NKA-II大孔樹脂處理廢水中苯甲酸的動態吸附研究

劉蘭 阮玉宇 王斌

摘 ?????要： 含苯甲酸廢水不僅對微生物有強烈的毒性，破壞生態環境，還會造成資源浪費。對NKA-II大孔樹脂處理廢水中苯甲酸的動態吸附進行了研究。單因素研究結果表明：高徑比越大，吸附效果越好，苯甲酸脫除率越高，綜合考慮高徑比4.4為較優選擇;苯甲酸脫除率隨著流速的增大先增大后降小，流速5.7 mL/min為較優條件。正交實驗結果表明：影響苯甲酸脫除率的關鍵因素為高徑比;最優的吸附條件為初始濃度0.01 mol/L，高徑比6.6，轉速5.7 mL/min。

關 ?鍵 ?詞：苯甲酸廢水;動態吸附;單因素實驗;正交實驗

中圖分類號：TQ028.1+4 ??????文獻標識碼： A ?????文章編號： 1671-0460（2019）02-0272-03

Abstract： Wastewater containing benzoic acid has strong toxicity to the microorganisms， so it can destroy the ecological environment. In this paper， the macroporous resin NKA - II dynamic adsorption of benzoic acid in waste water processing was studied. The single factor study results showed that the higher the ratio of height to diameter， the better the adsorption effect， and the higher the removal rate of benzoic acid.The removal rate of benzoic acid first increased and then decreased with the increase of the flow rate. The flow rate of 5.7 mL/min was the optimal condition. The orthogonal experiment results showed that the key factor influencing the removal rate of benzoic acid was the ratio of height to diameter. The optimal adsorption conditions were the initial concentration of 0.01 mol/L， the ratio of height to diameter of 6.6， the flow rate of 5.7 mL/min.

Key words： Benzoic acid wastewater; Dynamic adsorption; Single factor experiment; Orthogonal test

苯甲酸經常作為防腐劑使用在食品中，在生活中造成大量苯甲酸廢水;同時苯甲酸在工業中的應用非常廣泛，這也使其成為環境中非常常見的污染物。廢水中苯甲酸不僅會對微生物有強烈的毒性，破壞生態環境，還會造成資源浪費[1-4]。因此對廢水中的苯甲酸回收研究迫在眉睫。大孔吸附樹脂化學性質穩定，可從水溶液中富集、分離和回收有機物質，因此被廣泛應用于有機廢水的處理[5，6]。本文對NKA-II大孔樹脂處理廢水中苯甲酸的動態吸附進行了研究，通過單因素實驗和正交實驗考察了各因素的變化對廢水中苯甲酸脫除率的影響。

1 ?實驗部分

1.1 ?主要實驗試劑

苯甲酸，氫氧化鈉，鹽酸，廠家均為上海邦威化工有限公司，以上試劑均為分析純;NKA-II 吸附樹脂，南京大學環境學院研制，理化性質見表1。

1.2 ?主要實驗儀器

微量滴定管，量程2.000 mL，精度0.001 mL，天津玻璃儀器廠;玻璃吸附柱，吸附柱長30c m，直徑15 cm，天津玻璃儀器廠;恒流泵，轉速范圍1～100 r/min;分辨率1 r/min;保定蘭格恒流泵有限公司。

2 ??實驗方法

2.1 ?樹脂預處理

新樹脂可能含有分散劑、致孔劑、惰性溶劑等化學殘留，所以使用前應進行預處理[5，6]。先用乙醇浸泡24 h后，用乙醇洗至流出液與水1：5不渾濁，再用蒸餾水洗至無醇味，接著用4%NaOH溶液沖洗浸泡2～4 h，再用蒸餾水洗至中性，最后用4%HCl溶液沖洗浸泡2～4 h后水洗至中性，烘干，備用。

