铜负载螯合树脂对氨氮的配体吸附热力学与动力学研究

氨氮是《国家"十二五"环境保护规划》新提出的全国水污染物排放约束性指标，但对于冶金、化工行业的高含盐量氨氮废水，目前尚无经济高效的处理方法。本项目提出了一种将铜离子固定在亚胺基二乙酸型螯合阳离子交换树脂载体上形成的以铜离子为氨氮吸附中心的新型氨氮吸附材料（简称载铜树脂）及基于载铜树脂的氨氮废水处理新方法。将系统地研究载铜树脂的氨氮吸附平衡热力学，考察温度、pH值、废水中共存阳离子浓度对吸附平衡的影响；研究静态吸附动力学、建立静态吸附动力学模型；研究动态吸附穿透曲线，考察树脂预处理pH、废水流速、共存阳离子浓度等对穿透曲线和出水氨氮浓度的影响；研究氨氮饱和载铜树脂的解吸行为,重点考察解吸液pH对解吸过程的影响。本方法的载铜树脂对氨氮的选择吸附性强、吸附容量大、经其吸附处理后出水氨氮浓度可低于15mg/L的国家标准，载铜树脂吸附法有望成为一种高效经济的氨氮废水处理新方法。

本项目以氨氮废水作为研究对象，将铜离子负载到亚胺基二乙酸型螯合阳离子交换树脂上，制备出一种对氨氮具有高度选择性和较大吸附容量的新型氨氮吸附材料（简称载铜树脂）。系统地考察了载铜树脂吸附氨氮的吸附平衡热力学及动力学的研究。在此基础上，开展了载铜树脂处理氨氮的工业应用研究。. 以稀NH4Cl溶液为模拟氨氮废水，进行了载铜树脂对氨氮的静态吸附平衡研究。考察了温度、氨氮浓度、pH值及共存阳离子等水质因素的变化研究了载铜树脂吸附剂对氨氮的吸附行为和机理。研究结果表明，温度的升高不利于载铜树脂的氨氮吸附，表明树脂吸附氨氮的过程是放热反应；载铜树脂的氨氮吸附容量随着氨氮浓度的升高而升高；平衡吸附的最佳pH为9.5左右，且分子态的NH3比离子态的NH4+更易被吸附。表明氨氮与载铜树脂骨架之间的分子间作用力对吸附的贡献大于与功能团之间的作用力贡献，使用NaOH苛化改变平衡pH有利于提高吸附容量；共存阳离子的存在会一定程度上降低树脂吸附容量。通过对树脂热力学常数的计算也证明了上述结论。树脂的红外分析结果表明铜离子以配位形式负载到树脂上并与氨氮进行配位络合。. 在静态吸附机理研究的基础上，进行了载铜树脂的固定床吸附与流化床解吸动力学研究。考察了温度及共存离子对载铜树脂氨氮吸附动力学的影响，实验结果符合准二级动力学模型；确定了流化床树脂苛化的加碱量及循环流量等苛化最佳工艺条件；考察了pH值、氨氮浓度、共存阳离子、出水流速、载铜量对树脂固定床氨氮吸附的影响，确定了固定床吸附的最佳工艺条件；考察了不同解析剂、循环流量及酸添加量及加酸方式等对树脂解吸过程的影响，确定了流化床解吸的最佳工艺条件；通过对固定床水洗过程的研究，确定了水洗的最佳工艺条件并最终确立了树脂苛化-吸附-解吸-水洗-苛化的氨氮吸附工艺流程。. 在实验室平衡热力学实验及动力学实验的基础上，与吹脱工艺相结合，将吹脱-吸附联合工艺成功应用于水口山有色金属集团高浓度铍冶炼氨氮废水的治理，出水连续稳定达标，实现了载铜树脂的工业化应用，为高浓度氨氮废水的治理提供了一种新的经济高效的思路和方法。