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膜分散萃取法处理含酚废水的实验研究

膜分散萃取法处理含酚废水的实验研究
2016.05.10
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含酚废水的大量排放给环境带来了严重的污染,有害于人类健康及生物的生长繁殖,国家严格限制含酚废水的排放。因此,含酚废水的处理是有机废水治理中重要的课题。萃取法由于其分离效果好、能量消耗低、资源可综合利用等优点,得到了各国专家学者的重视。提高萃取传质效率的关键在于改善液滴分散性、增加相接触面积。Benz...

含酚废水的大量排放给环境带来了严重的污染,有害于人类健康及生物的生长繁殖,国家严格限制含酚废水的排放。因此,含酚废水的处理是有机废水治理中重要的课题。萃取法由于其分离效果好、能量消耗低、资源可综合利用等优点,得到了各国专家学者的重视。提高萃取传质效率的关键在于改善液滴分散性、增加相接触面积。Benz等,研究了微混合器对一般体系的萃取性能。徐建鸿、陈桂光等研究了微分散萃取过程的作用机理,考察了流量对萃取效果的影响,对影响萃取效果的其他因素基本没有涉及。笔者采用体积分数为2叫的磷酸三丁酷加上体积分数为g叫的煤油为萃取剂,以名义孔径10μm的不锈钢纤维烧结膜为分散介质,研究了流量、相比、苯酚初始质量浓度和停留时间对萃取特性的影响,以期对工业应用提供实验依据。

1实验部分

1. 1主要试剂与仪器

磷酸三丁酷(TBP)、煤油,均为工业级;苯酚、氢氧化钠,均为分析纯。

1. 2实验装置及流程

实验装置示意图如图1所示,实验用萃取器用有机玻璃制成,萃取室体积尺寸:长*宽*高=160mmX 20 mmX 1. 7 mm;不锈钢纤维烧结膜尺寸为20mmX 20mm;采用名义孔径10 Fμm的烧结膜作为分散介质进行实验。苯酚溶液作为连续相,在蠕动泵的作用下进入萃取室,从膜表面流过,萃取剂在另一台蠕动泵的推动下穿过膜孔分散到连续相中,混合液流经萃取室后用软管接入澄清室进行分层,记录分层时间,分离两相后以备分析测试。

 

1. 3分析方法

该实验中是用紫外可见分光光度计测定苯酚在特征波长下的吸光度,绘制标准曲线,由标准曲线计算出曲线吸光度范围内对应的苯酚溶液质量浓度。萃取结果采用萃取率E表示。2结果与讨论

2. 1有机相流量对萃取率的影响

液液两相混合程度是影响两相间传质的一个很重要因素。实验中,将无机相流量分别固定在1 000mL/ min和1 500 mL/min考察萃取率随有机相流量的改变趋势,结果如图2所示。苯酚初始质量浓度为1 000 mg/L由图2可以看出,萃取率随着有机相流量的增加而增大,当有机相流量继续增加,萃取率增大不明显。在有机相流量较低时,无机相流量为1 000 mL/min萃取率要低于1 500 mL/min有机相流量较高时则相反。出现这种现象的原因是,随着有机相流量的增大,系统内的萃取剂增多,流动状态加剧,形成的液滴小,相对比表面积大,即提供的传质面积大,传质阻力减小,萃取容易进行,所以萃取率会随流量增加而升高。随着流量的继续增大,系统内的萃取剂足够多,液滴大小也不再变化,达到一个最小值,此时苯酚已基本转移到有机相中萃取率增大不明显。当有机相流量较低时,系统的混合程度取决于无机相的流量,无机相流量大,系统混合程度好,萃取率高。

 

2. 2无机相流量对萃取率的影响

    图3是在苯酚初始质量浓度为1 000 mg/L有机相流量为500 mL/min时,萃取率随无机相流量的变化趋势。由图3可以看出,随无机相流量的增大,萃取率呈下降趋势,且在流量达到1 000 mL/m in以后,萃取率下降不明显。这是因为当有机相流量一定时,萃取剂的萃取能力一定,无机相流量增大,要处理的苯酚增加,萃取率就会下降。但无机相流量增大,混合程度增加,有利于传质,这是无机相流量增大时,萃取率下降不明显的原因。

2. 3相比对萃取率的影响

    苯酚初始质量浓度为4 000 mg/L不同相比下萃取率随有机相流量的变化趋势如图4所示。从图4可以看出,在同样的有机相流量下,相比增大,萃取率增大;在低流量下,增大不明显,高流量下,增加明显。这说明萃取剂增加,有利于萃取进行。在高流量时,系统的混合程度增加,液滴直径减小,增强传质,萃取率随相比增大明显。

2. 4苯酚质量浓度对萃取率的影响

    图5为相比为1:1,不同质量浓度苯酚溶液的萃取率随有机相流量的变化趋势。由图5可以看出,在3种质量浓度情况下,萃取率都是随流量增加而上升,但质量浓度高时,萃取率较低。这是因为实验中我们用的萃取剂是体积分数为20%的TBP加上体积分数为80%的煤油,在其他条件相同时,质量浓度高时转移到萃取相的苯酚多,由于萃取剂的能力限制或停留时间的影响,萃取率不高。所以对于处理质量浓度高的含酚废水结果不理想,对苯酚质量浓度16 000 mg/ L的萃取率只有60%左右,应考虑改变相比或萃取剂质量浓度等条件。

2. 5停留时间对萃取结果的影响

    一般来说,随停留时间的增大,萃取率会相应升高。苯酚初始质量浓度为4 000 mg/L.相比为1:1时,萃取率随停留时间的变化趋势如图6所示。从图6可以看出,随着停留时间的增加,萃取率随之升高,但当两相流量都为2 000 mL/min时的萃取率高于1 000 mL/min寸,而且在停��时间短时更为明显,在最后逐渐靠近。这是因为停留时间增加,两相的接触充分,传质时间长,苯酚由水相转移到萃取相的多,所以萃取率也就大。在开始时2条曲线差距明显,流速为2 000 mL/min时从一开始就达到较高的萃取率,而当流速为1 000 mL/min时则需要经过一个过程,随停留时间逐渐趋近一个萃取率值,这是因为流速的影响,在图4,图5中已经看出,流速大的时候湍动剧烈,萃取率要高于流速小的时候,但2次实验都是在相比为1:1的条件下进行的,随着停留时间的继续增大,两相的传质过程最终会达到一个平衡态,即苯酚不再向有机相转移,所以2条曲线出现了一个平缓趋势,且在停留时间足够长的时候,2条曲线最终应该是趋于同一个萃取率值。

 

3结语

   (1)取率随有机相流量的增加而增大,无机相流量的增加而减小;增大相比,延长停留时间,对萃取有利。

   (2)屎用10 μm的不锈钢烧结膜,在有机相流量为1 500 mL/m in相比1:1、苯酚质量浓度1 000 ~4 000 mg/ L.停留时间0. 8s的情况下,萃取率可以达到80%左右。

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