没食子酸型树脂吸附去除聚硅酸及动态吸附单硅酸

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在水循环冷却、热力发电和反渗透技术处理水等多个领域,水的蒸发导致硅酸浓缩为聚硅酸,然后沉淀在设备管道内壁或膜表面形成硅酸水垢,降低水利用设备的使用寿命,增加水处理成本。通常采用的离子交换法、混凝法、反渗透膜等方法去除水体中的硅酸,但离子交换树脂对聚硅酸处理效果差,反渗透膜成本又高,这些弊端限制了硅酸和聚硅酸去除方法的发展。本研究用没食子酸型树脂(GA型树脂)吸附聚硅酸,研究其吸附性能及吸附机理;为了将树脂的应用与实际相结合,还研究了没食子酸型树脂对硅酸的动态吸附,探究在动态吸附装置中没食子酸型树脂的循环利用效率,为没食子酸型树脂吸附柱的设计和运行提供参考。研究表明,GA型树脂不仅吸附单硅酸还能吸附聚硅酸,其吸附量可达13.48 mg/g,是对单硅酸吸附量的2倍。并且吸附过程中对聚硅酸的吸附量与溶液中粒径小于0.45?m的聚硅酸的减少量成正比,吸附过程以粒径小于0.45?m的聚硅酸为主。对吸附聚硅酸的GA型树脂进行SEM-EDX测定发现,吸附在树脂表面的聚硅酸以片状或小颗粒集聚成块状的形式覆盖在树脂上。吸附聚硅酸后的GA型树脂的29Si CP MAS NMR测定结果显示,吸附在树脂表面的聚硅酸由小聚体(Q2)生长成以二维片状(Q3)和三维立体网状结构(Q4),与扫描电镜的结果相一致。为进一步研究GA型树脂的实际应用,改变单硅酸浓度,流速和树脂用量研究了树脂对硅酸的动态吸附。结果表明当硅酸初始浓度为30mg/L,GA型树脂用量为3.8777 g,系统流速为0.95 ml/min时,系统的运行时间较短,树脂的利用效率较高,可以实现动态吸附效率的最大化。分别用BDST模型和Thomas模型拟合了GA型树脂对硅酸的动态吸附发现,BDST模型能够充分描述吸附柱中树脂的厚度与穿透时间之间的关系;Thomas模型也较好地描述树脂对硅酸的动态吸附动力学。GA型树脂可以实现动态循环吸附利用,连续四次的动态吸附-脱附-再生-再吸附结果表明,树脂的吸附率随循环次数的增加而降低,能处理的水量不断减少,但第三次吸附量仍能保持初始吸附量的76.1%,说明GA型树脂至少可以循环利用三次,且有实际的应用前景。
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