黃意利(浙江龍盛化工研究有限公司 浙江 紹興 312369)

大孔弱堿性樹脂對(duì)高水溶性磺酸類染料中間體的吸附

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在高水溶性磺酸類染料生產(chǎn)和使用過(guò)程中，將產(chǎn)生大量的2-萘磺酸等中間體。針對(duì)這些中間體的處理問(wèn)題，本文提出了利用大孔弱堿性樹脂進(jìn)行中間體吸附的方法，并開展了有關(guān)實(shí)驗(yàn)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，樹脂可以利用靜電作用進(jìn)行2-萘磺酸等中間體的吸附。

大孔弱堿性樹脂；高水溶性磺酸類染料；中間體；吸附

在國(guó)內(nèi)，高水溶性磺酸類染料得到了大量的生產(chǎn)和應(yīng)用，并帶來(lái)了廢水處理的問(wèn)題。而就目前來(lái)看，在進(jìn)行水溶性酸類物質(zhì)的處理上，普遍使用大孔弱堿性樹脂進(jìn)行這些溶解度大和極性強(qiáng)物質(zhì)的吸附。但在高水溶性磺酸類染料廢水處理方面，有關(guān)研究仍然較少。因此，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)大孔弱堿性樹脂對(duì)高水溶性磺酸類染料中間體的吸附研究，以便更好的利用該種樹脂完成這類廢水的處理。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

在高水溶性磺酸類染料中，2-萘磺酸、甲苯磺酸等為中間體，得到了大量使用。在對(duì)含有這些中間體的廢水進(jìn)行處理時(shí)，可以嘗試?yán)么罂兹鯄A性樹脂。為確定大孔弱堿性樹脂能否用于進(jìn)行高水溶性磺酸類染料廢水處理，則需要以其為吸附劑開展實(shí)驗(yàn)，從而確定樹脂對(duì)2-萘磺酸等物質(zhì)的吸附性能。

2 實(shí)驗(yàn)方法

在開展實(shí)驗(yàn)時(shí)，將使用D301苯乙烯-二乙烯苯作為吸附劑。該種吸附劑為大孔弱堿性樹脂，飽和吸附量為4.8mmol∕g，比表面積為31.8㎡∕g，粒度在0.3-1.25mm之間，含水量則為50%-66%。而實(shí)驗(yàn)使用的2-萘磺酸和對(duì)氯磺酸及對(duì)甲苯磺酸均為分析純。在實(shí)驗(yàn)開展的過(guò)程中，將使用Waters 600型高效液相色譜儀、PHS-3C型精密酸度計(jì)作為檢測(cè)設(shè)備。

在實(shí)際開展實(shí)驗(yàn)前，需要利用95%乙醇進(jìn)行樹脂浸泡，并進(jìn)行數(shù)分鐘攪拌，從而使樹脂合成中的雜質(zhì)和單體得到去除。完成攪拌后，需靜置半小時(shí)，然后將上清液去除，并利用離子水進(jìn)行樹脂清洗。最后，需要在50℃條件下將樹脂烘干，直至重量恒定。在此基礎(chǔ)上，需完成芳香磺酸化合物稱量，并利用蒸餾水進(jìn)行濃度為1000mg∕L的儲(chǔ)備液配置。進(jìn)行0.1-0.5g樹脂稱量，并放入碘量瓶中，然后移入80mL儲(chǔ)備液。將碘量瓶塞緊，并在振蕩器進(jìn)行24h震蕩，直至達(dá)到吸附平衡。而實(shí)驗(yàn)溫度可以分別設(shè)置為20、30、40℃，完成吸附后需利用色譜儀進(jìn)行化合物濃度測(cè)定，具體需要在230nm波長(zhǎng)下利用紫外線進(jìn)行2-萘磺酸和對(duì)氯苯磺酸等中間體的檢測(cè)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 吸附特性分析

