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反萃预分散支撑液膜技术回收 电镀废水中铬离子的研究

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-03-25  来源:中国电镀网  浏览次数:5957   关注:加关注
核心提示:反萃预分散支撑液膜技术回收电镀废水中铬离子的研究顾瑾,王芳芳,张林,周志军,陈欢林(1.江南大学化学与

反萃预分散支撑液膜技术回收电镀废水中铬离子的研究

顾瑾,王芳芳,张林,周志军,陈欢林

(1.江南大学化学与材料工程学院,江苏无锡214122;2.浙江大学化学与生物工程学系,浙江杭州310027)

摘要:采用磷酸二(2-乙基己基)酯(D2EHPA)-煤油-盐酸萃取-反萃体系,聚丙烯(PP)中空纤维膜作支撑膜,通过反萃预分散中空纤维支撑液膜(HFSLM-SD)技术处理含铬离子的电镀废水。考察了反萃取剂种类和浓度、跨膜压差、体积流量、组件装填率等参数对萃取率的影响。当盐酸浓度为1.0mol·L-1,跨膜压差为0.053MPa,原料液体积流量为4.0L·h-1,反萃取液体积流量为3.0L·h-1时,连续运行5h,铬离子的萃取率可以达到96%以上。通过对该过程稳定性的研究,发现有机相能够稳定保持在支撑膜孔中,铬离子萃取率基本不变。

关键词:HFSLM-SD;D2EHPA;络合萃取;铬离子

电镀是利用化学方法在金属表面镀上保护层来延长金属的使用寿命,从而得到广泛的应用,但生产过程中会产生大量的含金属离子废水,如有致癌作用的重金属铬等。如果处理不当,不仅污染环境,而且浪费资源。传统的电镀废水处理方法主要有化学法、溶剂萃取法、离子交换法等,但这些工艺的成本相对较高,且存在资源浪费等弊端[1-3]。

液膜(Liquidmembrane,LM)是根据离子和“流动载体”之间发生可逆化学反应实现离子迁移富集的一种技术。传统液膜主要分为支撑液膜(SLM)和乳化液膜(ELM)两种类型。SLM通过将多孔惰性基膜(支撑体)预先浸在溶解有载体的膜溶液中,载体在表面张力的作用下充满膜孔而形成。SLM体系不需要引入高活性的表面活性剂,操作简单,但支撑膜孔中的有机相(载体、稀释剂)溶于水相引起的膜稳定性下降和高通量之间的矛盾还未得到很好的解决,限制了其应用面。ELM过程由制乳、提取和破乳三道工序组成,ELM膜薄、传质面积大、迁移速率快,但破乳工序较难,而且在萃取过程中渗透压引起的液膜溶胀会导致萃取率的下降,从而影响ELM的稳定性。为提高传统液膜的使用寿命、稳定性以及简化操作等问题,相继发展了许多改进技术,提出了将固体膜或各种化学过程和液膜组合在一起的“组合液膜”(HLM)和“组合技术”等概念[4],其中反萃预分散中空纤维支撑液膜(HFSLM-SD)是将反萃预分散技术与中空纤维支撑液膜相组合,通过将反萃取液预先分散在有机相中,连续的有机相极易浸湿疏水性聚丙烯膜的微孔形成支撑液膜,当有机相流过支撑液膜时可以连续的补充液膜,从而保证了操作的稳定性和连续性。含有一种或多种金属离子的料液从支撑液膜的一侧流过,反萃取分散液流过另一侧,当待分离物质被完全迁移后,静置反萃分散液从而得到有机相和浓缩了金属离子的反萃液,有机相可以循环利用。

目前,采用HFSLM-SD技术处理含锌、镉等离子的电镀废水的报道较多[5-6],但由于铬离子存在的形式复杂,合适的萃取-反萃体系选择较难,研究处理铬离子电镀废水的报道相对较少。本文采用磷酸-二(2-乙基己基)酯(D2EHPA)-煤油-盐酸的萃取-反萃体系通过反萃预分散中空纤维支撑液膜处理含铬离子的电镀废水,考察反萃取剂种类和浓度、跨膜压差、原料液、反萃取液体积流量、组件装填率等参数对萃取率的影响,以获得最佳操作条件。

1试验部分

1.1仪器与试剂

恒温磁力搅拌器,78HW-3,杭州仪表电机有限公司;pH计,Ph/ISE868,上海奥立龙ORION;计量泵,JMX120/0.6,上海边锋泵业制造有限公司;电子天平,PL203,上海梅特勒-托利多仪器有限公司;紫外分光光度计,Spectrumlab54,上海棱光技术有限公司。重铬酸钾、盐酸、硫酸、氯仿、磷酸-二(2-乙基己基)酯(D2EHPA)、磷酸三丁酯(TBP)、二苯碳酰二肼等(分析纯)、煤油(工业级)、试验用水均为去离子水;原料液由某电镀厂提供,铬离子质量浓度为62.3mg·L-1。

PP膜,外径470μm,厚度75μm,平均孔径143.7nm,孔隙率0.45(浙江大学高分子科学研究所提供)。

1.2分析方法

铬离子浓度采用标准的二苯碳酰二肼法测定[7]。

萃取率可由式(1)计算得到:

式中:q为萃取率,C0和Ct分别是反应初始时刻和t时刻原料液中铬离子的质量浓度,可通过吸光度-浓度标准曲线进行换算。

1.3组合液膜过程

由载体和稀释剂组成有机相,PP中空纤维膜作为支撑膜,有机相通过表面张力作用渗入PP膜孔形成液膜。为了保证支撑膜孔内的液膜量,将有机相与反萃取剂混合,进入组件壳程循环,含铬离子的电镀废水原料液泵入组件管程。分散在有机相中的反萃剂为酸性水溶液,不易进入疏水性的PP膜孔之中,有效的避免了反萃取剂进入支撑膜孔与管程侧的原料液串混。同时保持管程侧压力稍高于壳程侧,可阻止壳程侧的有机相通过膜孔进入原料液,保障支撑液膜的稳定性。这种操作方式可及时更新有机相,利于实现组合液膜技术的连续性操作,试验流程和装置如图1所示。每隔一定的时间从原料液侧取样,测定铬离子的含量,以计算萃取率。

1.4离子萃取原理

HFSLM-SD技术实现铬离子的萃取分离主要依赖于载体与离子之间能发生可逆的络合反应。铬离子从原料液侧迁移到反萃取液侧的过程大致分为以下几步:铬离子从原料液主体扩散到膜内表面;在膜内表面处与载体发生络合萃取反应形成复合物,如式(2)所示:

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关键词: 电镀废水 铬离子
 
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