【摘要】： 液膜技術(shù)是綜合了溶劑萃取和固體膜分離特點(diǎn)的一種新型的分離技術(shù),與傳統(tǒng)的溶劑萃取過程相比,該過程具有特殊的優(yōu)勢(shì)。 本文提出了一種新型的液膜技術(shù)——中空纖維更新液膜技術(shù)(HFRLM),該技術(shù)利用中空纖維膜與溶劑相的親合作用,使溶劑相在中空纖維膜一側(cè)的表層形成一層極薄的溶劑相液膜,從而起到分隔料液相與反萃相,并實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)在料液相與反萃相之間的選擇性遷移。它在保持液膜非平衡傳質(zhì)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí),既克服了支撐液膜膜液流失的缺點(diǎn),又避免了乳化液膜工藝的復(fù)雜性。 本文較為系統(tǒng)地研究了HFRLM的傳質(zhì)性能及相比于其他液膜技術(shù)的優(yōu)勢(shì),結(jié)合其傳質(zhì)機(jī)理,提出了中空纖維更新液膜過程的傳質(zhì)模型,并將該技術(shù)應(yīng)用于模擬含銅廢水處理及檸檬酸提取的小試研究。 1、以硫酸銅溶液為料液相,通過熱力學(xué)基礎(chǔ)研究,初步確定了有機(jī)相組成,考察了料液pH值、萃取劑濃度、料液濃度、不同反萃劑、反萃相[H~+]、操作溫度等對(duì)分配系數(shù)的影響,并對(duì)其萃取機(jī)理進(jìn)行了探討。結(jié)果表明:有機(jī)相組成為L(zhǎng)IX984N/煤油和D2EHPA/煤油時(shí)對(duì)Cu(Ⅱ)的萃取分配系數(shù)及萃取率較高;以LIX984N為萃取劑時(shí)料液最佳pH值為大于2.00,以D2EHPA為萃取劑時(shí)料液最佳pH值為4.44;隨著反萃相中[H~+]的增加,反萃分配系數(shù)均先增加后減小。 2、以硫酸銅-LIX984N(D2EHPA)/煤油-硫酸(鹽酸)為實(shí)驗(yàn)體系,研究了流體流動(dòng)狀態(tài)(兩相流速、流動(dòng)方式)、體系物性(料液初始pH值、緩沖液濃度、反萃相[H~+]、不同反萃劑)、液膜相組成(不同載體及其濃度、油水比)、膜結(jié)構(gòu)參數(shù)(纖維內(nèi)徑、膜厚、膜器管徑)等對(duì)HFRLM傳質(zhì)過程的影響,并與其他液膜技術(shù)進(jìn)行了比較研究。在HFRLM過程中,傳質(zhì)系數(shù)隨兩相流速的增大而增大,料液側(cè)水相邊界層傳質(zhì)阻力在總傳質(zhì)阻力中所占比例較大;液滴的聚并破碎性能與液滴和流道的相對(duì)尺寸有關(guān),因此纖維內(nèi)徑較大的傳質(zhì)效果較好;隨著膜厚的增加,Cu(Ⅱ)在膜相中的擴(kuò)散阻力增加,總傳質(zhì)阻力增加,使傳質(zhì)系數(shù)減小;相比于中空纖維支撐液膜過程,其液膜穩(wěn)定性及傳質(zhì)系數(shù)均有提高,其泄漏率比乳化液膜降低了3～4個(gè)數(shù)量級(jí)。 3、根據(jù)HFRLM過程的傳質(zhì)機(jī)理,以阻力串聯(lián)模型為基本出發(fā)點(diǎn),引入表面更新理論描述液膜表面更新過程的傳質(zhì)強(qiáng)化作用,提出了液膜相分傳質(zhì)系數(shù)以及總傳質(zhì)系數(shù)計(jì)算式。根據(jù)質(zhì)量守恒,推導(dǎo)了循環(huán)實(shí)驗(yàn)中料液相質(zhì)量濃度隨時(shí)間變化函數(shù)關(guān)系式,該模型值與實(shí)驗(yàn)值吻合情況良好。 4、采用HFRLM技術(shù)處理含Cu(Ⅱ)廢水,去除率達(dá)99.0%,處理后廢水Cu(Ⅱ)含量低于1.0mg·L~(-1),達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn);濃縮側(cè)的Cu(Ⅱ)濃度達(dá)1700mg·L~(-1),富集因子為25。該處理過程中無二次污染,濃縮后的廢水可回收使用,是實(shí)現(xiàn)含銅廢水閉路循環(huán)的有效手段之一。該技術(shù)在稀溶液中提取檸檬酸方面的研究結(jié)果表明,由于液膜層的更新作用,液膜長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定,傳質(zhì)速率較快,提取效果較好,其提取率達(dá)98%以上,大大超過了鈣鹽法的提取率,反萃相檸檬酸的富集倍數(shù)達(dá)9倍以上,該技術(shù)在檸檬酸稀溶液處理方面有廣闊的應(yīng)用前景。 本文的研究為中空纖維更新液膜技術(shù)傳質(zhì)性能的深入研究以及付諸實(shí)際應(yīng)用提供了重要依據(jù)和理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：X703.1
【圖文】：

化學(xué)工程領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注川。1967年Bloeh等匯2]采用支撐液膜(s叩 portedliquidmembrane，sLM)研究了金屬提取過程，使萃取與反萃過程可以在同一個(gè)單元設(shè)備內(nèi)進(jìn)行(如圖1一1所示)。在U型管內(nèi)存在3種液體，A、B分別為料液相和反萃相，C為有機(jī)相(萃取劑)，U型管兩側(cè)分別發(fā)生萃取、反萃反應(yīng)，屬于溶劑萃取過程。當(dāng)有機(jī)相C的厚度逐漸變薄，具有膜的尺寸時(shí)，成為薄膜分離過程。基于上述設(shè)想，Bloch提出了“溶劑膜” (solventMe毗rane)的概念。助助畏呢裂定之蓋花足定龍鑒釜冷遙健公公若遨段乏攀軍攀策策蕊蕊遙蘇蒸澎鉚乒要滾若乏馬卜生乏乏攀攀孚遙硯妻全羚彩 彩卜卜滬~的滬滬滬滬護(hù)勺門滬滬.門竺 竺一一二 二斗吻

本文編號(hào)：2765983