用離子交換法對鉻洗脫液脫鈉工藝進(jìn)行研究

1、用離子交換法對鉻洗脫液脫鈉工藝進(jìn)行研究用離子交換法處理六價鉻廢水需經(jīng)過陰離子交換，六價鉻以CrO42-、HCrO4-或 Cr2O72-的形式被交換吸附在陰離子樹脂（ROH）上，交換過程如下：當(dāng)交換過程完成后，用氫氧化鈉溶液再生陰離子樹脂，使發(fā)生上述反應(yīng)的逆過程，得到了以鉻酸鈉為主的堿性溶液，即鉻洗脫液。由于鉻洗脫液中的鈉離子對電鍍工藝或電鍍質(zhì)量會產(chǎn)生影響，因此，需對鉻洗脫液進(jìn)行脫鈉處理以得到可以返回鍍槽再利用的鉻回收液。為避免在脫鈉過程中引入雜質(zhì)離子，本文選用比鹽酸更具優(yōu)勢的硫酸作再生劑，用離子交換法對鉻洗脫液脫鈉工藝進(jìn)行了研究，取得了良好的結(jié)果。1、 實驗1.1 試劑與材料硫酸、氫氧化鈉、氯

2、化鈉、二異丙胺，均為分析純；硫酸、氫氧化鈉、氯化鈉、二異丙胺，均為分析純；陽離子樹脂：強酸型樹脂 A；弱酸型樹脂 B；強酸型樹脂 C。1.2 儀器250 mL 錐形瓶等相關(guān)玻璃儀器若干；DWS-51 通用型鈉度計，貴陽學(xué)通儀器儀表有限公司；托盤天平，江蘇省星潤達(dá)教學(xué)儀器科技有限公司。1.3 廢水來源某電鍍廠鉻在線回用裝置中陰離子交換柱洗脫液，簡稱鉻洗脫液，pH12，鈉離子濃度大于 11g/L。1.4 鈉離子檢測先將待測水樣用二異丙胺調(diào)節(jié)到 pH=10 左右，然后直接用鈉度計(預(yù)先用高純水配制的氯化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液按照說明書上的兩點標(biāo)定法進(jìn)行標(biāo)定)測試并讀出鈉離子的濃度值，所測結(jié)果與國標(biāo)法測定結(jié)果基本

3、吻合，對工業(yè)生產(chǎn)沒有任何影響。1.5 實驗內(nèi)容(1)預(yù)處理：先在托盤天平上準(zhǔn)備稱取適量樹脂，用清水洗干凈，然后依次用 8 %氫氧化鈉溶液、10 %硫酸浸泡 24 小時，最后用純水清洗樹脂直至洗水為中性，將預(yù)處理后的樹脂貯存好備用。(2)交換過程：稱取 20 g 預(yù)處理好的樹脂于 250 mL 錐形瓶中，再加入鉻洗脫液 150 mL，然后在不同時刻取樣 10 mL 測試溶液中鈉離子濃度，取樣時間設(shè)置為 0，5 min，20 min，50 min，110 min，200 min，320 min。(3)再生過程：設(shè)定再生劑硫酸濃度為 5 %、10 %、15 %，再生體積比(再生硫酸用量與樹脂的體積之

4、比)為 21、315，浸泡時間為 4 h、9 h、14 h、24 h。先固定其中的兩個再生條件，然后分別以此條件進(jìn)行靜態(tài)實驗，每個實驗條件重復(fù)試驗至少 5 次。2、 實驗結(jié)果與討論2.1 不同樹脂的脫鈉效果分別取20 g預(yù)處理后的三種陽離子樹脂于相同的實驗條件下對鉻洗脫液進(jìn)行靜態(tài)吸附實驗，然后在不同反應(yīng)時間分別取樣檢測溶液中鈉離子的含量，并計算出樹脂的吸附容量，實驗結(jié)果見圖 1。由圖 1 可以看出，三種樹脂的吸附容量隨反應(yīng)時間變化曲線都在反應(yīng)開始很短的時間后就保持基本穩(wěn)定，說明樹脂的交換反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到了平衡。樹脂 C 和 A 對鈉的吸附容量曲線基本相同，樹脂 B 曲線略高于樹脂 C，而樹脂 B

