【摘要】： 滲透萃取是一種新型膜分離技術，適用于恒沸物或近沸物、揮發(fā)性有機物、熱敏性物質及低沸點物系的分離。其中，利用具有弱酸、堿性芳香類化合物水解平衡的特點，以無機堿／酸溶液作萃取液、均質硅橡膠膜(對芳香類化合物具有選擇透過性)作為分離膜的新型滲透萃取技術，具有效率高、能耗低、過程簡單等優(yōu)點。目前，該技術正處于工業(yè)化應用初始階段，但仍有許多問題值得深入研究。因此，本文以此類化合物中酚類的代表——苯酚，為模型污染物，以氫氧化鈉溶液為萃取液，利用均質致密硅橡膠膜(聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基乙烯基硅氧烷(PVMS))及平板復合膜(PDMS／聚偏氟乙烯(PVDF))，構造滲透萃取系統，對這兩種體系滲透萃取含酚水溶液的特性、傳質過程與機理進行了研究，主要開展了以下幾個方面的工作： (1)采用均質硅橡膠膜卷繞式膜組件，對含酚水溶液進行滲透萃取研究。對比了兩種膜材料PDMS、PVMS的滲透萃取性能及運行穩(wěn)定性。結果表明：PVMS用于滲透萃取含酚水溶液的性能優(yōu)于PDMS，但前者不適宜在強堿性條件下長期使用。分析探討了料液流量、料液與萃取液及鹽濃度、運行溫度、萃取液pH值等因素對滲透萃取性能的影響。其中，萃取液pH值對處理效果影響顯著。在料液流量2.0L／d、濃度范圍5.0～20.0g／L、萃取液溫度323.2K及pH值12.5～13.0的條件下，料液中苯酚的去除率可達95％以上，出水含酚濃度低于500mg／L。萃取液濃度的變化對苯酚去除率無顯著影響；總傳質系數(K_(ov))隨鹽離子含量的增高而增大。研究表明本體系適于處理高濃度、高鹽度含酚廢水(0～300g／L NaCl)，過程較適宜的料液流量范圍1.0～3.0 L／d，水力停留時間2min左右。 (2) PDMS滲透萃取吉化雙苯廠含酚廢水，在料液流量2.0L／d、萃取液溫度323.2K及pH值12.5～13.0的條件下，對于初始濃度4.3～10.7g／L的苯酚廢水，苯酚的去除率大于97％，出水含酚濃度低于150mg／L，運行效果穩(wěn)定。表明新型滲透萃取技術分離回收含高濃度苯酚廢水具有良好的技術可行性。 (3)針對滲透萃取過程中液膜邊界層傳質、膜內擴散傳質及支撐層中傳質的特點，探討了硅橡膠均質膜以及復合膜的滲透萃取傳質過程與機理，確定了相應的傳質表達式�；谝�-膜-液串聯傳質阻力模型，通過實驗測定了體系的總傳質系數。 (4)以PDMS卷繞式及管束式兩種膜組件，研究了連續(xù)穩(wěn)態(tài)和循環(huán)非穩(wěn)態(tài)操作中均質膜滲透萃取過程的傳質�？疾炝朔�(wěn)態(tài)下該體系的K_(ov)及苯酚在硅橡膠膜中的滲透系數(P)；特別針對膜面上液體流動狀況、溫度及料液濃度對傳質的影響進行了探討，得到了K_(ov)與雷諾數(Re)及溫度之間關系的數學模型，并將理論值與實驗值進行比較。分析了非穩(wěn)態(tài)條件下，萃取液pH值、萃取液流動狀態(tài)及兩相壓力對K_(ov)的影響。研究表明：對于氫氧化鈉-苯酚-水實驗體系，化學反應對苯酚傳質速率的增強作用不顯著，傳質由膜阻控制，K_(ov)為3.5×10~(-7)m／s；pH＞13時，保持萃取液湍流狀態(tài)，可忽略萃取液側傳質阻力。苯酚溶液初始濃度在5.0～20.0g／L范圍內，K_(ov)與其濃度無關，苯酚的傳質通量(J)與其初始濃度呈線性關系，J為1.6～7.7×10~(-6)kg／m~2·s。致密膜體系中兩相壓差的存在不利于傳質的進行。K_(ov)與運行溫度呈直線關系。苯酚在硅橡膠膜中的滲透系數與萃取液溫度之間的關系符合Arrhenius型方程。并分析了液相邊界層傳質阻力及膜擴散傳質阻力對K_(ov)的影響。 (5)利用新型PDMS／PVDF平板復合膜構造含酚水溶液滲透萃取體系(料液與萃取液均呈放射狀流型)，研究了非穩(wěn)態(tài)過程的復合膜滲透萃取傳質問題。采用對比差值法將K_(ov)拆分為液膜傳質系數與膜內擴散傳質系數。探討了料液與萃取液的濃度及流量、運行溫度、萃取液pH值和膜兩側壓差等操作條件對膜滲透萃取性能的影響，回歸求得了傳質模型中不同操作條件對應的參數。苯酚的液膜傳質系數與Re~(0.46)成正比，傳質通量與溫度的關系符合Arrhenius方程。討論了活性層厚度對傳質過程的影響，并確定總傳質阻力與活性層厚度的關系式。在此基礎上得到了復合膜滲透萃取的傳質模型，并將理論值與實驗值進行比較。研究表明：pH＞13時，K_(ov)不隨流量及萃取液濃度變化而變化；化學反應的增強作用完全可克服支撐層的傳質阻力及萃取液側傳質阻力。在苯酚初始濃度5.0～15.0g／L范圍內，K_(ov)為定值。膜兩側壓差的存在不利于傳質的進行�；钚云雍穸葹�4、6、8μm的膜擴散傳質系數分別為15.0、9.9及7.5×10~(-7)m／s(323.2K)，較均質膜提高了2～4倍。苯酚在復合膜中的傳質仍屬膜控制的傳質。在本研究的4個月的試驗周期中，膜的分離性能維持相對穩(wěn)定。然而，使用3周后的復合膜材料被壓密，膜的使用壽命較短。 (6)與傳統的分離技術比較，這項新型滲透萃取技術具有簡單高效、產品純度高、運行條件溫和、環(huán)境污染少等優(yōu)點，是一項先進有效、具有較佳環(huán)境與經濟效益的含芳香化合物廢水分離與回收技術。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：X703
【圖文】：

其多孔支撐層和均質活性層間沒有明顯的界線。復合膜和非對稱性復合膜將多孔膜的高通透性和致密膜的高選擇性有機地結合起來，通過改善孔的物化結構以及孔的分布，極大地改善了膜的性能，是此類膜技術發(fā)展的趨勢。圖1.13為對稱膜與非對稱膜電鏡照片及復合膜的示意圖。

圖1.16MARS過程原理示意圖Fig.1.16Schematiediagr別爪ofM叭RSProeess型PT過程的研究工作逐步展開，研究內容主要包括過程的傳材料和工藝體系的應用性研究等。詳細介紹如下:

圖1.1701ander與Hatta模型中濃度分布示意圖Fig.1.17SChematierePreseniationsofeoneentrationProfilesinOlanderandHattamodels04一2005年，Dastgir等[l24，’25]通過光照聚合將聚丙烯乙二醇伊PG)交聯在聚醚的膜孔內，制成SPLM。結果表明:該體系較致密硅橡膠膜體系，傳質系數提

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本文編號：2747698