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CWL-M高效萃取机液膜萃取体系的确定

编辑:管理员    发布时间:2016/6/8 11:26:20

CWL-M高效萃取机液膜萃取体系的确定

中空纤维管型支撑液膜体系主要由液膜支撑体、膜溶剂以及流动载体(萃取剂)组成。其中,膜溶剂与流动载体共同组成支撑液膜膜相,支撑液膜膜相使支撑液膜体系具有萃取选择性、逆浓度梯度迁移性等特点,而液膜支撑体具有为膜相提供附着点、隔离料液相与反萃相的作用。因此,支撑液膜体系是影响支撑液膜技术对煤气化废水处理效果以及稳定运行的关键因素,在本章确定最佳液膜体系的实验中将重点考察液膜支撑体材料以及液膜相的组成成分对萃取效果的影响。

流动载体在液膜相中的浓度对萃取效果的影响

中空纤维管型支撑液膜体系中流动载体的选择性、与待分离物质反应速率等性质对于支撑液膜体系的萃取效率有着重要影响,因此首先研究了不同种类流动载体以及其在膜相中的体积浓度对支撑液膜体系的萃取效果的影响。

 N-503体积浓度对液膜萃取效果的影响

    以煤油为膜溶剂,以N, N-二(C1一甲基庚基)已酞胺(N-503)为流动载体,二者混合构成中空纤维管型支撑液膜体系的膜相,高浓度煤气化含酚废水为料液相。

    实验条件:料液相酚类物质浓度Caq=1600~1800mg/L,料液相pH=7.5~8.1,料液相温度T=20℃,料液相体积Vaq=1.0L;反萃取相为0.1 mol/LNaOH溶液,反萃相体积VR=0.3L;料液相、反萃取相流速5 L/h。以N-503在膜相中所占的体积浓度为控制变量,测定不同体积浓度下料液相中的酚类物质浓度的变化情况。实验结果如图3-1所示。实验所用膜材料为膜丝孔径为0.16 μmPVDF膜组件。

 

    从图3-1中可以看到,随着N-503在液膜相中体积浓度的增大,萃取效果逐渐增强。当N-503在液膜相中的体积浓度达到30%时,5 min时液膜体系对酚类物质的萃取率就已达到了39%以上,并在90min后逐渐达到萃取平衡。但是在N-503体积浓度超过30%后,N-503在液膜相中体积浓度的提高对最终萃取效果与萃取速率的提高影响不大。由此可见,当萃取剂在液膜相中的浓度达到一定程度后,单纯提高萃取剂的浓度很难使最终萃取效果与萃取速率进一步提高。3.1.2 TBP体积浓度对液膜萃取效果的影响

    实验条件:料液相酚类物质浓度Caq=16001800mg/L,料液相pH=7.5 ~8.1,料液相温度T=20℃,料液相体积Vaq=1.0L;反萃取相为0.1 mol/LNaOH溶液,反萃相体积VR=0.3L;料液相、反萃取相流速5 L/h。以TBP在膜相中所占的体积浓度为控制变量,测定不同体积浓度下料液相中的酚类物质浓度的变化情况。实验采用孔径0.16μmPVDF膜组件为膜材料。

    TBPN-503作为支撑液膜流动载体,在支撑液膜萃取体系中起到的作用都是与料液相中酚类物质发生络合反应,生成的络合物渗透通过液膜相,在液膜相另一侧发生解络反应。流动载体的物理、化学性质对支撑液膜的萃取选择性、萃取效率、运行稳定性都有重要影响。因此,通过N-503体积浓度对萃取效果影响实验所得到的结论,同样适用于TBP体积浓度实验中,随着流动载体在液膜相中的浓度的增高,其浓度的增高对萃取效果的影响越来越小。实验结果如图3-2所示。

 

从图3-2中可以看到,TBP在液膜相的体积浓度在20%30%时的效果极为接近,曲线几乎重合,与预期的结果相同。TBP在液膜相中的体积浓度为20%30%时的萃取效果非常接近,最终的萃取效果分别为90.75%91.63%,因此在之后的实验中,TBP在液膜相中体积浓度取为20%。从实验结果中可知,在相同的条件下,相同的体积浓度的TBP所取得的萃取效果优于N-503,体积为20%TBP的最终萃取效果为90.75 %,而体积为20%N-503萃取效果仅为79.75 %

