错流萃取法处理高浓度含铜废水

发布时间：2020-07-14 10:46

【摘要】：在工业废水种类中,含铜工业废水因其来源广泛、组分复杂且难以生物降解的特点,对生态环境与人类健康产生了巨大的威胁。因此对含铜废水进行有效处理具有十分显著的学术价值与挑战性十足的应用前景。本课题以含铜废水为研究目标,研究了单级错流萃取含铜废水的基本原理,考察了单级错流萃取过程中萃取体系、萃取剂浓度、萃取相比(A/O)、振荡时间与温度等影响Cu2+去除率的因素,得出最佳实验条件为:在室温条件下以N902/煤油为萃取有机相,萃取剂N902浓度为20%,萃取相比(A/O)为5/1,振荡时间为3 min时,单级错流萃取反应Cu2+去除率可达到99.96%。进而通过设计响应曲面法实验探讨了影响因素之间的交互作用,通过对响应曲面变化趋势图进行分析可知,单级错流萃取过程中各影响因素对Cu2+去除率作用的大小顺序依次为:振荡时间萃取相比(A/O)萃取剂N902浓度。针对多级错流萃取反应原理的详细分析,结合具体处理目标与生产实际,初步设计了多级错流萃取工艺对含铜废水进行处理。设计内容包括了工艺流程的确定、厂房的平面布置、仪器设备选型与技术经济分析等内容。通过对工程建设成本、设备成本、药品消耗与其他费用的工程技术经济分析等,给出了三级错流萃取工艺的经济可行性。确定了三个串联的填料萃取塔与反萃取塔的半径为6 m,塔高为8 m,壁厚为0.004 m,材质为不锈钢材质,采用高效扁环填料进行作为填充物。并对负载有机相使用硫酸溶液对其进行反萃取操作以回收废水中的铜资源与再生利用萃取剂。分析了反萃取剂浓度以及反萃取相比对反萃取效率的影响,得出最佳实验条件为:在室温条件下以硫酸为反萃取剂,浓度为4 mol/L,反萃取相比为1/2时,反萃取效率可达到96.77%。本文探讨了错流萃取反应处理含铜废水的相关机理。实验结果显示本错流萃取反应处理Cu2+的反应过程为一级吸热反应;以N902为主体萃取剂的错流萃取反应处理Cu2+的过程中,每生成一个萃合物分子便需要两个N902分子结合一个Cu2+。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703
【图文】：

实验仪器

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文表 2-2（续表）仪器名称规格与型号生产厂家产地蠕动泵 BT100-2J 保定兰格恒流泵有限公司中国蠕动泵 BT00-300M 保定兰格恒流泵有限公司中国紫外/可见分光光度计 UV-2550 日本岛津公司日本ICP-AES Optima 8300 PerkinElmer 美国根据错流萃取的基本原理，实验过程中采用 250 mL 的分液漏斗与数显调速多用振荡器来完成具体实验。具体实验仪器如图 2-1 所示。

示意图,错流萃取,单级,原理

完成单级萃取过程所用衡级的概念对单级错流萃取过程理论依据和条件支持。了单级错流萃取过程的基本原理的各实验因素，如萃取体系、度等。进而借助于单因素优化结行优化分析。析的基本原理借助平衡级的概念对单级错流萃定的流量加入溶质初始浓度为有机相，两相充分接触混合反应而得到溶质浓度为 A1的料液水

萃取剂,分子结构式,配体

当 Cu与诸如 Cl的弱配体配位时，Cu将面体配离子。当 Cu2+与强弱配体配位时，Cu2+将进位平面结构配离子。研究认为[55,56]这是因为 Cu2+为周围的配体排斥力作用大小不同，造成晶体场形变应，使得六个配体不等价。此外研究者[55,57]还发现角双锥等构型。取体系的选择比较取铜的萃取剂有肟类（羟肟与醛肟）、 -二酮类、过查阅文献，综合萃取效果、反萃取效果与经济性类萃取剂作为实验的预备萃取剂进行预实验来探索子结构中同时包括羟基官能团（-OH）与肟基官能团们将其称之为羟肟类铜萃取剂[59]。当羟肟类铜萃取所置换出来，N 与 O 形成 N-N 或 N-O 配位化合物较高的选择分离作用，这是由于羟肟类铜萃取剂中与 Cu2+生成的螯合物稳定性高于第一过渡周期的其分子结构式如图 3-3 所示。

【参考文献】