5、對鈉吸附容量要遠(yuǎn)大于前兩者，這正好說明了弱酸樹脂的吸附容量要大于強酸樹脂。經(jīng)過多次重復(fù)實驗，都得到相同結(jié)果，表明樹脂B的脫鈉能力最強，穩(wěn)定性最好。故選用樹脂B進(jìn)行后續(xù)實驗。2.2 再生劑濃度對脫鈉效果的影響分別用 5 %、10 %、15 %的硫酸 125 mL(約為樹脂體積的 4.5倍)再生樹脂 14 h，然后在同條件下進(jìn)行實驗，所得實驗數(shù)據(jù)如表1 和圖 2 所示，從表 1 和圖 2 知道，樹脂的再生度先隨著硫酸濃度的上升而增大，而后反而減小，在對應(yīng) 10 %硫酸時達(dá)到最大。這是因為在硫酸濃度較低時，樹脂上被置換出的離子也隨著 H+的增加而相應(yīng)增多，再生度提高；據(jù)資料知，硫酸濃度超過某一臨界值

6、時，將會產(chǎn)生硫酸鈣沉淀，而當(dāng)硫酸濃度達(dá)到 10 %時，硫酸中的 H+還來不及與樹脂上的鈣離子交換并將其帶出樹脂內(nèi)部，硫酸根離子就已經(jīng)和鈣離子形成了沉淀，從而使樹脂的內(nèi)部空間和活性位點大大減少。這也是樹脂再生度從對應(yīng) 5 %硫酸到 10 %硫酸時提高很多，而之后卻有少許下降。從圖 2 中可以明顯看出這一點，所以再生樹脂 B 選用 10 %硫酸。2.3 再生體積比對脫鈉效果的影響用 10 %硫酸再生樹脂 14 h，設(shè)定硫酸再生體積依次為 55 mL，83 mL，138 mL，分別對應(yīng)樹脂用量并剛好與之構(gòu)成 12、13、15 的體積比關(guān)系。按此條件進(jìn)行實驗，實驗結(jié)果如表 2、圖 3所示。由表 2 及

7、圖 3 可以明顯地看出，當(dāng)樹脂用量與再生劑硫酸的體積比為 13 或 15 時，樹脂吸附容量較大，明顯比 V10%硫酸V樹脂=21 時再生效果都好。再生體積比的不同，決定了再生液中H+數(shù)量的多少，正如酸濃度影響再生度一樣，在一定范圍內(nèi)，H+的增多有利于再生度的提高，所以 V10%硫酸V樹脂=21 的再生效果最差?？紤]到 V10%硫酸V樹脂=51 時酸消耗量偏大，最后選用V10%硫酸V樹脂=31。2.4 再生時間對脫鈉效果的影響以 3 倍于樹脂體積的 10 %硫酸進(jìn)行再生，再生浸泡時間分別為 5 h、9 h、14 h、24 h，然后在不同反應(yīng)時間取樣分析，實驗情況見表 3 和圖 4。從表 3 中的

8、數(shù)據(jù)容易得到：再生時間越長樹脂的再生度越高，對鈉的平均吸附容量越大，但當(dāng)再生時間從 14 h 延長到 24 h 時，樹脂的吸附容量略有下降。原本樹脂再生時間越長約有利于樹脂上的吸附離子與硫酸中 H+充分交換，但是從實驗數(shù)據(jù)或圖 4 可以看出，浸泡時間從 9 h 到 24 h 樹脂的再生度增加不大且都維持在98%以上，為了節(jié)省時間，因此選擇再生浸泡時間為 9 h。3、 結(jié)論綜述所述，該公司鉻洗脫液脫鈉的最佳實驗條件是：采用陽離子交換樹脂 B，再生浸泡時間為 9 h，10 %硫酸作再生劑，并且與樹脂用量保持 31 的體積比關(guān)系時，樹脂對鉻洗脫液的脫鈉能力最強，再生度可達(dá) 98 %以上。本實驗只是用靜態(tài)實驗法初步探討了鉻洗脫液脫鈉樹脂的種類及某樹脂的再生條件優(yōu)化，以為后續(xù)動態(tài)實