2.2 ?實驗過程

（1）吸附柱洗凈烘干裝裝一定量的NAK-II樹脂后固定。

（2）將100 mL的一定濃度苯甲酸廢水溶液置于燒杯中。

（3）將蠕動泵軟管入口一端伸入苯甲酸廢水溶液內，苯甲酸廢水溶液通過過蠕動泵輸送到吸附柱的上部后流經吸附柱內的NAK-II樹脂回流到裝苯甲酸廢水溶液的燒杯。

（4）每隔一定時間，從燒杯中取含苯甲酸廢水試樣進行滴定分析（圖1）。

3 ?數據記錄與分析

3.1 ?單因素實驗

3.1.1 ?樹脂高徑比對廢水中苯甲酸脫除率的影響

樹脂高徑比指吸附柱內樹脂堆積的高度和堆積的直徑之比，高徑比影響處理單位廢水所用的樹脂用量和廢水流經樹脂的時間，進而影響苯甲酸的脫除率（表2）。

以廢水中的苯甲酸脫除率為縱坐標，以樹脂高徑比為橫坐標作圖，考察高徑比和吸附時間對苯甲酸脫除率的影響（圖2）。

由上述數據可以看出：（1）相同高徑比條件下苯甲酸的脫除率隨時間的增大而增大，直至吸附飽和。在實驗的前30 min吸附速率較快，40 min后吸附速率逐漸緩慢，在50 min時樹脂吸附已接近飽和，吸附速率非常緩慢;當樹脂高徑比為2.2、3.3，高徑比較低時，需要達到吸附飽和的時間較長。（2）相同吸附時間條件下，苯甲酸的脫除率隨高徑比增大而增大，這是因為高徑比越大說明樹脂量大，單位時間內吸附位點更多越多，吸收效果更好;但高徑比達到4.4以上時苯甲酸的脫除率隨高徑比增大趨勢慢慢變緩。

3.1.2 ?廢水流速對廢水中苯甲酸脫除率的影響

廢水流速主要影響廢水在樹脂床上的停留時間，進而影響苯甲酸分子的粒擴散和膜擴散，最終影響樹脂對苯甲酸的吸附效果或廢水中苯甲酸的脫除率（表3）。

從以上數據可以看出：（1）相同流速下，苯甲酸的脫除率隨時間延長而增大，即吸附時間越長，苯甲酸脫除率越高，但40 min以后，所有流速的苯甲酸的脫除率隨時間延長的變化趨勢變緩;（2）相同吸附時間，廢水流速越大，苯甲酸脫除率越小;這是因為流速越大，單位時間處理的廢水量越大，廢水經過樹脂段停留時間越短，樹脂越早達到吸附飽和，但如果流量過大，廢水會在吸附柱上方累積、溢出，造成實驗誤差[6-10];流速越小，單位時間內處理的廢水量越小，廢水經過樹脂段停留時間越長，樹脂吸附達到飽和所需時間越長，但如果流量過小，吸附周期越長，成本越大。從吸附效果考慮，低流速下的操作是有利的，但在實際應用中，必須考慮單位時間的處理能力，因此需綜合考慮吸附效果與時間因素。

3.2 ?正交實驗

選擇廢水初始濃度、高徑比和流速三個因素進行L9（34）正交試驗，實驗因素及水平見表4-5。

4 ?結 論

（1）單因素實驗結果表明：高徑比越大，NKA-II大孔樹脂對廢水中的苯甲酸吸附效果越好，苯甲酸脫除率越高，但繼續增大高徑比，苯甲酸脫除率變化趨勢變緩，綜合考慮高徑比4.4為較優選擇;苯甲酸脫除率隨著流速的增大先增大后減小，流速為5.7 mL/min較較合適。

（2）三因素三水平正交實驗結果表明：高徑比是影響廢水中苯甲酸的脫除率的關鍵因素;最優實驗組合為初始濃度C0為0.01 mol/L，高徑比6.6，流速5.7 mL/min，廢水中苯甲酸的脫除率達到95.82%。

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