CN111003750A - 一种超声改性树脂及去除废水中氨氮的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超声改性树脂及去除废水中氨氮的应用，所述超声改性树脂按如下方法制备：将树脂用纯水洗涤至出水澄清，将树脂加入强酸水溶液中，在超声功率为50～200W、超声温度30～50℃条件下进行超声改性，超声结束后，再用纯水洗至中性，最后在恒温烘箱中干燥，即得所述超声改性树脂。本发明的超声改性树脂脱氮效果显著，与原树脂相比，工作吸附容量最大提高23％，可有效降低污水中氨氮浓度，解决了树脂吸附容量低的问题，且制备和应用方法简单，易于操作。

Description

一种超声改性树脂及去除废水中氨氮的应用
(一)技术领域
本发明涉及一种水体中氨氮的去除方法，特别涉及一种超市改性树脂及其用于去除水体中氨氮的应用。
(二)背景技术
氨氮是引起水体富营养化及水质恶化的主要原因之一，氨氮废水来源广泛，处理难度较大。常用废水中脱氮的方法有化学沉淀法、生物法、吹脱法与离子交换法等。离子交换法具有工艺简单，易于操作，占地小，投资省，树脂可多次再生使用等优点，被人们认为是有效的去除氮的方法。但是对于离子交换法处理氨氮废水，始终存在着氨氮吸附剂处理容量较小的问题。如：以沸石为代表的无机离子交换剂因存在吸附容量小，吸附效果不稳定等问题而在工业上没有得到推广应用。故开发具有高效吸附性能的氨氮吸附树脂是解决此问题的关键。
离子交换树脂的改性方法有很多，目前常见的有金属离子改性、磺化改性等。金属离子改性树脂的制备过程一般包括酸盐处理、金属溶液浸泡、干燥等步骤。但是金属离子改性树脂不稳定，在酸性和碱性溶液中会发生金属的洗脱，碱性过强时还会形成金属氧化物脱落，从而降低了改性树脂的氨氮吸附能力。
本发明的原理为：超声波空化作用能除去表面杂质，提高树脂比表面积，疏松孔道，孔道增大使空间位阻减小，内扩散加快，有利于NH4 +和树脂内部H+交换，加快离子交换速率，提高工作吸附容量，从而有助于提高废水中氨氮的去除效果。此外，超声的引入可以减少化学药品的使用量，且超声处理不会带来新的污染，具有较好的环境和经济优势。
(三)发明内容
本发明目的是提供一种超声改性树脂及去除水体中氨氮的方法，有效提高了废水中氨氮的去除率，减少化学药品的使用量。
本发明采用的技术方案是：
本发明提供一种超声改性树脂，所述超声改性树脂按如下方法制备：将树脂用纯水洗涤至出水澄清，将树脂加入强酸水溶液中，在超声功率为50～200W、超声温度30～50℃条件下进行超声改性，超声结束后，再用纯水洗至中性，最后在恒温烘箱中干燥，即得所述超声改性树脂。
进一步，所述树脂与强酸水溶液体积比为1:1～2。
进一步，所述强酸水溶液浓度为1～2mol/L，优选强酸水溶液为盐酸水溶液。
进一步，所述超声时间为30～120min。
进一步，所述烘干温度为50～55℃，烘干时间6～12h。
进一步，所述超声条件为50-200W、超声温度为40-50℃，超声时间为30-60min。
进一步，所述树脂为001×7阳离子交换树脂。
本发明还提供一种所述超声改性树脂在去除废水氨氮中的应用，所述应用为：将超声改性树脂装入交换柱中，以氨氮浓度为100～200mg/L(优选200mg/L)的废水上样，流速为5～10BV/h(优选10BV/h)，收集流出液，实现去除废水中氨氮的目的；若流出液中氨氮不达标则返回重新吸附。
本发明的原理为：超声波空化作用能除去表面杂质，提高树脂比表面积，疏松孔道，孔道增大使空间位阻减小，内扩散加快，有利于NH4 +和树脂内部H+交换，加快离子交换速率，提高工作吸附容量，从而有助于提高废水中氨氮的去除效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：本发明的超声改性树脂脱氮效果显著，与原树脂相比，工作吸附容量最大提高23％，以《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中氨氮最高允许排放一级标准15mg/L作为穿透点，穿透体积最大提高41％，可有效降低污水中氨氮浓度，解决了树脂吸附容量低的问题，且制备和应用方法简单，易于操作。
(四)具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1：改性树脂
10ml阳离子交换树脂(001×7)用纯水洗涤至出水澄清，将其以体积比1:1投入1mol/L盐酸水溶液中，在超声功率为50W、超声温度为30℃的条件下进行超声改性120min，结束后取出用纯水洗至中性，最后在恒温烘箱中50℃下烘干12h，制得所述超声改性树脂10ml，孔容见表1。
实施例2：改性树脂
10ml阳离子交换树脂(001×7)用纯水洗涤至出水澄清，将其以体积比1：2投入2mol/L盐酸水溶液中，在超声功率为50W、超声温度为50℃的条件下进行超声改性30min，结束后取出用纯水洗至中性，最后在恒温烘箱中53℃下烘干9h，制得所述超声改性树脂10ml，孔容见表1。
实施例3：改性树脂
10ml阳离子交换树脂(001×7)用纯水洗涤至出水澄清，将其以体积比1：2投入2mol/L盐酸水溶液中，在超声功率为50W、超声温度为40℃进行超声改性30min，结束后取出用纯水洗至中性，最后在恒温烘箱中55℃下烘干6h，制得所述超声改性树脂10ml，孔容见表1。
实施例4：改性树脂
10ml阳离子交换树脂(001×7)用纯水洗涤至出水澄清，将其以体积比1：1.5投入1.5mol/L盐酸水溶液中，在超声功率为100W、超声温度为40℃条件下进行超声改性60min，结束后取出用纯水洗至中性，最后在恒温烘箱中55℃下烘干6h，制得所述超声改性树脂10ml，孔容见表1。
对比例1：
与实施例1的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少超声环节。即10ml阳离子交换树脂(001×7)用纯水洗涤至出水澄清，将其以体积比1:1投入1mol/L盐酸水溶液中浸泡120min，结束后取出用纯水洗至中性，最后在恒温烘箱中50℃下烘干12h，孔容见表1。
对比例2：
与实施例1的制备方法基本相同，唯有不同的是采用的树脂型号为D001。即10ml阳离子交换树脂(D001)用纯水洗涤至出水澄清，将其以体积比1:1投入1mol/L盐酸水溶液中，在超声功率为50W、超声温度为30℃的条件下进行超声改性120min，结束后取出用纯水洗至中性，最后在恒温烘箱中50℃下烘干12h。
对比例3：
与对比例2的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少超声环节。即10ml阳离子交换树脂(D001)用纯水洗涤至出水澄清，将其以体积比1:1投入1mol/L盐酸水溶液中浸泡120min，结束后取出用纯水洗至中性，最后在恒温烘箱中50℃下烘干12h。
实施例5：改性树脂去除氨氮性能
吸附：实施例1-4及对比例1、对比例2、对比例3制备的四种超声改性的树脂采用如下方法测定吸附容量，实验步骤：取10mL超声改性树脂装入有机玻璃交换柱(φ20×200mm)中，从下至上通入氨氮浓度为200mg/L的废水，流速为10BV/h，每隔1h取样测流出液氨氮浓度，以此实现去除氨氮并测定树脂的工作吸附容量，以《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中氨氮最高允许排放一级标准15mg/L作为穿透点，氨氮分析方法采用《水杨酸分光光度法》(GB 7481-87)，吸附量、穿透体积见表1。
脱附：利用NaCl、NaOH配制脱附剂，脱附剂中NaCl质量浓度为20％，NaOH质量浓度为1.5％，溶剂为水。利用10BV脱附剂，以5BV/h流量自上而下通过树脂床层进行脱附再生，脱附率达到99％，脱附后树脂再生率达98％以上。
表1超声改性树脂的吸附氨氮效果
Figure BDA0002319414060000041

