液膜材料制备及其处理含氰废水过程机制研究

发布时间：2018-04-13 10:27

  本文选题：液膜材料 + 含氰废水　； 参考：《西安建筑科技大学》2017年博士论文

【摘要】：黄金冶炼过程排放的含氰废水,对人类健康和生态环境造成了巨大威胁,实现氰化物的高效治理与综合利用,对促进行业发展以及提高经济和环境效益都有重要科学意义和实用价值。液膜分离技术具有高效、节能、高渗透性、高选择性和高稳定性的特点,在环境保护方面和处理废水方面受到广泛关注。本研究拟建立四种液膜分离体系,并将其应用于处理含氰废水,研究氰化物在不同液膜体系中的传质分离过程,探索不同体系中氰化物的迁移机理,阐明制备条件对液膜稳定性的影响规律及调控机制,从而为高性能液膜材料的制备及其在含氰废水处理中的应用提供有价值的理论依据和技术参考。以三正辛胺为载体建立了迁移氰化物的大块液膜体系,考察了料液相初始浓度、解析液浓度、搅拌速度和载体浓度对氰化物的迁移的影响规律,对氰化物迁移过程及机理进行了动力学传质分析;确定了较优条件为解析液浓度1%,搅拌速度250 r/min,载体浓度2%,对于低浓度含氰废水的氰化物迁移率可达90%以上,大块液膜重复利用5次,其稳定性基本不变。为进一步提高氰萃取效率,油包水结构的乳状液膜被用于含氰废水处理,首先考察了制备条件对液膜稳定性影响规律,然后从液膜的微观参数分析了影响氰化物迁移效果的因素和作用机理,确定了较佳的乳状液膜制备条件:表面活性剂(Span-80)为3%,膜溶剂煤油为93%,膜助剂液体石蜡为2%,载体(TOA)为2%的配比下,油内比为1:1,乳水比为1:7,制乳转速为3300r/min,NaOH浓度为2%,乳水接触时间为10min。通过响应曲面优化(RSM)实验设计,对乳状液膜萃取含氰废水工艺条件进行了优化,确定了各因素对总氰化物去除率的影响大小顺序为:NaOHSpan-80乳水比TOA;最优操作条件为:Span-80值为4.00%,TOA值为3.91%,NaOH值为1.00%,乳水比值为0.27。最后考察了离心和超声破乳技术对回收氰化物的影响,确定了较合适的乳状液膜破乳技术和工艺条件。支撑液膜技术不需要复杂的乳液的制备和破除过程,但传统支撑液膜存在膜溶液易流失问题,为此将分散体系与支撑液膜相结合制备了分散支撑液膜体系,并推导了其传质动力学方程。利用曲面相应法对影响氰迁移的四个因素进行交互影响研究,建立回归模型,优化出处理氰化废水的最佳处理条件,并得到最高氰萃取率98.40%。实际的支撑液膜法处理氰化废水时总氰化物去除率最高值为97.14%,误差为0.17%。说明RSM设计的回归模型与实际萃取条件拟合良好,该回归模型对分散型支撑液膜萃取含氰废水条件优化具备较好的可行性。分散支撑液膜系统与传统支撑液膜相比,氰萃取率提升13%,稳定性提高两倍。借鉴量子力学理论,通过Gaussian计算软件,选择DFT中的B3LYP/6-31G*方法对离子液体[Bmim]+分别与CuCN、Cu(CN)2-、Cu(CN)32-、Cu(CN)43-之间的结合能进行分子模拟计算,与各自单体之和进行对比分析,计算结果得出四种复合物的能量在离子液体与氰络化物最优结合位置均能收敛为极小值,从理论上说明离子液体与氰络化物均可形成稳定的复合物,进一步从量子化学角度剖析了氰化物在离子液体支撑液膜的迁移机理和萃取可能性。实验选择PVDF微孔滤膜作为支撑体,以疏水性离子液体[Bmim]PF6为膜溶剂,选用三种技术制备了离子液体支撑液膜,对比考察了各种液膜的性能指标,确定了最佳的制备方法和工艺条件。采用电化学阻抗法研究支撑液膜在传质过程中的膜液流失行为,利用等效电路法对电化学阻抗图谱进行分析,提出等效电路Rs(RmCm)Q能准确地描述支撑液膜膜迁移池的电化学阻抗特征,建立了离子液体支撑液膜膜电阻和电容值与支撑液膜物性变化的对应关系,表明膜电阻Rm和膜电容Cm的变化能无干扰实时地反映膜液流失行为,通过实验对上述体系萃取分离过程中原料液初始浓度、解析液浓度、原料液初始pH等因素进行探究和优化,明确了剪切乳化应为离子液体支撑液膜萃取氰化物过程膜液流失的主要机理。通过考察系列因素对氰萃取率和膜损失率的影响,优化了萃取条件:原料液浓度468.36mg/L、原料液pH为4、离子液体30%、膜浸泡时间1h、解析相NaOH质量分数3%、反应时间1h、反应温度25℃,氰萃取率可达95.31%。微观表征和物性分析表明,离子液体作为膜溶剂能显著抑制膜液流失,克服了传统液膜技术存在的缺点,且该法简单高效,为处理含氰废水提供了新的方法和技术。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X703;TQ028.8
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本文编号：1744095