大孔弱堿性樹脂對高水溶性磺酸類染料中間體的吸附

黃意利(浙江龍盛化工研究有限公司 浙江 紹興 312369)

大孔弱堿性樹脂對高水溶性磺酸類染料中間體的吸附

黃意利(浙江龍盛化工研究有限公司 浙江 紹興 312369)

在高水溶性磺酸類染料生產(chǎn)和使用過程中，將產(chǎn)生大量的2-萘磺酸等中間體。針對這些中間體的處理問題，本文提出了利用大孔弱堿性樹脂進行中間體吸附的方法，并開展了有關(guān)實驗。從實驗結(jié)果來看，樹脂可以利用靜電作用進行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，并帶來了廢水處理的問題。而就目前來看，在進行水溶性酸類物質(zhì)的處理上，普遍使用大孔弱堿性樹脂進行這些溶解度大和極性強物質(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)加強對大孔弱堿性樹脂對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 實驗內(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。在對含有這些中間體的廢水進行處理時，可以嘗試利用大孔弱堿性樹脂。為確定大孔弱堿性樹脂能否用于進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驗，從而確定樹脂對2-萘磺酸等物質(zhì)的吸附性能。

2 實驗方法

在開展實驗時，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%。而實驗使用的2-萘磺酸和對氯磺酸及對甲苯磺酸均為分析純。在實驗開展的過程中，將使用Waters 600型高效液相色譜儀、PHS-3C型精密酸度計作為檢測設(shè)備。

在實際開展實驗前，需要利用95%乙醇進行樹脂浸泡，并進行數(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，然后將上清液去除，并利用離子水進行樹脂清洗。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，并利用蒸餾水進行濃度為1000mg∕L的儲備液配置。進行0.1-0.5g樹脂稱量，并放入碘量瓶中，然后移入80mL儲備液。將碘量瓶塞緊，并在振蕩器進行24h震蕩，直至達到吸附平衡。而實驗溫度可以分別設(shè)置為20、30、40℃，完成吸附后需利用色譜儀進行化合物濃度測定，具體需要在230nm波長下利用紫外線進行2-萘磺酸和對氯苯磺酸等中間體的檢測。

3 實驗結(jié)果

3.1 吸附特性分析

從實驗結(jié)果來看，利用大孔弱堿性樹脂進行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。從總體上來看，樹脂對高水溶性磺酸類染料中間體的吸附為優(yōu)惠型過程，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)子化功能基團完成離解磺酸離子的吸附，并利用范德華力進行分子態(tài)磺酸的吸附[1]。在這些中間體中，2-萘磺酸具有強酸性，所以離解特性較強，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)典作用進行該類物質(zhì)的吸附。具體來講，就是樹脂表面會發(fā)生基團質(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。在這一過程中，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RH+，該基團與芳香磺酸離子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20、30和40℃條件下的樹脂吸附情況進行分析，并對不同pH值下的吸附情況進行分析。通過分析可以發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，樹脂對2-萘磺酸和對氯苯磺酸等物質(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，這些化合物會經(jīng)過脫溶劑化進入樹脂相[2]。在這一過程中，中間體中包含有疏水性基團芳環(huán)和極性基團，疏水性基團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)才能進入樹脂相，因此需要吸收熱量進行原有結(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，也要對水分子和樹脂堿性基團間的氫鍵進行破壞，所以同樣需要吸熱。通過提高溫度，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值對樹脂吸附性能的影響來看，在pH值比2大的情況下，隨著溶液酸性的增強，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而下降。出現(xiàn)這種情況，主要是由于酸性的增強能夠使樹脂表面弱堿性功能基團質(zhì)子化傳給你都提高，從而有利于靜電吸附的發(fā)生。但酸性過強，則將導(dǎo)致溶液中酸性離子與2-萘磺酸離子進行競爭吸附，進而導(dǎo)致樹脂對2-萘磺酸等中間體的吸附量降低。

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

[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.梳狀弱堿性樹脂對丁二酸高濃度循環(huán)解吸[J].化工學(xué)報,2014,05:1764-1770.

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