Claims (9)

1.一种超声改性树脂，其特征在于所述超声改性树脂按如下方法制备：将树脂用纯水洗涤至出水澄清，将树脂加入强酸水溶液中，在超声功率为50～200W、超声温度30～50℃条件下进行超声改性，超声结束后，再用纯水洗至中性，最后在恒温烘箱中干燥，即得所述超声改性树脂。
2.如权利要求1所述超声改性树脂，其特征在于所述树脂与强酸水溶液体积比为1:1～2。
3.如权利要求1所述超声改性树脂，其特征在于强酸水溶液为盐酸水溶液。
4.如权利要求1所述超声改性树脂，其特征在于所述强酸水溶液浓度为1～2mol/L。
5.如权利要求1所述超声改性树脂，其特征在于所述超声时间为30～120min。
6.如权利要求1所述超声改性树脂，其特征在于所述烘干温度为50～55℃，烘干时间6～12h。
7.如权利要求1所述超声改性树脂，其特征在于所述树脂为001×7阳离子交换树脂。
8.一种权利要求1所述超声改性树脂在去除废水氨氮中的应用。
9.如权利要求8所述的应用，其特征在于所述应用的方法为：将超声改性树脂装入交换柱中，以氨氮浓度为100～200mg/L的废水水样，流速为5～10BV/h，收集流出液，实现去除废水中氨氮的目的。
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