離子交換樹脂在堿性水體中的除鐵試驗研究

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)

參考文獻(xiàn)

科 學(xué) 試 驗

離子交換樹脂在堿性水體中的除鐵試驗研究

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)

研究離子交換樹脂在堿性水體中除鐵的應(yīng)用情況，采用不同型號的離子交換樹脂通過流動床吸附考察其在堿性水體中的除鐵性能。結(jié)果顯示，進(jìn)口的IRC-747和國產(chǎn)的LSC-500兩種樹脂在堿性環(huán)境下均具有較好的除鐵效率，并且國產(chǎn)的LSC-500樹脂的性能優(yōu)于進(jìn)口的IRC-747，在體積流量為3 BV/h的條件下，除鐵效率最高可達(dá)到90%，且再生成本低。

離子交換樹脂；堿性水體；除鐵；比較；研究

在氯堿化工的生產(chǎn)中，由于設(shè)備的腐蝕及原料中帶入的鐵離子會影響產(chǎn)品的品質(zhì)，特別是pH較高的原料液中的鐵離子會使產(chǎn)品的顏色發(fā)黃，因此，降低并控制堿性原料液中的鐵含量在氯堿化工的生產(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]。化學(xué)沉淀法[2]要加入Na2S，產(chǎn)生大量有毒的硫化氫氣體，會對周圍環(huán)境及工人的身體健康帶來危害，并且會使產(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，實現(xiàn)工業(yè)化較困難[3]。而離子交換法[4-5]由于其工藝先進(jìn)簡單，交換樹脂使用壽命長，交換量大，再生后可反復(fù)使用，對現(xiàn)場環(huán)境和人的健康有一定的改善，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。本文考察了進(jìn)口的IRC-747和國產(chǎn)的LSC-500兩種樹脂在堿性環(huán)境下的除鐵效率，針對國產(chǎn)的LSC-500樹脂進(jìn)行了再生成本的估算，為國產(chǎn)樹脂在堿性溶液中的除鐵提供實際應(yīng)用的數(shù)據(jù)。

1 試驗部分

1.1 原料和試驗裝置

堿性水體中含一定的鹽分，主要成分有碳酸鈉、碳酸氫鈉、氯化鈉、硫酸鈉和少量的有機(jī)質(zhì)，該水體中的鐵主要以二價離子形式存在。IRC-747為進(jìn)口樹脂，LSC-500為國產(chǎn)的樹脂。

在試驗中，采用流動床處理堿性水體，試驗裝置示意圖見圖1。有機(jī)玻璃管高度為1.2 m，內(nèi)徑為40 mm。

圖1 試驗裝置示意圖

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(帶10 mm比色皿)、電爐、有機(jī)玻璃柱、計量泵。

1.3 試驗方法

試驗中所處理的堿性水體的鐵含量大約20 mg/L，試驗過程包括樹脂的預(yù)處理、吸附和再生三個步驟。

樹脂的預(yù)處理是將1 L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1.5 BV/h的流速洗2 h，然后用水洗至pH=5～7，接著用2%氫氧化鈉以1.5 BV/h的流速洗2 h，最后用水洗至pH=8，備用。

樹脂的吸附是將堿性含鐵水體以一定的流速通過預(yù)處理后的樹脂，該水體的pH值為10，溫度為25 ℃，用鄰菲啰啉分光光度法檢測不同時間點處理后水體中的鐵含量，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 兩種除硼樹脂性能比較

將體積為1 L的IRC-747和 LSC-500兩種樹脂分別裝入兩個有機(jī)玻璃柱，經(jīng)預(yù)處理活化后，將堿性含鐵水體以3 BV/h的流速通過該樹脂，測定處理后水體不同時間鐵的含量，考察樹脂的吸附性能和除鐵效率。

圖2 處理后水體的鐵含量和時間的關(guān)系

圖3 樹脂的除鐵效率隨時間的變化關(guān)系

由圖2、圖3可以看出，IRC-747和 LSC-500這兩種樹脂在堿性環(huán)境下針對二價鐵均具有較好去除效果。其中IRC-747前38 h的除鐵率在50%以上，最高可達(dá)到84%。LSC-500的效果更好，前30 h除鐵效果非常明顯，保持在75%以上，48 h除鐵效果在50%以上，最高達(dá)到90%，該樹脂的吸附容量大，吸附時間長。

2.2 成本費用估算

采用LSC-500樹脂，生產(chǎn)中按照50 m3/h的流量處理該堿性水體，除鐵率保持在50%以上，其成本估算如表1所示，生產(chǎn)中采用2%的鹽酸和2%的氫氧化鈉溶液再生樹脂即可滿足生產(chǎn)的要求。

表1 LSC-500樹脂的成本費用估算

3 結(jié) 論

從試驗結(jié)果看，進(jìn)口IRC-747和國產(chǎn)LSC-500這兩種樹脂在堿性環(huán)境下針對二價鐵均具有較好去除效果，其中LSC-500的效果最好，前48 h除鐵效果在50%以上，最高達(dá)到90%，完全可以替代進(jìn)口的IRC-747樹脂，生產(chǎn)中每處理1 m3堿性水體的再生成本較低，大約為1.36元/m3。

參考文獻(xiàn)

[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] 任玉琴.122#樹脂和C-11顆粒炭除鐵脫色應(yīng)用生產(chǎn)的體會[J].發(fā)酵科技通訊，2006，35(4)：21-22

[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] 董建國，王金明，劉文飛.樹脂吸附結(jié)合還原絡(luò)合法去除鹽酸中的鐵離子[J].氯堿化工，2012，48(2)：21-25

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

TQ051.8

A

1005-8370(2017)03-14-03

2017-02-21

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