液膜材料制備及其處理含氰廢水過程機制研究.pdf

1、黃金冶煉過程排放的含氰廢水，對人類健康和生態(tài)環(huán)境造成了巨大威脅，實現(xiàn)氰化物的高效治理與綜合利用，對促進行業(yè)發(fā)展以及提高經(jīng)濟和環(huán)境效益都有重要科學意義和實用價值。液膜分離技術具有高效、節(jié)能、高滲透性、高選擇性和高穩(wěn)定性的特點，在環(huán)境保護方面和處理廢水方面受到廣泛關注。本研究擬建立四種液膜分離體系，并將其應用于處理含氰廢水，研究氰化物在不同液膜體系中的傳質分離過程，探索不同體系中氰化物的遷移機理，闡明制備條件對液膜穩(wěn)定性的影響規(guī)律及調控機制

2、，從而為高性能液膜材料的制備及其在含氰廢水處理中的應用提供有價值的理論依據(jù)和技術參考。
　　以三正辛胺為載體建立了遷移氰化物的大塊液膜體系，考察了料液相初始濃度、解析液濃度、攪拌速度和載體濃度對氰化物的遷移的影響規(guī)律，對氰化物遷移過程及機理進行了動力學傳質分析；確定了較優(yōu)條件為解析液濃度1％，攪拌速度250r/min，載體濃度2%，對于低濃度含氰廢水的氰化物遷移率可達90%以上，大塊液膜重復利用5次，其穩(wěn)定性基本不變。
　　

3、為進一步提高氰萃取效率，油包水結構的乳狀液膜被用于含氰廢水處理，首先考察了制備條件對液膜穩(wěn)定性影響規(guī)律，然后從液膜的微觀參數(shù)分析了影響氰化物遷移效果的因素和作用機理，確定了較佳的乳狀液膜制備條件：表面活性劑(Span-80)為3%，膜溶劑煤油為93%，膜助劑液體石蠟為2%，載體(TOA)為2%的配比下，油內(nèi)比為1:1，乳水比為1:7，制乳轉速為3300r/min，NaOH濃度為2%，乳水接觸時間為10min。通過響應曲面優(yōu)化(RSM)實

4、驗設計，對乳狀液膜萃取含氰廢水工藝條件進行了優(yōu)化，確定了各因素對總氰化物去除率的影響大小順序為：NaOH>Span-80>乳水比>TOA；最優(yōu)操作條件為：Span-80值為4.00%，TOA值為3.91%，NaOH值為1.00%，乳水比值為0.27。最后考察了離心和超聲破乳技術對回收氰化物的影響，確定了較合適的乳狀液膜破乳技術和工藝條件。
　　支撐液膜技術不需要復雜的乳液的制備和破除過程，但傳統(tǒng)支撐液膜存在膜溶液易流失問題，為此將

5、分散體系與支撐液膜相結合制備了分散支撐液膜體系，并推導了其傳質動力學方程。利用曲面相應法對影響氰遷移的四個因素進行交互影響研究，建立回歸模型，優(yōu)化出處理氰化廢水的最佳處理條件，并得到最高氰萃取率98.40%。實際的支撐液膜法處理氰化廢水時總氰化物去除率最高值為97.14%，誤差為0.17%。說明RSM設計的回歸模型與實際萃取條件擬合良好，該回歸模型對分散型支撐液膜萃取含氰廢水條件優(yōu)化具備較好的可行性。分散支撐液膜系統(tǒng)與傳統(tǒng)支撐液膜相比，

6、氰萃取率提升13%，穩(wěn)定性提高兩倍。
　　借鑒量子力學理論，通過Gaussian計算軟件，選擇DFT中的B3LYP/6-31G*方法對離子液體[Bmim]+分別與CuCN、Cu(CN)2-、Cu(CN)32-、Cu(CN)43-之間的結合能進行分子模擬計算，與各自單體之和進行對比分析，計算結果得出四種復合物的能量在離子液體與氰絡化物最優(yōu)結合位置均能收斂為極小值，從理論上說明離子液體與氰絡化物均可形成穩(wěn)定的復合物，進一步從量子化學角

7、度剖析了氰化物在離子液體支撐液膜的遷移機理和萃取可能性。
　　實驗選擇PVDF微孔濾膜作為支撐體，以疏水性離子液體[Bmim]PF6為膜溶劑，選用三種技術制備了離子液體支撐液膜，對比考察了各種液膜的性能指標，確定了最佳的制備方法和工藝條件。采用電化學阻抗法研究支撐液膜在傳質過程中的膜液流失行為，利用等效電路法對電化學阻抗圖譜進行分析，提出等效電路Rs(RmCm)Q能準確地描述支撐液膜膜遷移池的電化學阻抗特征，建立了離子液體支撐液膜

8、膜電阻和電容值與支撐液膜物性變化的對應關系，表明膜電阻Rm和膜電容Cm的變化能無干擾實時地反映膜液流失行為，通過實驗對上述體系萃取分離過程中原料液初始濃度、解析液濃度、原料液初始pH等因素進行探究和優(yōu)化，明確了剪切乳化應為離子液體支撐液膜萃取氰化物過程膜液流失的主要機理。
　　通過考察系列因素對氰萃取率和膜損失率的影響，優(yōu)化了萃取條件：原料液濃度468.36mg/L、原料液pH為4、離子液體30%、膜浸泡時間1h、解析相NaOH質