泡沫分离法处理胶团强化超滤渗透液的机理与应用研究

发布时间：2020-04-15 18:49

【摘要】： 本论文针对泡沫分离法处理胶团强化超滤渗透液的机理及应用基础进行研究。采用十二烷基硫酸钠(SDS)为表面活性剂,系统地研究了泡沫分离过程主要参数的影响规律,优化了分离过程条件,考察了混合金属离子泡沫分离的选择性,研究了组合工艺对分离效果的影响,并通过考察SDS表面化学性质及泡沫性能,气泡尺寸分布,泡沫分离动力学过程,分析了泡沫分离过程的作用机制。首先综述重金属污染现状及危害,介绍胶团强化超滤和泡沫分离技术在环境保护中的应用前景及存在问题,提出研究目的和内容;其次进行了SDS表面化学性质、胶团特性及泡沫性能的研究。25℃时纯水中SDS临界胶团浓度为7.8×10-3mol/L。SDS表面吸附分子横截面积为0.46nm2,表面活性剂分子呈单分子层垂直排列。用Langmuir经验吸附方程回归分析得到饱和吸附量Γm为3.6×10-10mol/cm2。温度、重金属离子浓度、pH值、电解质、乙醇对SDS的CMC有明显影响。SDS胶团化过程为自发进行的熵驱动过程。SDS浓度,pH值,温度,电解质,乙醇,重金属离子浓度对泡沫性能影响显著,振荡和通气两种方法评价SDS泡沫性能的变化规律基本一致;接着考察了在不同空气流量、SDS浓度,离子强度条件下泡沫分离设备的气泡特性,通过图像识别软件IPP6.0研究气泡大小及分布,气泡大小最直接的影响因素是分离装置孔径的大小,泡沫分离过程中操作参数对气泡直径也有影响。在实验条件下产生的气泡平均直径均在2mm以下;采用泡沫分离技术处理胶团强化超滤渗透液,取得良好的效果,处理后金属Cd2+离子浓度小于0.1mg/L,出水水质达到国家污水综合排放标准。泡沫分离Cd2+动力学研究符合一级动力学方程,空气流量、温度、pH值、表面活性剂SDS浓度对分离速率常数k有明显的影响;对混合金属离子废水进行泡沫分离,研究发现表面活性剂SDS对三种金属离子有一定的选择性;最后对胶团强化超滤与泡沫分离组合工艺进行研究,组合工艺明显降低表面活性剂SDS用量,相比于单一MEUF,工艺联用后,大大降低了出水中SDS浓度,提高重金属离子分离效率。本论文采用图像分析法考察了气泡尺寸分布,研究了泡沫分离过程的动力学及混合金属离子的选择性,初步探讨了泡沫分离过程的机理。同时对泡沫分离过程参数控制、工艺优化等问题进行研究。结果表明,运用泡沫分离技术处理胶团强化超滤渗透液,处理后金属Cd2+可以达标排放;将MEUF-FF联用能明显降低SDS用量,降低SDS出水浓度,提高重金属离子分离效率。组合工艺能使各种处理技术综合应用,扬长避短,为重金属废水净化提供广阔的发展前景和应用价值。
【图文】：

表面活性剂胶团,形状,胶团

溶液中的表面活性剂为减少界面能形成胶团；二是熵驱动机理，水是由强的氢键生成的正四面体型的冰状分子和非结合的自由水分非极性的烃类分子溶解时，将助长这种水结构。于是水分子会在表面水碳氢链的周围形成有序的冰山结构，当表面活性剂形成胶团时，冰破坏，回复成自由水分子，使体系的无序状态增加，熵值增加[40]。胶团特性胶团的大小团大小的度量是胶团聚集数 n，即缔合成一个胶团的表面活性剂分子(数。通常采用光散射法测定胶团聚集数，也可以用扩散法、超离心法定[40]。胶团的形状团的形状随表面活性剂的浓度变化而变化，包括球形胶团、扁球胶团层状胶团等，如图 1.4 所示[40]。

示意图,胶团结构,示意图,活性剂

图 1.5 胶团结构示意图Fig.1.5 Scheme of micelle structure团作用活性剂在溶液中的浓度达到临界胶团浓度以后，便会在溶液内散状态聚集成胶团，改变了物系的界面状态，并产生乳化、起1]。活性剂在 MEUF 中的应用UF 中使用哪种表面活性剂，要根据具体情况来确定，主要考虑子量，低 CMC，，低克拉夫点。使用的表面活性剂还要与待去根据待去除物的种类和性质来选择。去除重金属离子时，通常活性剂去除阳离子金属，选择阳离子型表面活性剂去除阴离子中常用于去除重金属离子的表面活性剂有：十二烷基、十六烷基氯化吡啶(CPC)[46]、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)[CA)[47]、牛黄胆酸(TCA)[47]、聚氧乙烯基苯醚(PONPE)[48]等。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：X703

【参考文献】