基于微流体技术的微乳液膜萃取分离钴镍的机理研究
发布时间：2020-08-26 08:42
【摘要】：钴、镍是重要的战略储备金属,在工业中占据着重要的地位。由于物理化学性质相似,在矿床中常共生、伴生,从溶液中进行分离回收具有十分重要的意义。针对目前工业上常规溶剂萃取分离钴镍中存在的问题,结合微乳液膜萃取的高效、快速分离的优点,同时克服高速剪切力下的破裂、溶胀、溶剂夹带损失及再乳化等问题,增大传质系数和传质接触面积,均化各处浓度,提出了微流体条件下的微乳液膜萃取分离钴镍的新技术。本文以钴和镍的硫酸盐溶液为研究对象,在两种微乳体系及两种类型的微通道中采用P507进行了萃取分离钴(Ⅱ)、镍(Ⅱ)的实验研究。首先研究了以P507-煤油-氢氧化钠微乳体系从钴、镍的硫酸盐溶液中萃取分离钴镍离子。在萃取剂P507的体积浓度为20%,NaOH浓度为3mol·l-1,乳水比1:1,外水相pH为5,萃取时间10分钟的条件下钴的萃取率可以达到90.18%,镍的萃取率仅为10.52%,钴镍的分离系数最高可达到68。其次研究了以司班80-P507-煤油-氢氧化钠微乳体系从钴、镍的硫酸盐溶液中萃取分离钴镍离子。确定了最佳工艺条件,在此条件下钴的萃取率高达82%,镍的共萃率仅为4%,钴镍的分离系数最高可达90。添加司班80作为表面活性剂的微乳液体系有利于钴镍的萃取分离。再次设计了专用的“Y”型微流体芯片,实现了钴的完全萃取。实验探究了微流体条件下钴的最佳萃取条件:P507浓度为0.09mol·l-1,皂化率30%,两相流速均为0.02ml·min-1,在此条件下钴的萃取率为99.99%,体现了微流体萃取高效的优点。最后设计了利用微通道管式反应器以皂化的P507萃取剂来萃取和分离Co2+、Ni2+的研究。探索了萃取剂的体积浓度、皂化效率、两相流动速率等因素对钴、镍的萃取效率及其分离系数的影响。由实验结果可知,在最好的工艺参数下,钴的萃取率为81.71%,镍的共萃率为4.3%,钴镍的分离系数为99.44,优于平行条件下的常规萃取结果(68)。综上所述,将微流体技术与微乳液膜技术相结合用于钴镍萃取分离的研究是可行的,为高效分离钴镍提供了绿色萃取的新技术原型。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TF81
【图文】：
由于通道尺寸有不同，可根据自己需要设计通道尺寸。本实验所使用的逡逑“Ｙ”型微通道如图２．１，本芯片具有２个进口和１个出口，通道的宽为３００逡逑ｐｍ，深为１００邋ｐｍ，通道总的长度为１２．５ｃｍ，由两个“Ｙ”型的微通道交叉后合逡逑塌Ｉ，：逡逑（ａ）逦（ｂ）逡逑图２．１邋（ａ）邋“Ｙ”型微流体芯片通道实物图（ｂ）“Ｙ”型微流体芯片实验装置图逡逑Ｆｉｇ邋２．１邋（ａ）邋Ｔｈｅ邋Ｙ－Ｔｉｐｅ邋ｃｈａｎｎｅｌ邋ｐｉｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ邋ｃｈｉｐ逡逑（ｂ）Ｔｈｅ邋Ｙ－Ｔｉｐｅ邋ｃｈａｎｎｅｌ邋ｐｉｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ邋ｃｈｉｐ邋ｉｎ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ逡逑并形成一个微通道，油、水两相在在出口经管线导出萃取液进行样品收集，然后逡逑进行检测。逡逑２．微通道管式反应器逡逑本实验所采用的微通道管式反应器是一形状为“Ｔ”型的三通微反应器，设备逡逑如图２．２所示，具体的装置图见图６．３。该设备直径是ｌ＊１６ｍｍ，具有２个进口逡逑和１个出口，有机相和水相经管道由两个入口分别进入“Ｔ”型的三通内，进行逡逑混合，然后由另一个出口经聚四氟乙烯管线流出，将管道的尾部接入分液漏斗中逡逑静置分相
