强碱性阴离子交换树脂催化去除水中邻苯二甲酸二甲酯的性能和机理研究

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1、南京大学博士学位论文强碱性阴离子交换树脂催化去除水中邻苯二甲酸二甲酯的性能和机理研究培养单位：直室太堂丕擅堂睦专业：巫境王猩研究方向：水污染控制技术作者：迕至塞指导教师：潘丙才教授张炜铭副教授ADissertationPresentedtotheAcademicDegreeCommitteeofNanjingUniversityforApplyingthePh．D．DegreeinEnvironmentalEngineeringPhthalateAcidEstersRemovalfromWatersUsingaS

2、trongAnion-exchangeResin：PerformanceandMechanismByZhengwenXuSupervisor：BingcaiPan，ProfessorWeimingZhang，AssociateProfessorDepartmentofEnvironmentalEngineering，SchooloftheEnvironment，NanjingUniversityNanjing，P．R．ChinaApril2010声明本学位论文是我于2007年9月至2010年3月在南京大学环境学院

3、完成的。论文的设计与进行，得到了导师的指导，实验过程中得到了研究生兰培和谷辉宁的协助，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不含其他人已发表或撰写过的研究成果。本论文数据严格由实验分析得出，论文的工作均是原创。签名：南京大学博士论文摘要中文摘要论文选用邻苯二甲酸二甲酯(DMP)为目标污染物，强碱性阴离子交换树脂D201．OH为催化剂，系统研究了D201．OH同步催化去除水中酞酸酯类污染物的性能与作用机制。这一过程涉及的基本历程包括三个部分：D201．OH首先将酞酸酯催化水解为邻苯二甲酸单酯和邻苯二甲酸；然后通过静

4、电吸附作用将水解产物吸附去除；最后将树脂分离后用碱液再生实现重复利用。论文重点探讨了D201．OH催化去除DMP的基本性能，建立了D201．OH去除DMP的动力学模型，解析了D201．OH对DMP的“催化水解．离子交换”耦合去除机制，揭示了树脂物化结构和环境水化学性质对DMP去除性能的影响规律，为发展强碱树脂催化脱除水体中酞酸酯技术提供了技术基础。论文以液碱(Na0H)催化剂为对比，通过静态催化和柱催化实验系统评价了D201．OH对DMP的催化去除性能。研究结果表明：与等摩尔当量(以OH‘计)的NaOH水溶液(3

5、．4mmol／L)相比，D201．OH对溶液中DMP的去除速率基本相同，但催化水解更为彻底，反应结束时DMP可被D201．OH完全水解为邻苯二甲酸(PA)，而只有29％的DMP被NaOH水解为PA。不仅如此，D201．OH的水解产物可通过选择性交换作用被其吸附脱除，溶液中残余的水解产物浓度低于10¨g／L。连续三个月的柱催化再生实验表明，D201．OH对DMP具有十分良好的催化去除效果，当进水DMP浓度为103pmol／L时，吸附出水前1500床体积(BY)DMP平均去除率为99．8％，出水pH值为6左右，表明D

6、201．OH能够完全去除溶液中的DMP，出水无需任何后续处理。同时，D201．OH具有良好的再生性能，使用后的树脂用3BV、2mol／L的NaOH水溶液即可实现有效再生与循环利用。论文以水解产物实时分析为基础，阐明了D201．OH对DMP的“催化水解．离子交换”耦合净化机制。论文首先开发出适合本研究体系的树脂相反应中止技术和组分实时分析技术，通过不同条件下的动力学实验考察了D201．OH去除DMP的基本性能，并确定了DMP在树脂相的水解历程；通过树脂相水解产物的不同溶剂洗脱实验和红外光谱分析技术，确定了D201．

7、OH吸附去除水解产物的主要推动力。研究结果表明：在D201．OH去除水体中DMP可能存在六种作用机制中，树脂相中OH‘对DMP的催化水解作用是主要去除机制。树脂相DMP南京大学博士论文摘要水解产物实时分析结果表明，在水解初始阶段树脂相中同时存在邻苯二甲酸单甲酯(MMP)和邻苯二甲酸(PA)，说明DMP在树脂相的水解机理与均相催化水解机理是基本一致的：首先DMP在OH。的催化下水解为MMP和一个甲醇分子，然后MMP进一步被OH‘催化水解为PA和另一个甲醇分子。D201．OH去除水解产物的主要推动力是离子交换树脂对水

8、解产物MMP和PA的选择性交换作用。论文研究了树脂物化结构和水化学性质对DMP去除性能的影响，确定了D201．OH去除DMP的主要速率控制步骤，并推导出初始去除速率方程和动力学方程。研究结果表明：当树脂相OH。浓度范围为4．0．6．8mol／L时，内扩散是D201．OH去除DMP的主要速率控制步骤；通过调控树脂粒径和孔道结构、反应温度、DMP浓度等条件，可以强化D201．