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1、聚丙烯中空纤维膜萃取水溶液中铜离子的研究第25卷2006年第1期1月环境化学ENVIRONMENTALCHEMISTRYVo1.25,No.1January2006聚丙烯中空纤维膜萃取水溶液中铜离子的研究左丹英朱宝库王绍洪徐又一一(浙江大学高分子科学研究所,杭州,310027)摘要研究丁聚丙烯中空纤维膜萃取二(2乙基己基)膦酸(D2EHPA)水溶液中铜离子的工艺条件.结果表明,两相流速,膜面积对萃取率基本无影响;而水溶液的PH值和有机相初始铜离子浓度的改变使萃取率在40%__99%之间变化.整个萃
2、取过程的传质阻力主要来源于D2EHPA和cu的界面配位络合反应阻力,铜浓度比较高时,传质阻力与铜浓度无关;而当铜浓度降低时,传质阻力随着铜浓度的降低而增大.关键词聚丙烯中宅纤维膜,萃取,铜离子,二(2-乙基己基)膦酸.典型的去除水中金属离子的方法有中和沉淀法,氧化法,铁粉法以及乳状液膜萃取等,这些方法操作复杂,原材料消耗多,有的还造成二次污染.与典型萃取金属的技术相比,中空纤维膜萃取具有适中的能耗,传质比表面积大,轴向返混小,无二次污染,自支撑等优点,而且中空纤维膜萃取易于实现同级萃取和反萃取,这
3、些优点都决定了其运行的操作成本低.本文研究了聚丙烯(PP)中空纤维膜萃取中多种工艺条件对二(2-乙基己基)膦酸(D2EHPA)萃取水溶液中铜离子的影响,并对传质性能,萃取剂的回收作了初步研究.1实验部分1.1实验材料与设备含铜离子水溶液的主要溶质成分是硫酸铜,醋酸钠,醋酸,通过硫酸铜,醋酸钠,醋酸的用量控制模拟水溶液cu的浓度和pH值.有机相溶液是D2EHPA的煤油溶液,萃取剂和煤油的体积比为10:100.PP中空纤维膜由杭州华滤膜工程有限公司提供.膜萃取器由疏水性PP中空纤维装于玻璃壳中制成.膜
4、萃取器的内径为20mm,长度为150mm;填装PP中空纤维300根,纤维外径为353~m,内径为3031zm,PP中空纤维表面为裂纹孔,大小为0.1×0.02{xm,孑L隙率45%,透气量为9.2×10el'D_-s..?em.水相溶液和有机相溶液的总体积在实验中均为1000m1.水相储液槽中的液体和有机相储液槽中的液体分别被泵注入中空纤维膜组件内发生并流循环萃取,直到达到所要求的萃取率为止.实验过程中,水相经中空纤维管内,有机相经壳层;两相流速由阀门控制.水相一侧维持高于有机相侧0.01MPa的
5、压力差,以防止相问渗漏.每隔一定时间对水相和有机相分别取样测试铜离子的浓度.1.2体系分配系数的测定配制10%D2EHPA的煤油溶液50ml,然后加入不同pH值,铜离子浓度已知(C.)的水相溶液50ml,充分混合,静置于干燥24h,最后用分液漏斗将水相和有机相分开.用紫外光谱仪测试水相溶液中铜浓度(C),分配系数m可表示为:m=(C1一C2)/C21.3分析方法水相中铜离子浓度采用日本SHIMADZU公司的uV-1601紫外分光光度仪进行测试,有机相中铜离子浓度采用HITACHI180-50原子吸
6、收光谱仪进行检测.pH值采用PHS-W智能酸度计测定.2005年1月7日收稿.国家"973"计划资助项目(2003CB615705)及"863"计划资助项目(2002AA061203).通讯联系人.E*mail:opl-yyxu@zjedtLell1期左丹英等:聚丙烯中空纤维膜萃取回收水溶液中铜离子的研究5l2结果与讨论2.1分配系数与pH值从表l可以看出,水相溶液的原始pH值为4.44时,分配系数最大.cu¨与D2EHPA的配位络合反应涉及到离子交换过程,D2EHPA中H被cu"取代,一定的H浓
7、度是使配位络合反应发生的驱动力,随H的增加,cu和D2EHPA的络合反应更易进行.但是H浓度太高即pH值太低时,反应会向反方向进行_5',D2EHPA和cu的络合物发生分解反应,因此,D2EHPA萃取cu¨时,为使cu更多的与D2EHPA络合,水相溶液的原始pH值存在一个合适的范围.在本次实验萃取系统中,最佳的pH值为4.44.表1D2EHPA-Cu.煤油体系的分配系数Table1ThedistributioncoefficientofD2EHPA—-Cu—kerosenesystem2.2工艺条
8、件对膜萃取率的影响2.2.1pH值对膜萃取效率的影响水相铜浓度在运行90rain后基本保持不变,达到萃取平衡.图1是水相pH值与萃取率的关系图.由图1可以看出,萃取率在水相pH值为4.44时有一最大值,这与分配系数在pH=4.44有最大值是一致的.萃取率随pH值的变化与D2EHPA在不同pH值下有不同的分配系数有关,可以这样认为,高分配系数导致高萃取率,低分配系数导致低萃取率.因此,在以后的实验中,均采用pH=4.44的水相溶液,以保证萃取的顺利进行.2.2.2水相和有机相流速对膜
