【摘要】：丙烯酸(AA)是一種重要的化工原料,廣泛用于涂料、膠粘劑、高吸水性樹脂等領域,但丙烯酸及其產(chǎn)品在生產(chǎn)和使用過程中會產(chǎn)生大量的廢水,其COD濃度高、成分復雜、含生物毒害性大的物質(zhì)、降解難度大。本文進行了D301-TETA離子交換樹脂處理丙烯酸廢水的研究,出水COD去除率在80%左右,未檢測到丙烯酸,在減輕后續(xù)生化處理廢水負擔的同時,實現(xiàn)丙烯酸的資源回收利用。本文選用了D301弱堿性陰離子交換樹脂進行實驗,通過三乙烯四胺(TETA)對D301樹脂進行活化,用活化后的D301-TETA樹脂對丙烯酸模擬廢水進行了靜態(tài)吸附實驗,考察了交換時間、溶液pH、初始濃度、反應溫度、振蕩速度和溶液中乙酸濃度等因素對丙烯酸去除效果的影響以及樹脂的重復再生性能,進一步探究了樹脂對丙烯酸實際廢水的動態(tài)吸附解吸效果,考察了廢水流速、樹脂柱高徑比、解吸液濃度、解吸液流速等因素對穿透曲線和洗脫曲線的影響及廢水的吸附洗脫效果,并考察了串聯(lián)吸附的可行性和樹脂20次重復利用的吸附性能。同時,通過熱力學和動力學討論樹脂對丙烯酸的吸附行為,研究其吸附機理。靜態(tài)實驗結果表明:D301弱堿性陰離子樹脂對丙烯酸有很好的吸附潛力。該樹脂經(jīng)三乙烯四胺活化后,全交換容量由3.782 mmol/g提高到4.981 mmol/g。在298 K,丙烯酸初始濃度為7000 mg/L,pH為2.5,振蕩速度為160 r/min的條件下,120 min左右D301-TETA樹脂達到吸附平衡,平衡吸附量為289 mg/g。高濃度的乙酸會引起競爭吸附并使丙烯酸的吸附量減少,但影響不大。五次循環(huán)吸附再生實驗表明樹脂吸附-解吸性能穩(wěn)定,機械性能較好。D301-TETA樹脂對丙烯酸實際廢水的動態(tài)吸附結果表明:廢水以4 mL/min流經(jīng)高徑比為4.5的樹脂柱,破點前COD去除率為80%,并未檢測到丙烯酸含量,殘留物主要為酯類、醇類等中性物質(zhì),丙烯酸的穿透體積為210 mL,飽和吸附容量為190 mg/g。樹脂吸附飽和后,以2 mL/min的流速將2 mol/L的NaOH解吸液通入飽和樹脂柱,洗脫后樹脂再生吸附率為90%以上,同時樹脂柱可串聯(lián)吸附提高樹脂的利用率,反復使用20次樹脂再生吸附率較穩(wěn)定,重復利用性好。熱力學研究表明:郎格謬爾(Langmuir)方程能比弗倫德利希(Freundlich)方程更好的擬合丙烯酸在D301-TETA樹脂上的吸附過程,R~2在0.992以上,R_L在0~1之間,表明該過程為單分子層的優(yōu)惠吸附。熱力學參數(shù)ΔG~0在-1.51 KJ/mol左右,ΔH~0為-7.21 KJ/mol,ΔS~0為-19.13 J/(mol·K),表明該反應為自發(fā)進行的、放熱的、熵減過程。動力學研究表明,D301-TETA樹脂吸附丙烯酸的過程符合擬二級動力學模型,R~2在0.999以上,其控速步驟為顆粒內(nèi)擴散。
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圖 1-1 2016 年全球丙烯酸產(chǎn)能區(qū)域分布（%）egional distribution of global acrylic acid production capac以及超吸水性樹脂（SAP）是丙烯酸的兩大主要應料和膠粘劑的重要原料之一，在環(huán)保越來越重視的替溶劑型涂料的趨勢，自 2016 年以來國內(nèi)涂料行業(yè) 主要用于嬰兒紙尿褲和女性衛(wèi)生用品，目前國內(nèi) SP 有望受益于進口替代和二胎政策帶動嬰兒紙尿褲

產(chǎn)業(yè)的活躍帶動著丙烯酸整個行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)日益擴大，其生使用中產(chǎn)生的廢水是擺在我們面前迫在眉睫的問題。.1.2 丙烯酸的生產(chǎn)工藝丙烯酸是化工行業(yè)重要的有機原料，其生產(chǎn)技術不斷的優(yōu)化改進[7-8]。現(xiàn)內(nèi)外丙烯酸在工業(yè)化生產(chǎn)上大多采用丙烯兩步氧化法。在溫度 250 ~ 400°C水蒸氣存在的條件下，以丙烯和空氣（氧氣）為原料，加入催化劑進行氣相相氧化反應。為了使每個反應都可以在各自的最優(yōu)條件下發(fā)生，將氧化反應放在兩個操作運行條件下分步進行。首先，丙烯被氧化成丙烯醛，如式（1-1）。CHCHCHOCHCHCHOHO23222= +→=+（1-第二步，丙烯醛被進一步氧化生成丙烯酸，如式（1-2）。2 2 2 2CH = CHCHO + O → CH CHCOOH + H O（1-其氧化產(chǎn)物用水吸收，經(jīng)分離、精制后，，得到產(chǎn)品丙烯酸[9]。
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：X703

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本文編號：2610704