由于通道尺寸有不同，可根据自己需要设计通道尺寸。本实验所使用的逡逑“Ｙ”型微通道如图２．１，本芯片具有２个进口和１个出口，通道的宽为３００逡逑ｐｍ，深为１００邋ｐｍ，通道总的长度为１２．５ｃｍ，由两个“Ｙ”型的微通道交叉后合逡逑塌Ｉ，：逡逑（ａ）逦（ｂ）逡逑图２．１邋（ａ）邋“Ｙ”型微流体芯片通道实物图（ｂ）“Ｙ”型微流体芯片实验装置图逡逑Ｆｉｇ邋２．１邋（ａ）邋Ｔｈｅ邋Ｙ－Ｔｉｐｅ邋ｃｈａｎｎｅｌ邋ｐｉｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ邋ｃｈｉｐ逡逑（ｂ）Ｔｈｅ邋Ｙ－Ｔｉｐｅ邋ｃｈａｎｎｅｌ邋ｐｉｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ邋ｃｈｉｐ邋ｉｎ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ逡逑并形成一个微通道，油、水两相在在出口经管线导出萃取液进行样品收集，然后逡逑进行检测。逡逑２．微通道管式反应器逡逑本实验所采用的微通道管式反应器是一形状为“Ｔ”型的三通微反应器，设备逡逑如图２．２所示，具体的装置图见图６．３。该设备直径是ｌ＊１６ｍｍ，具有２个进口逡逑和１个出口，有机相和水相经管道由两个入口分别进入“Ｔ”型的三通内，进行逡逑混合，然后由另一个出口经聚四氟乙烯管线流出，将管道的尾部接入分液漏斗中逡逑静置分相
乳水比是指外水相与微乳液的体积的比值。室温下固定氢氧化钠的浓度为逡逑Ｓｍｏｌ．ｌ－１，萃取剂Ｐ５Ｇ７的体积浓度为２０％，萃取时间为１０分钟。探究不同的乳水逡逑比对钴、镍萃取率及分离系数的影响，实验结果如图３．３所示。逡逑１００邋逦邋１００逡逑９５邋－逡逑９０邋－逦－逡逑８５邋－逡逑８０邋－逦－逦８０逡逑７５邋：逡逑７０邋－逦－逡逑６５邋－逡逑６０邋－邋．邋，邋－邋６０逡逑＾邋５５邋－逦—钴逦壀逡逑Ｍ－邋５０邋：逦－．．．．．？镍一逦陡逡逑Ｓ邋Ｈ逦分离系数逦栖：逡逑撕ｇ邋「逦＿逦４０念逡逑３０邋－逦－逡逑２５邋－逦、、、▲—邋—逦▲逡逑２0邋－逦．？邋逦—逦▲邋－邋２０逡逑１５邋－逦、、S缅五义希保板澹危蟆浚浚浚咤五澹垮义希挡峰梧徨义
本文编号：2804961
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TF81
【图文】：
