间苯二酚作为一种重要的精细化学品,普遍应用于石油、化工、造纸、医药等行业。目前,生产间苯二酚的方法主要是磺化碱熔法,该方法会排放出大量高浓度的间苯二酚废水。间苯二酚又属于内分泌干扰物（EDCs）,该废水任意排放会造成生殖畸形,发育异常,污染环境等。因此,对其治理和无害化处理非常必要。间苯二酚废水的处理方法有很多,其中吸附法具有技术成熟,不带入新的污染物和能耗低等特点,采用活性炭进行吸附已成为有机废水中一种常用的处理方法。传统的吸附工艺中,吸附设备如接触式过滤吸附装置,固定床,流化床等,存在设备体积庞大、吸附速率较小、床层利用率较低等问题。旋转填料床（RPB）是一种新型的过程强化传质设备,具有设备体积小、传质效率高、能耗少、产率高等优势。直到现在,研究者们大都聚焦于RPB在吸收、精馏、汽提等气液体系的应用,但关于RPB在固液体系中的应用还鲜有报道。因此,本文研究了RPB中活性炭上间苯二酚的吸附和脱附工艺,旨在为间苯二酚废水的处理开辟一条新工艺。本文以RPB为吸附设备,活性炭为吸附剂处理间苯二酚废水,探究了流量、超重力因子、pH值等多个因素对间苯二酚去除率的影响,确定了适宜的吸附操作条件,测定了吸附等温平衡线及动力学数据,并推测了RPB中活性炭吸附间苯二酚的吸附机理。研究结果表明,液体流量为50 L/h,超重力因子为41.30,pH值为5,温度为20℃,初始浓度为900 mg/L,吸附2 h后,间苯二酚去除率达到96.86%。吸附平衡关系主要服从Freundlich模型,且吸附过程中吸附热为14.65 kJ/mol,吸附过程主要符合准二级方程,内扩散不是唯一的速率控制步骤。适宜条件下,RPB吸附法的吸附速率常数是相同条件下固定床与磁力搅拌器吸附的1.626和1.413倍,说明超重力能够强化液固之间的传质,对吸附有利。本文还对吸附剂进行了筛选。对比研究了活性炭、硅胶、5A型分子筛等不同吸附剂对RPB中间苯二酚吸附性能的影响。结果表明:相同操作条件下,吸附剂对间苯二酚的去除效果从高到低分别为:活性炭、分子筛、硅胶。分析其原因为三者对间苯二酚的去除效果与吸附剂的比表面积、微孔尺寸和表面理化性质等有关。动力学研究表明准二级动力学方程能更好地描述本实验中不同吸附剂对间苯二酚的吸附过程。在RPB中,采用乙醇作为脱附剂,对活性炭上吸附达到平衡时的间苯二酚进行脱附研究,并对比了不同脱附剂对间苯二酚脱除率的效果。得出适宜工艺条件:乙醇流量为50 L/h、超重力因子为32.63、pH值为11、乙醇质量分数为40%、脱附时间为90 min,此条件下间苯二酚脱除率达93.90%。相同条件下,用乙醇作脱附剂时,间苯二酚脱除率较超纯水分别提高了28.19%（超重力）和15.4%（传统固定床）。采用准二级动力学模型进行了动力学分析,结果表明超重力能够强化脱附传质。脱附速率常数随液体流量、超重力因子的增大而增大,且由以超纯水为脱附剂的13.27×10-3提高到以乙醇为脱附剂的25.48×10-3,提高了12.21×10-3。本文研究结果显示:适宜吸附工艺条件为:液体流量50 L/h,超重力因子41.30,pH值为5,温度为20℃,吸附质初始浓度为900 mg/L,吸附时间为2 h;脱附工艺条件为:乙醇流量为50 L/h、乙醇质量分数为40%、超重力因子为32.63、pH值为11、脱附时间为90 min。此工艺下,间苯二酚去除率和脱除率分别为96.86%和93.90%。经计算相同工艺参数下处理1吨900 mg/L的间苯二酚废水,RPB吸附间苯二酚870.77 g,脱附间苯二酚817.65 g,传统固定床吸附间苯二酚696.96 g,脱附间苯二酚248.94 g。吸附工艺:RPB比传统固定床节约活性炭8.14 kg;脱附工艺:RPB比传统固定床节约工业乙醇916.82 L。综合研究结果发现超重力旋转填料床能够强化液固传质,液固接触面积增大,缩短达到平衡的时间,吸附、脱附效率高,具有较好的工业化应用潜力和较强的适用性。