液膜支撑体膜材料对萃取效果的影响

由前阶段实验可知,在实际的生产中单纯依靠提高液膜相中流动载体的浓度来提升对高浓度煤气化含酚废水的处理回收效果是不现实的,而液膜支撑体材料与操作条件对煤气化废水的处理回收效果同样具有重要影响。支撑体膜材料的膜丝孔径、壁厚、化学强度以及机械强度等因素能够直接影响支撑液膜体系的正常工作,因此在本节中将着重探讨液膜支撑体膜材料性质对支撑液膜体系的萃取效果影响。

支撑体膜材料孔径对萃取效果的影响

    支撑体膜材料孔径是膜材料的重要物理性质,膜丝孔径直接影响支撑液膜体系的传质面积以及传质阻力。同时,膜丝孔径的大小对支撑液膜的稳定运行也具有重要影响,因此对支撑体膜材料孔径的研究是极为必要的。

    实验条件:料液相酚类物质浓度Caq=1600r 1800mg/L,料液相pH=7.5 ~8.1,料液相温度T=20℃,料液相体积Vaq=1.0L;反萃取相为0.1 mol/LNaOH溶液,反萃相体积VR=0.3L;料液相、反萃取相流速5 L/h。以煤油一N-503混合物为液膜相,其中N-503在膜相中的体积浓度为30%,测定不同支撑体膜材料孔径下,料液相中的酚类物质浓度的变化情况。

    支撑体膜材料的孔径大就意味着支撑液膜体系具有更大的传质面积以及较小的传质阻力,这样就会对支撑液膜体系的萃取效果产生促进效果,但是较大的膜丝孔径会导致支撑体膜材料孔隙中的液膜相更容易流失。实验结果如图3-4

 

 

    由图3-4可以看到,随着PVDF膜丝孔径的增大,萃取效果逐渐增强,这与理论预测的结果基本相同。而0.1μmPVDF膜组件与N-503一煤油液膜相组成的支撑液膜体系的萃取效果要低于0.16μmPVDF膜组件与N-503一煤油液膜相组成的支撑液膜体系。由此可见,支撑液膜支撑体膜材料的性质对于萃取效果是有影响的,支撑体材料膜孔径的减小会在一定程度上影响由其组成的支撑液膜体系对高浓度煤气化含酚废水的萃取回收效果。为了进一步验证这一结论,使用TB P对不同孔径的PVDF中空纤维膜进行实验。

    实验条件:料液相酚类物质浓度Caq=1600~1800mg/L,料液相pH=7.5 ~8.1,料液相温度T=20 0C,料液相体积Vaq=1.OL;反萃取相为0.1 mol/LNaOH溶液,反萃相体积VR=0.3L;料液相、反萃取相流速5 L/h。以煤油-TBP混合物为液膜相,其中TBP在膜相中的体积浓度为20%,测定不同支撑体膜材料孔径下,料液相中的酚类物质浓度的变化情况。实验结果如图3-5所示。

 

    从图3-5中可以看到与图3-4中相同的规律,而图3-5中较小的膜丝孔径会降低支撑液膜体系对料液相萃取效果的现象更加明显,孔径为0.16μmPVDF膜最终萃取效果为90.75 %,孔径为0.01μmPVDF膜最终萃取效果仅为70.84%。在支撑液膜体系萃取平衡方面,孔径为0.16μmPVDF膜在40min时就已经达到萃取平衡,而孔径0.01μmPVDF膜直到实验结束还未达到萃取平衡。虽然具有较小膜丝孔径的液膜支撑体材料可以增加支撑液膜体系的运行稳定性,但是过小膜丝孔径导致的过低的萃取效果严重影响了支撑液膜萃取技术的大规模应用。因此,较小孔径的液膜支撑体膜材料在支撑液膜体系的应用需待进一步研究。

 

 

 

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