由于通道尺寸有不同，可根据自己需要设计通道尺寸。本实验所使用的逡逑“Ｙ”型微通道如图２．１，本芯片具有２个进口和１个出口，通道的宽为３００逡逑ｐｍ，深为１００邋ｐｍ，通道总的长度为１２．５ｃｍ，由两个“Ｙ”型的微通道交叉后合逡逑塌Ｉ，：逡逑（ａ）逦（ｂ）逡逑图２．１邋（ａ）邋“Ｙ”型微流体芯片通道实物图（ｂ）“Ｙ”型微流体芯片实验装置图逡逑Ｆｉｇ邋２．１邋（ａ）邋Ｔｈｅ邋Ｙ－Ｔｉｐｅ邋ｃｈａｎｎｅｌ邋ｐｉｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ邋ｃｈｉｐ逡逑（ｂ）Ｔｈｅ邋Ｙ－Ｔｉｐｅ邋ｃｈａｎｎｅｌ邋ｐｉｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ邋ｃｈｉｐ邋ｉｎ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ逡逑并形成一个微通道，油、水两相在在出口经管线导出萃取液进行样品收集，然后逡逑进行检测。逡逑２．微通道管式反应器逡逑本实验所采用的微通道管式反应器是一形状为“Ｔ”型的三通微反应器，设备逡逑如图２．２所示，具体的装置图见图６．３。该设备直径是ｌ＊１６ｍｍ，具有２个进口逡逑和１个出口，有机相和水相经管道由两个入口分别进入“Ｔ”型的三通内，进行逡逑混合，然后由另一个出口经聚四氟乙烯管线流出，将管道的尾部接入分液漏斗中逡逑静置分相
由于通道尺寸有不同，可根据自己需要设计通道尺寸。本实验所使用的逡逑“Ｙ”型微通道如图２．１，本芯片具有２个进口和１个出口，通道的宽为３００逡逑ｐｍ，深为１００邋ｐｍ，通道总的长度为１２．５ｃｍ，由两个“Ｙ”型的微通道交叉后合逡逑塌Ｉ，：逡逑（ａ）逦（ｂ）逡逑图２．１邋（ａ）邋“Ｙ”型微流体芯片通道实物图（ｂ）“Ｙ”型微流体芯片实验装置图逡逑Ｆｉｇ邋２．１邋（ａ）邋Ｔｈｅ邋Ｙ－Ｔｉｐｅ邋ｃｈａｎｎｅｌ邋ｐｉｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ邋ｃｈｉｐ逡逑（ｂ）Ｔｈｅ邋Ｙ－Ｔｉｐｅ邋ｃｈａｎｎｅｌ邋ｐｉｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ邋ｃｈｉｐ邋ｉｎ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ逡逑并形成一个微通道，油、水两相在在出口经管线导出萃取液进行样品收集，然后逡逑进行检测。逡逑２．微通道管式反应器逡逑本实验所采用的微通道管式反应器是一形状为“Ｔ”型的三通微反应器，设备逡逑如图２．２所示，具体的装置图见图６．３。该设备直径是ｌ＊１６ｍｍ，具有２个进口逡逑和１个出口，有机相和水相经管道由两个入口分别进入“Ｔ”型的三通内，进行逡逑混合，然后由另一个出口经聚四氟乙烯管线流出，将管道的尾部接入分液漏斗中逡逑静置分相
乳水比是指外水相与微乳液的体积的比值。室温下固定氢氧化钠的浓度为逡逑Ｓｍｏｌ．ｌ－１，萃取剂Ｐ５Ｇ７的体积浓度为２０％，萃取时间为１０分钟。探究不同的乳水逡逑比对钴、镍萃取率及分离系数的影响，实验结果如图３．３所示。逡逑１００邋逦邋１００逡逑９５邋－逡逑９０邋－逦－逡逑８５邋－逡逑８０邋－逦－逦８０逡逑７５邋：逡逑７０邋－逦－逡逑６５邋－逡逑６０邋－邋．邋，邋－邋６０逡逑＾邋５５邋－逦—钴逦壀逡逑Ｍ－邋５０邋：逦－．．．．．？镍一逦陡逡逑Ｓ邋Ｈ逦分离系数逦栖：逡逑撕ｇ邋「逦＿逦４０念逡逑３０邋－逦－逡逑２５邋－逦、、、▲—邋—逦▲逡逑２0邋－逦．？邋逦—逦▲邋－邋２０逡逑１５邋－逦、、S缅五义希保板澹危蟆浚浚浚咤五澹垮义希挡峰梧徨义
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