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硅橡胶膜膜萃取处理高浓度含酚废水

殷国监

   膜萃取是膜过程与液液萃取相结合的一种新型分离技术。适用于恒沸物或近沸物、挥发性有机物(VOCs)、热敏性物质、低沸点、难汽化的物系的分离。其中,利用酚类与胺类化合物水解平衡的特点,以无机酸/碱溶液作萃取液、硅橡胶膜作为分离膜的新型膜萃取技术,具有能耗低、运行条件温和、过程简单、环境污染少等优点。目前,该技术正处于工业化应用的开始阶段,仍有许多问题值得深入研究。因此,本研究以酚类化合物的代表——苯酚为模型污染物、氢氧化钠溶液为萃取液,利用硅橡胶平板复合膜(PDMS/PVDF)和均质致密硅橡胶膜(聚二甲基硅氧烷—PDMS)构造了新型膜萃取系统。主要开展了以下工作: (1)利用新型PDMS/PVDF平板复合膜构造含酚废水膜萃取体系,研究了间歇循环非稳态过程的复合膜传质动力学问题。探讨了两相流量、萃取液pH值、料液初始浓度与萃取液酚钠初始浓度、运行温度、盐离子强度等操作条件对膜萃取性能的影响。研究表明:苯酚在复合膜中的传质属膜阻控制的传质;料液流动程度加剧,有利于苯酚溶液膜萃取过程的进行;但萃取液侧流量变化对传质几乎无影响;化学反应的增强作用对传质系数影响不大;当pH>12.5时,K_(ov)不随萃取液酚钠浓度变化而变化;当苯酚初始浓度大于5.0g/L时,K_(ov)是一个定值;J与温度的关系符合Arrhenius方程;K_(ov)随盐离子强度的增高而增大,表明本体系尤其适于处理高浓度、高盐度含酚废水。 (2)对构造的新型PDMS/PVDF平板复合膜体系进行改进同时研究了间歇循环非稳态过程的复合膜传质问题。探讨了料液雷诺数、萃取液pH值、料液与萃取液酚钠初始浓度、运行温度、盐离子强度、跨膜压差和膜厚度等操作条件对膜萃取性能的影响。研究表明:料液流动程度加剧,有利于苯酚溶液膜萃取过程的进行;但萃取液侧流量变化对传质几乎无影响;化学反应的增强作用对传质系数影响不大;当pH>12.5时,K_(ov)不随萃取液酚钠浓度变化而变化;当苯酚初始浓度大于8.0 g/L时,K_(ov)是一个定值;K_(ov)随温度的升高而呈直线性提高;K_(ov)随盐离子含量的增高而增大,表明本体系尤其适于处理高浓度、高盐度含酚废水;当膜两侧压差ΔP<0.1 MPa时,压差的存在对传质几乎无影响,当ΔP>0.1 MPa时,有利于传质但同时存在膜的致密化问题,所以应当适当控制跨膜压差;总传质系数与膜厚度的倒数呈线性关系;使用3周后的复合膜材料明显被压密,膜的使用寿命较短;该过程水通量为0.22 L/m~2s,不利于实际运行中苯酚的回收。 (3)采用均质硅橡胶膜卷绕式膜件,对含酚实际废水进行膜萃取研究。PDMS膜萃取山东某氯酚厂含酚废水,在膜管长度为34.8 m,料液流量3.0 L/d、萃取液温度323.2 K及pH=12.5~13.0的条件下,对于含苯酚初始浓度22g/L的含酚废水,苯酚的去除率大于98%,出水含酚浓度低于500 mg/L,运行效果稳定。表明新型膜萃取技术分离回收含高浓度苯酚废水具有良好的技术可行性。 (4)采用均质硅橡胶膜卷绕式膜件膜萃取山东焦化含酚废水,在膜管长度为34.8 m,料液流量2.0 L/d、萃取液温度323.2 K及pH值12.5~13.0的条件下,对于初始浓度1.1 g/L的苯酚废水,稳定操作,苯酚的去除率达到45%,出水含酚浓度低于700 mg/L,效果明显低于氯酚厂废水的处理效果,说明该法比较适合于分离回收含高浓度含酚废水。 (5)与传统的分离技术比较,这项新型膜萃取技术具有简单高效、产品纯度高、运行条件温和、环境污染少等优点,是一项先进有效、具有较佳环境与经济效益的含芳香化合物废水分离与回收技术。……   
[关键词]:硅橡胶膜;膜萃取;传质;含酚废水
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:大连理工大学2008年