吸附树脂吸附无机酸

张虹等用大孔吸附树脂对氯化苯生产中的副产盐酸进行吸附处理。试验结果表明经过ND150大孔吸附树脂吸附处理后,副产盐酸中的有机物质量浓度可降至1 mg/L 以下, 有机物的去除率达9918%。且大孔吸附树脂经乙醇洗脱再生后可重复使用,其对副产盐酸仍具有较好的吸附作用,这样可以大大的节约成本。

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3.3 吸附树脂吸附有机磷农药

有机磷农药是目前农业生产中最常用的杀虫剂,尤其在产棉区应用更广泛,杀虫效果甚佳。但它亦给人们带来了极大的危害,不时发生有机磷农药中毒现象。李国华等人用HA树脂为吸附剂,考察了有机磷农药的吸附性能,效果良好,吸附率在90%以上,吸附速率也较快,且血液相容性好,可望用于临床血流灌流,抢救重症有机磷农药中毒患者。

4 总结

大孔吸附树脂是一种尚在发展中的固体吸附剂。它既有活性炭的吸附能力,又可以象离子交换树脂一样进行再生,而且物理、化学性质相对稳定,因此有机废水处理的应用具有广阔的前景。随着新型大孔吸附树脂的不断涌现和吸附技术的迅猛发展,树脂吸附法将在环境科学中大展拳脚，尤其它将成为处理高浓度、难降解有机废水的有效方法之一。 参考文献：

[1] 沈钟、赵振国等编著 胶体与表面化学 化学工业出版社 2004年8月第三版 第331页 [2] 沈钟、赵振国等编著 胶体与表面化学 化学工业出版社 2004年8月第三版 第332页 [3]汪洪武、刘艳清 大孔吸附树脂的应用研究进展 中药材 第28卷 第4期 2005年4月 [4] 沈钟、赵振国等编著 胶体与表面化学 化学工业出版社 2004年8月第三版 第217页 [5] 沈钟、赵振国等编著 胶体与表面化学 化学工业出版社 2004年8月第三版 第244、333页

[6] 刘晓超、马丽丽 大孔吸附树脂在有机废水处理中的应用的研究进展 交通环保 第25 卷 第4 期 2004 年8 月

[7] 刘晓超、马丽丽 大孔吸附树脂在有机废水处理中的应用的研究进展 交通环保 第25 卷 第4 期 2004 年8 月

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[8] 李洁莹 陈金龙 费正皓 陆朝阳 李爱民 刘福强 张全兴 大孔吸附树脂对邻甲酚的吸附行为研究 离子交换与吸附 第20 卷第5 期

[9][10] 汪洪武、刘艳清 大孔吸附树脂的应用研究进展 中药材 第28卷 第4期 2005年4月

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