富馬酸廢水的支撐液膜萃取與膜集成技術(shù)的研究.pdf

1、富馬酸是一種重要的化工原料，其生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的低pH值、高COD、高硫脲濃度的廢水，因而生化降解性差，較難處理。目前主要的處理方法包括鐵碳微電解法、微波催化氧化法、厭氧水解法、生物接觸氧化法、超臨界水氧化法與溶劑萃取法，但這些方法無法實現(xiàn)富馬酸廢水的資源化回收?；诖?，本文研究了不同膜法回收廢水中富馬酸工藝，建立了富馬酸的液膜傳質(zhì)模型，并用于指導(dǎo)操作過程的優(yōu)化設(shè)計，以實現(xiàn)富馬酸廢水的資源化處理。 本文首先采用傳統(tǒng)的絡(luò)合萃取

2、技術(shù)處理富馬酸廢水，以選擇適合富馬酸體系的絡(luò)合劑、稀釋劑和助溶劑，確定了萃取溶劑體系的組成為40％N<,7301>+40％煤油+20％正辛醇。并研究絡(luò)合劑濃度、原料液性質(zhì)、反萃劑類型與濃度和操作條件(萃取水油相比W/O、萃取溫度、反萃相比等)對絡(luò)合萃取富馬酸過程的影響，得到最優(yōu)操作條件。在此基礎(chǔ)上，通過紅外光譜分析確定萃取復(fù)合物的結(jié)構(gòu)，分析絡(luò)合萃取過程熱效應(yīng)，研究萃取溶劑的再生與反復(fù)利用情況并計算萃取過程的溶劑損失，最后分析萃取過程的經(jīng)

3、濟性。在最優(yōu)操作條件下(pH為0.5，W/O為1：1，萃取溫度為303K)，利用絡(luò)合萃取工業(yè)富馬酸生產(chǎn)廢水，富馬酸幾乎完全被萃取，萃取率約達到100％。富馬酸廢水的COD從71040 mg/L下降到8411 mg/L，COD去除率高達88.16％。再生混合萃取劑在使用7次左右后，其COD去除率基本沒有下降，而且反萃取率仍大約為100％。7次反復(fù)萃取過程中，平均每次絡(luò)合萃取過程中混合萃取溶劑損失約為0.4％。 其次，在確定絡(luò)合萃

4、取體系和最優(yōu)操作條件的基礎(chǔ)上，本文選用反萃相預(yù)分散式中空纖維支撐液膜(Hollow Fiber Supported Liquid Membrane with StrippingDispersion，HFSLM-SD)萃取法處理富馬酸廢水以降低有機溶劑的損失，并使萃取與反萃取過程實現(xiàn)連續(xù)化操作。以聚丙烯(Polypropylene，PP)中空纖維膜為膜材料，N<,7301>為載體，引入Hansen溶解度參數(shù)模型作為選擇液膜有機溶劑的判別準(zhǔn)

5、則。分別考察了原料液性質(zhì)、反萃取液類型及濃度、液膜有機溶劑類型及濃度、攪拌速率、跨膜壓差、體積流量等條件對萃取效果的影響，得到最優(yōu)操作條件。并在此基礎(chǔ)上，開展了HFSLM-SD萃取富馬酸過程的動力學(xué)與穩(wěn)定性研究。載體N<,7301>在液膜相中的濃度為0.7137 mol/L，煤油與正辛醇的體積比為7/6。在最優(yōu)操作條件下，HFSLM-SD對富馬酸的萃取率高達89.5％，總TOC去除率達96.5％。HFSLM-SD萃取富馬酸過程中發(fā)生的萃

6、取反應(yīng)與反萃取反應(yīng)反應(yīng)速率非?？?，整個HFSLM-SD過程的總傳遞主要是由溶質(zhì)在膜內(nèi)的擴散和膜兩側(cè)料液邊界層所控制，可認(rèn)為富馬酸的傳遞阻力主要來自于溶質(zhì)在膜內(nèi)的擴散阻力和膜兩側(cè)料液邊界層中的對流阻力。在不更新或補充液膜有機相的條件下，5次連續(xù)實驗結(jié)果表明，每次的萃取率幾乎保持不變，且液膜有機相基本上沒有損失。說明載體N<,7301>在煤油與正辛醇的溶解下可穩(wěn)定地充滿在支撐膜孔當(dāng)中，所采用的HFSIM-SD操作方式有著顯著的液膜穩(wěn)定性。在

7、對HFSLM-SD萃取富馬酸過程操作條件優(yōu)化、動力學(xué)與穩(wěn)定性研究的基礎(chǔ)上，建立了HFSLM-SD萃取富馬酸過程的數(shù)學(xué)模型。通過對HFSLM-SD萃取富馬酸過程的傳質(zhì)分析，分別建立了HFSLM-SD萃取富馬酸過程的總傳質(zhì)系數(shù)模型和擴散模型，獲得過程總傳質(zhì)系數(shù)和富馬酸、載體與胺-酸復(fù)合物濃度在膜內(nèi)的分布，并分析了各種條件對膜內(nèi)富馬酸傳遞的影響。得到穩(wěn)態(tài)下原料側(cè)、膜內(nèi)與反萃取側(cè)分傳質(zhì)系數(shù)分別為：k<,w>=8.044×10<'-6> m/s，

8、k<,m>=5.333×10<'-6>m/s，k<,s>=1.404×10<'-5>m/s；總傳質(zhì)系數(shù)K<,w>=4.942×10<'-6> m/s。操作條件如原料液與反萃取液體積流量、跨膜壓差，反萃取液性質(zhì)、原料液性質(zhì)和組件裝填率對分配系數(shù)有很大影響，進而也影響總傳質(zhì)系數(shù)。該模型有助于了解富馬酸在HFSLM-SD膜內(nèi)的傳遞特性，并指導(dǎo)操作過程優(yōu)化設(shè)計。 最后，對經(jīng)絡(luò)合萃取或HFSLM-SD處理后的廢水，用聚酰胺反滲透膜進一步

9、處理?？疾炝瞬僮鲏毫ν亢蚑OC去除率的影響，得到濃縮側(cè)與滲透側(cè)水相TOC的分布，并研究了反滲透處理富馬酸廢水時膜污染情況。在此基礎(chǔ)上，提出絡(luò)合萃取與反滲透耦合處理技術(shù)和HFSLM-SD與反滲透集成技術(shù)對富馬酸廢水進行資源化處理。結(jié)果表明，采用絡(luò)合萃取與反滲透耦合技術(shù)處理工業(yè)富馬酸廢水，最終廢水的TOC小于290 mg/L，該耦合技術(shù)的總TOC去除率高達99.2％。采用HFSLM-SD與反滲透集成技術(shù)處理工業(yè)富馬酸廢水，最終廢水的TO