1、 1 毕业论文 开题报告 环境工程 三种吸附剂对对甲苯磺酸的吸附行为比较 一、选题的背景、意义 有机芳香磺酸及其衍生物是重要的精细化学品，广泛用作合成催化剂、乳化剂、润滑油添加荆、离子交换树脂以及其他多种专用化学品的原料，它们也是制备酚类化合物、染料、医药、皮革鞣剂和杀虫剂等的重要中间体，有关这类化合物的用途不断得到开发并受到广泛重视 1。芳香族磺酸一般是生物难降解物质，可生化性差，高水溶性和强极性使富含该类物质的废水用一般的絮凝、萃取和吸附法难以有效处理，所以该类废水一直是工业废水治理的难题；同时低辛醇 /水分配 系数显示芳香族磺酸化合物在水环境具有很高流动性，容易造成水体污染，因此，对该类
2、废水的治理已引起广泛关注。 为了保护我们周围的环境不被破坏，为了实现经济效益和环境效益的双赢， 采用合理有效的处理工艺对 芳香族磺酸 废水进行处理，对做好环境保护工作具有重大的意义。 二、相关研究的最新成果及动态 2.1 芳香族磺酸类物质工业废水的特征 表 1-1 几种典型芳香磺酸类有机化工生产废水水质 废水 COD/(mg/L) 颜色 pH 含盐量 DSD酸生产废水 27040 棕黑色 1-2 14% J酸生产废水 20000-60000 深棕色 0.5-1.5 50-150g/L 2-萘酚生产废水 33500-39000 深棕色 4-6 14%-17% H酸生产废水 13828 深黑色 2
3、.31 244.55g/L 柠檬黄生产废水 33000 棕褐色 2-3 10% 表 1-1为几种典型芳香磺酸类有机化工生产废水的水质 2，该类废水具有以下几个主要特征： (1)污染物浓度高。芳香族磺酸化合物带有亲水性的磺酸基，其水溶性较大，废水中的有机物浓度 (以COD表示 )高达几万 mg/L，一般还含有大量的无机盐。以 H酸生产废水为例， COD高 达 60000mg/L，Na2SO4等无机盐含量高达 250mg/L。 (2)酸度强。芳香族磺酸类有机化工废水常表现为强酸性，如 J酸生产废水的 pH值约为 0.5-1.5。 (3)色泽深。芳香族磺酸类有机化工废水一般都呈深棕色至深黑色，色度极
4、高。 (4)难生物降解。这类废水大多 BOD5/COD值极低，可生化性差，难以用一般生化法处理 。 2 2.2 目前治理芳香磺酸类生产废水采用的主要物化方法及成果 针对这类污染物的治理，国内外学者开展了大量的研究工作，物化法主要集中于采用化学氧化法 (如 Fenton试剂、臭氧氧化法、湿式氧化法 、超临界水氧化法 )、萃取法 (络合萃取法、液膜萃取法等 )以及树脂吸附法等进行针对性的去除，取得了一定的效果。 2.2.1 化学氧化法 (1)Fenton试剂氧化法 采用 Fenton试剂氧化法处理芳香族化合物，催化生成的羟基自由基破坏芳香核，形成脂肪族化合物，后者在大多数情况下较取代的芳香物可生化
5、降解性好。随后，脂肪族化合物向无机物质形态转化，转化的程度与过氧化氢的剂量有关。研究表明， Fenton试剂氧化法不仅可有效降低芳香族磺酸类有机化工废水的 COD值，而且可明显提高其 BOD5/COD比值。由于芳香族磺酸有机 物在 Fenton试剂氧化过程中，磺酸基团被羟基取代后，降低了有机物的水溶性，可提高混凝处理的效率。因此，应用 Fenton试剂氧化混凝法处理芳香族磺酸废水取得了良好的效果，总 COD去除率达到 90以上。 (2)臭氧氧化法 臭氧氧化法的基本原理是利用臭氧的强氧化性将水中的有机物彻底矿化成二氧化碳和水，或者将大分子有机物氧化分解成小分子，使之成为容易被进一步处理的产物 3
6、。臭氧氧化的主要功效不是降低以 TOC为代表的水中有机物含量，而是改变有机物的性质和结构。通过臭氧氧化处理，水中大分子有机物分解氧化为小分子有 机物、且具有饱和构造的有机物成分明显增加。臭氧氧化主要用在难生物降解的有机废水中，作为生化反应预处理工艺，降低 CODcr，提高废水的可生化性。 (3)湿式氧化法 湿式氧化是指在高温高压液相条件下，利用氧气或空气氧化水中有机物或还原态无机物的一种处理方法。废水经该法处理后，可生化性大大提高，甚至可将有机物直接矿化成二氧化碳和水等有机物 7。湿式氧化去除有机物所发生的反应属于自由基反应，共经历诱导期、增值期、退化期和结束期 4个阶段。各反应中自由基所起的
