活性炭吸附与陶瓷膜耦合脱除精卤中痕量碘的研究

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离子膜电解工艺是氯碱工业中制碱的主流工艺。精卤中杂质离子对离子膜影响很大。随着离子膜的更新换代,对进入电解槽的精卤品质提出了更高的要求。精卤中的痕量碘离子在电解槽内不断富集,在离子膜表面形成沉淀,导致槽电压升高,电流效率降低,电解槽寿命降低等问题。本文针对精卤中的痕量碘离子的去除问题,分别在模拟盐水和精卤中考察了活性炭对痕量碘的静态吸附性能,并与陶瓷膜分离耦合研究操作条件对连续除碘工艺的影响,为盐水精制工艺提供技术基础。研究内容如下:  首先,选择一种高效的吸附剂,考察了陶瓷膜分布次氯酸钠对碘的脱除效果,采用正交实验,考察吸附条件对吸附剂静态吸附的影响,并对吸附数据进行等温吸附曲线拟合计算。结果表明,200目的活性炭具有较好的碘吸附性能,陶瓷膜分布次氯酸钠会导致碘离子的过渡氧化而降低吸附效果。在溶液pH=12,温度为25℃,活性炭浓度为5g/L,吸附时间为15 min的条件下,模拟体系中碘的去除率为75%左右。采用Langmuir模型拟合活性炭吸附痕量碘离子过程,吸附的热力学计算得出:△S为-51.3 J/(mol·K),表明活性炭吸附碘离子过程是混乱度减小的过程。  其次,利用正交实验考察了精卤体系活性炭吸附除碘最优条件,并对影响活性炭吸附的因素进行了分析,最后考察了活性炭的再生条件。结果表明,在pH=12,吸附剂浓度5g/L,温度为30℃,吸附时间为10 min时,精卤中痕量碘离子的去除率为50%。精卤中杂质Ca2+、Mg2+、CO32-和SO42-不会影响活性炭对碘离子的吸附脱除;有机物会降低活性炭的比表面积,降低活性炭对碘离子的吸附性能。将活性炭置于温度为30℃,浓度为0.05 mol/L的NaOH溶液中,搅拌30 min,可恢复活性炭对碘离子的吸附性能。对活性炭吸附精卤中的痕量碘离子进行动力学计算,准二级吸附动力学参数k2趋于很大,说明活性炭对于精卤和模拟体系中的痕量碘离子吸附是快速吸附过程。  最后,研究了活性炭吸附耦合陶瓷膜分离的连续化除碘过程,考察了陶瓷膜孔径、碘离子在陶瓷膜装置中的平均停留时间和渗透通量对除碘的影响,获得了活性炭的再生和膜污染的清洗方法。结果表明,孔径为50 nm的陶瓷膜能够很好的截留卤水中的活性炭,当平均停留时间为22 min时,精卤中的痕量碘离子去除率在30%以上;当渗透通量为650 L/(m2·h)时,初始操作压力为0.15 MPa,随着时间的延长,压力增长较小。浓度为0.05 mol/L的氢氧化钠溶液能够很好的恢复活性炭的吸附性能,再生活性炭对碘的去除率仍然维持在30%以上。使用纯水清洗,在低压高流速(0.1 MPa,6m/s)的情况下清洗5~7次,再使用体积分数为0.3%的HNO3和H2O2清洗4h,通量恢复为原来的90%~93%。
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