吸附法去除水中乙酸的热力学试验研究.rar

吸附法去除水中乙酸的热力学试验研究
鲁俊东 蒋晓斌 林根仙 李新民
中国广东核电集团苏州热工研究院有限公司，苏州，215004
[摘 要] 本文使用6 种吸附剂对水体中的乙酸进行了热力学吸附去除试验研究。试验浓度范围内，乙酸在几种吸附剂
上的吸附符合Langmuir 方程（R2>0.9825）；从平衡吸附等温线和热力学分析来看，乙酸在各吸附剂上的吸附过程为优惠吸
附，炭化树脂、ZX100、ZX101 和ACF01 吸附乙酸是放热的物理吸附过程；NDA150 吸附乙酸是吸热的、物理吸附过程；
ZX102 吸附乙酸是放热的、物理吸附过程，伴随化学吸附；对吸附乙酸，相比较于试验所选择的吸附剂，在乙酸原始浓度
较低时，炭化树脂有较大的吸附量，可能是因为炭化树脂具有丰富的微孔。
[关键词] 吸附 热力学 炭化树脂 乙酸
Study on Thermodynamic Adsorption of Acetic acid on Adsorbsents in Water
Lu Jundong , Jiang Xiaobin，Lin Genxian，Li Xinmin
ABSTRACT：Six adsorbents were used to study thermodynamic adsorption of acetic acid in water. In experiments, The
adsorption of acetic acid onto adsorbents fit into Langmuir equation(R2>0.9825).According with equilibrium adsorption isotherms
and thermodynamic analysis, the adsorption of carboxyl acid onto six adsorbents are favourable adsorption process.And the
adsorption of carboxyl acid onto AC、ZX100、ZX101 and ACF01 are exothermic adsorption process with physical adsorbing
dominated,onto NDA150 are endothermal adsorption process with physical adsorbing dominated, onto ZX102 are exothermic
adsorption process with physical adsorbing dominated going with chemical adsorbing. In lower carboxyl acid concentration,the
AC could adsorb more carboxyl acid than other adsorbents possibly for AC’s rich microholes.
KEY WORDS：adsorption , equilibrium adorption isotherms , carbon adsorbent, acetic acid
1 前言
现有的研究表明，炉水中的有机物一般为乙酸、甲酸和乙醇酸等小分子有机羧酸。模拟试验表明乙酸、
甲酸和乙醇酸本身不会导致IGA/SCC，但是当它们与硫酸和铅渣相结合时，会引起IGA/SCC。在锅炉的模
拟试验及小规模实地试验中也发现含有硫酸根和有机物的树脂及树脂分解物对金属具有侵蚀性，并且侵蚀
性要比单独的硫酸根强得多。国内的查定结果表明[1]，在发生汽轮机腐蚀的电厂中，蒸汽中含有有机酸，
主要成分是乙酸，含量在0.03~0.04mg/l。英国的一个核电站[1]，腐蚀中压汽轮机的有机酸混合物是96%的
乙酸、2.2%的丙酸、0.3%的丁酸。同时在SG 中、在SG 缝隙等杂质离子浓缩部位，微量有机酸也为pH
的下降作出一定贡献。上海吴泾电厂曾经因为树脂破碎进入回路高温分解而引起pH 的大幅下降。另外，
炉水中含有有机物会产生泡沫、增大机械夹带以及污染离子交换树脂[2]。
目前采用吸附法去除水中小分子有机物是比较成熟和有效的方法之一。美国给水协会（AWWA）、美
国国家环保局（USEPA）在对活性炭吸附水源水中三卤甲烷能力进行研究后认为活性炭对三卤甲烷有一定
的吸附能力[3]。南京大学[4][5]采用经过以废弃离子交换树脂炭化活化后的炭化树脂吸附去除水中的小分子有
机物。试验表明[3]在实验浓度和温度范围里面，炭化树脂对三种吸附质（氯仿、2,4-二氯酚、DMP）的静
态吸附能力都优于活性炭JW-208。炭化树脂是以有机物共聚珠体为原料，经过预处理过程，再经炭化和
活化得到的树脂基球形活性炭，具有杂质少、微孔面积占优的优势；吸附树脂是以有机物共聚珠体为基体
经过后功能化形成的吸附材料，活性炭是常用的吸附剂，活性炭纤维是性能优于活性炭的高效活性吸附材
料和环保工程材料由纤维状前驱体，经一定的程序炭化活化而成。试验选择了炭化树脂、吸附树脂、活性
炭及活性炭纤维共6 种吸附剂来开展吸附去除水中小分子有机羧酸－乙酸的试验研究。
2 试验材料和方法
2.1 试验材料及设备
去离子水，实验室自制，总电导≤1μS/cm；
乙醇，分析纯，天津市福晨化学试剂厂；
玻璃吸附柱（Ф10mm×250mm），自制；
树脂基球形活性炭（炭化树脂），太原璀鸿科技有限公司；
颗粒活性炭ZX100、ZX101、ZX102，溧阳竹溪活性炭有限公司；
活性炭纤维ACF01，南通贝尔格活性炭纤维有限公司；
烘箱（LC-212），上海爱斯佩克环境仪器有限公司；
恒温振荡器（SHZ-88），太仓医疗仪器厂；
蠕动泵（BT100-100，泵头DG-2），兰格恒流泵有限公司；
台式电导率仪（DDS-11A），上海天达仪器有限公司；
电厂化学2009 学术年会暨中国电厂化学网2009高峰论坛会议论文集 2009.10武汉
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电子分析天平（METTLER AE200S），METTLER 公司。
2.2 试验方法
所有吸附剂采用2 倍去离子水浸泡清洗，2 小时后换水，共进行四次。
采用摇瓶法进行静态吸附试验。称取0.1000g 的吸附剂于干燥的150ml 带塞锥型瓶中，再加入50ml
浓度不同的乙酸溶液，盖塞后置于恒温振荡器中在20 ℃、35 ℃、50℃，200 rpm 下振摇20 h 以保证吸附
达到平衡，测试吸附平衡时瓶中溶液（乙酸）的浓度Ce（mg/l）。不同温度下乙酸在吸附剂上的平衡吸附
量qe（mg/g 吸附剂）通过下式计算：
0 ( )/ e e q =V C −C W （1）
式中：C0 为溶液初始浓度（mg/l）；V 为溶液体积（l）；W 为吸附剂质量（g）。
3 试验结果与讨论
3.1 吸附剂性质
表1 为各吸附剂的性能参数。从表1 中数据看出，炭化树脂的微孔比表面积以及微孔容积占BET 比表
面积和总孔容的三分之二以上，是一种以微孔为主的炭质吸附剂。
表1 吸附剂性能参数
BET 比表面
积（m2/g）
微孔比表面
积（m2/g）
总孔容
（cm3/g）
微孔容积
（cm3/g）
平均孔径
（nm）
酸碱度
pH
碘吸附值
（mg/g）
炭化树脂 950~1200 800 0.6 ~ 0.7 0.4 1.8 ~ 2.8 － －
NDA150 721.5 379.3 0.81 － 1.49 － －
ZX100 1100±50 － ~ 0.90 ~ 0.50 － ≥7 900 ~ 1100
ZX101 1000±50 － ~ 0.85 ~ 0.46 － 4.5 ~ 7.5 800 ~ 950
ZX102 1000±50 － ~ 0.85 ~ 0.46 － ≥7 800 ~ 950