7、作用取决于有机物的组成，以及所使用的氧化剂和反应条件等。 (4)超临界水氧化法 超临界水氧化技术是一种新型、高效的水处理技术。水的临界温度是 374.5 ，临界压力为22.05MPa，临界密度为 0.32g/cm3，在此温度或压力之上就是水的超临界区 4。在超临界状态下，流体的物理性质处于气体和液体之间，既具有与气体相当的扩散系数和较低的粘度，又具有与液体相近的密度和对物质良好的溶解能力。由于超临界水对有机物有很高的溶解能力，但无机化合物尤其3 是盐却较难溶于其中，有机物的氧化可以在富氧的均一相中进行，其反应不会因相间转移而受到限制，从而保证了有机物有很好的去除效率。 2.2.2 萃取法 (1
8、)络合萃取法 基于可逆络合反应的萃取分离方法 (简称络合萃取法 )对于极性有机物稀溶液的分离具有高效性和高选择性 5。可逆络合反应萃取分离的工艺过程是：溶液中的待分离物质与含有络合剂的萃取溶质相接触，络合剂与待分离的溶质形成络合物，使其转移到萃取相中，达到分离的目的。然后则是进行逆向反应使萃取溶剂再生以循环使用，而溶质得以回收 6。芳香族磺酸化合物属强 Lewis酸，其酸性接近于无机酸，容易采用络合萃取法进行分离。络合萃取法处理芳香族磺酸类有机化工废水是利用胺类化合物 (特别是叔胺类萃取 剂 )与芳香族磺酸类化合物形成络合物而脱离水相的机理。在碱性条件下，络合物又会发生分解反应，使萃取剂得到再
9、生。萃取完成后，向萃合物中加入稀碱液进行反萃取，有机相中的芳香磺酸重新以盐的形式返回水相，实现有机物的浓缩回收以及萃取剂的重复利用。由于胺类萃取剂粘度较大，为避免萃合物的粘壁现象，需在萃取剂中加入一定量的稀释剂以减少萃取剂的损失。稀释剂的加入还可以降低萃取浓度，促使水相和络合相的分离，消除“萃余相 废水”的乳化现象，常采用煤油作为稀释剂。 (2)液膜萃取法 液膜分离技术是新开发的可应用于废水治理的萃取技 术，在表面活性剂的作用下将萃取剂制成油包水型的液珠，污染物在载体作用下透过膜层进入萃取内相，分层后将萃取相破乳即可得到浓缩液，同时回收有机相 7。 乳状液膜分离是新近开发的可用于废水治理的萃取
10、技术，它综合了固体膜分离法和溶剂萃取法的优点，特别适合于分离水溶液中呈溶解态的有机污染物。研究表明 8，乳状液膜分离适合于有机磺酸型废水的处理。在表面活性剂的作用下，萃取剂形成油包水型的液珠，水相中的有机污染物透过膜层进入萃取内相。分层后将萃取相破乳即可得到浓缩液，同时回收有机相。 2.2.3 吸附法 吸附法以其能 够选择性地富集某些化合物而受到广泛关注，它是利用多孔固体物质具有的高比表面积或所带有的功能基团 9，通过分子间作用力，对废水中的污染物进行有效的分离，采用的吸附剂有活性炭、粉煤灰、改性纤维素、粘土矿物、硅胶和树脂等。芳香族磺酸化合物一般是强极性，在广泛的 pH范围内以离子态存在，很
11、难被疏水性的吸附剂如活性炭吸附。当采用树脂吸附法处理芳香磺酸类生产废水时，一般来说，必须依靠有机物与树脂表面极性基团的特殊作用力才能取得比较理想的吸附效果。 4 2.3 树脂吸附法在芳香磺酸类生产废水治理中应用的优势 近十多年来大量的 研究工作表明，采用高级氧化法如 Fenton试剂氧化法、臭氧氧化、以及湿式氧化法、超临界水氧化法、萃取法等虽能针对性的去除废水中某些的芳香磺酸类污染物，但它们也存在着很大的缺点 10。高级氧化法处理芳香磺酸类工业废水普遍具有反应条件比较苛刻，运行费用高的缺点，如 Fenton试剂和臭氧氧化法药剂消耗量大 11，催化剂无法回收，废水浊度高时透光率低，处理难以见效
12、12。湿式氧化法需要较高的温度和压力，需要耐高温高压、耐腐蚀的设备，一次性投资较大，限制了它的大规模工业化应用 13。中国目前对超临界水氧化法处 理废水的应用还处于实验室的小试阶段，如要大规模的工业化应用，还需解决如设备腐蚀、盐的沉积及反应器堵塞、处理费用高等的难题 14。络合萃取法的萃取过程中可能存在萃取剂的溶解和夹带而流失到水相，不仅使运行成本增加，同时还可能因潜在的有毒污染物造成新的污染 15。 自 20世纪 60年代以来，随着大孔结构离子交换树脂和吸附树脂的出现，较好地解决了吸附选择性差、解吸再生困难和物理化学稳定性差等问题， 已被广泛应用于有机废水的治理 15。树脂吸附法主要具有以下