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，利用大孔弱堿性樹脂進(jìn)行2-萘磺酸等中間體的吸附，隨著溶液中溶質(zhì)平衡濃度的提高，吸附量均有所增加。從總體上來(lái)看，樹脂對(duì)高水溶性磺酸類染料中間體的吸附為優(yōu)惠型過(guò)程，其上弱堿性陰離子交換樹脂具有一定的比表面積，能夠利用樹脂骨架上質(zhì)子化功能基團(tuán)完成離解磺酸離子的吸附，并利用范德華力進(jìn)行分子態(tài)磺酸的吸附[1]。在這些中間體中，2-萘磺酸具有強(qiáng)酸性，所以離解特性較強(qiáng)，大多以離子狀態(tài)存在于水溶液中。在這種情況下，樹脂由于本身對(duì)離子態(tài)化合物不具有吸附性，所以主要依靠經(jīng)典作用進(jìn)行該類物質(zhì)的吸附。具體來(lái)講，就是樹脂表面會(huì)發(fā)生基團(tuán)質(zhì)子化的情況，從而得到能夠利用靜電力與磺酸離子締合吸附的功能基團(tuán)。在這一過(guò)程中，樹脂的堿性功能基R+將發(fā)生質(zhì)子化，得到堿性功能基團(tuán)RH+，該基團(tuán)與芳香磺酸離子A+將互相吸附。

3.2 吸附性能分析

為確定樹脂吸附性能將受到哪些因素的影響，還要分別對(duì)20、30和40℃條件下的樹脂吸附情況進(jìn)行分析，并對(duì)不同pH值下的吸附情況進(jìn)行分析。通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，樹脂對(duì)2-萘磺酸和對(duì)氯苯磺酸等物質(zhì)的吸附量也有所增加。分析這一現(xiàn)象的產(chǎn)生原因可以發(fā)現(xiàn)，樹脂在吸附這些中間體時(shí)，這些化合物會(huì)經(jīng)過(guò)脫溶劑化進(jìn)入樹脂相[2]。在這一過(guò)程中，中間體中包含有疏水性基團(tuán)芳環(huán)和極性基團(tuán)，疏水性基團(tuán)難以與水分子合成氫鍵，所以將形成水蔟結(jié)構(gòu)，只有脫離這一結(jié)構(gòu)才能進(jìn)入樹脂相，因此需要吸收熱量進(jìn)行原有結(jié)構(gòu)的破壞。此外，2-萘磺酸等離子利用靜電作用力得到吸附，也要對(duì)水分子和樹脂堿性基團(tuán)間的氫鍵進(jìn)行破壞，所以同樣需要吸熱。通過(guò)提高溫度，則有利于中間體脫離水蔟結(jié)構(gòu)和發(fā)生靜電作用，因此能夠使樹脂吸附性能得到提高。而從pH值對(duì)樹脂吸附性能的影響來(lái)看，在pH值比2大的情況下，隨著溶液酸性的增強(qiáng)，2-萘磺酸的吸附量得到了增加[3]。但在pH值比2小的情況下，吸附量則隨著溶液酸性增強(qiáng)而下降。出現(xiàn)這種情況，主要是由于酸性的增強(qiáng)能夠使樹脂表面弱堿性功能基團(tuán)質(zhì)子化傳給你都提高，從而有利于靜電吸附的發(fā)生。但酸性過(guò)強(qiáng)，則將導(dǎo)致溶液中酸性離子與2-萘磺酸離子進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)吸附，進(jìn)而導(dǎo)致樹脂對(duì)2-萘磺酸等中間體的吸附量降低。

結(jié)論：通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，利用大孔弱堿性樹脂，可以進(jìn)行高水溶性磺酸染料中間體的吸附，從而使廢水處理問(wèn)題得到解決。而在實(shí)際進(jìn)行樹脂使用時(shí)，除了加強(qiáng)樹脂的預(yù)處理，還要通過(guò)適當(dāng)提高吸附溫度和進(jìn)行pH值的調(diào)整提高樹脂吸附能力，進(jìn)而使廢水處理效果得到增強(qiáng)。

[1]謝祖芳,童張法,陳淵等.苦味酸和2,4-二硝基酚在弱堿性樹脂上的等溫吸附[J].化學(xué)工程,2014,03:24-28+48.

[2]方芳,劉曉寧,王楠等.梳狀弱堿性樹脂對(duì)丁二酸高濃度循環(huán)解吸[J].化工學(xué)報(bào),2014,05:1764-1770.

[3]李營(yíng),陳平,李長(zhǎng)海等.弱堿性樹脂對(duì)Cr(Ⅵ)的吸附-解吸性能研究[J].應(yīng)用化工,2011,10:1686-1688+1691.