13、特点： (1)适用范围宽，废水中有机物浓度从几个到几万 mg L、从极性有机物到非极性有机物均可用此法进行处理，且在非水体系中也可应用； (2)吸附效率高，脱附再生容易； (3)树脂性能稳定，使用寿命长； (4)工艺简单、操作简便，不需高温高压； (5)固液容易分离，在水体中不会引入新的污染物； (6)在治理废水的同时，富集回收了废水中的有用物质，实现了废物资源化，因此运行费用较低，厂家容易接受，便于推广。因此，本文采用树脂吸附法对 对甲苯磺酸 废水进行处理研究。 三、课题的研究内容 3.1 研究内容： 本课题主要通过 考察对甲苯磺酸在不同吸附 树脂 上的吸附行为，用静态和动态法系统研 究其在
14、三 种常用吸附 树脂 上的吸附热力学和动力学行为，评价其不同的吸附能力和吸附效率，为含芳香磺酸类物质的工业废水处理提供依据 。 3.2 研究方法和技术路线： (1) 研究三种 高分子 吸附剂对对甲苯磺酸废水的静态吸附行为，考察吸附剂结构对于吸附效果的影响。 (2) 研究温度、盐含量、 pH 等因素对三种吸附树脂对对甲苯磺酸废水吸附效果的影响。 5 (3) 研究对甲苯磺酸在三种吸附树脂上的吸附动力学， 评价其不同的吸附能力和吸附效率 。 (4) 研究最佳吸附剂处理对甲苯磺酸生产废水的处理工艺，优化各工艺操作参数，并最 终确定具体的处理方案及最佳工艺操作条件。 四、论文详细工作进度和安排 2010
15、.11.15-2010.11.20 完成毕业论文管理系统网上选题、确认； 2010.11.21-2010.12.20 完成文献综述、开题报告，并准备进行开题答辩材料； 2010.12.21-2011.1.15 编写论文实验方案，准备好所需仪器、试剂； 2011.2.20-2011.4.30 完成论文实验研究全部工作，进行数据整理； 2011.5.3-2011.5.25 毕业论文初稿撰写、修改及定稿； 2011.5.25-2011.5.30 论文 ppt 制作、参加论文答辩，提交与毕业论文相关的其它材料。 参考文献 1 裘元焘 . 化工百科全书 (第 7 卷 ) M，北京：化学工业出版社， 19
16、94， 671-679 2 龙超，张全兴，陈金龙芳香磺酸类有机化工废水处理研究进展 J环境污染治理技术与设备， 2002， 3(4)： 79 83 3 葛玮臭氧 /催化臭氧氧化在活性延蓝 X-BR废水处理中的应用研究 D： 硕士学位论文 上海：上海交通大学环境科学与工程学院， 2006 4 严桂英，蒋斌超临界水氧 化技术及在环境保护中的应用 J污染防治技术， 2005， 18(3)：32-35 5 张瑾，戴猷元络合萃取技术及其应用 J现代化工， 2000， 20(2)： 19 22 6 马晓龙络合萃取技术在环境工程中的应用 J江苏化工， 2000， 28(2 3)： 34-35 7 林德茂，王
17、维德液膜分离技术在环境工程工程中的应用阴福建化工， 2002， (1)： 44-47 8 宾月景，祝万鹏，蒋展鹏等催化湿式氧化催化剂及处理技术研究 J环境科学， 1999， 20(2)：42-44 8 宾月景，祝万鹏，蒋展鹏等催化湿式氧化催化剂及处理技术研究 J环境科学， 1999，20(2)： 42-44 9 严桂英，蒋斌超临界水氧化技术及在环境保护中的应用 J污染防治技术， 2005， 18(3)：32-35 10 徐碉，龚为进，姜佩华等国外超临界水氧化技术的研究现状 J工业用水与废水， 2007，6 38(6)： 8.13 11 张瑾，戴猷元络合萃取技术及其应用 J现代化工， 2000， 20(2)： 19 22 12 马晓龙络合萃取技术在环境工程中的应用 J江苏化 工， 2000， 28(2 3)： 34-35 13 林德茂，王维德液膜分离技术在环境工程工程中的应用阴福建化工， 2002， (1)： 44-47 14 张全兴，刘天华我国应用树脂吸附法处理有机废水的进展，化工环保， 1994， 14(6)：344 347 15 钱庭宝离子交换剂应用技术 M天津：天津科技出版社， 1984
