富馬酸廢水的支撐液膜萃取與膜集成技術的研究.pdf

1、富馬酸是一種重要的化工原料，其生產過程中產生大量的低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模型，并用于指導操作過程的優(yōu)化設計，以實現富馬酸廢水的資源化處理。 本文首先采用傳統的絡合萃取

2、技術處理富馬酸廢水，以選擇適合富馬酸體系的絡合劑、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。并研究絡合劑濃度、原料液性質、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)對絡合萃取富馬酸過程的影響，得到最優(yōu)操作條件。在此基礎上，通過紅外光譜分析確定萃取復合物的結構，分析絡合萃取過程熱效應，研究萃取溶劑的再生與反復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

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)，利用絡合萃取工業(yè)富馬酸生產廢水，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次反復萃取過程中，平均每次絡合萃取過程中混合萃取溶劑損失約為0.4％。 其次，在確定絡合萃

4、取體系和最優(yōu)操作條件的基礎上，本文選用反萃相預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溶解度參數模型作為選擇液膜有機溶劑的判別準

5、則。分別考察了原料液性質、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。并在此基礎上，開展了HFSLM-SD萃取富馬酸過程的動力學與穩(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、取反應與反萃取反應反應速率非?？?，整個HFSLM-SD過程的總傳遞主要是由溶質在膜內的擴散和膜兩側料液邊界層所控制，可認為富馬酸的傳遞阻力主要來自于溶質在膜內的擴散阻力和膜兩側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、動力學與穩(wěn)定性研究的基礎上，建立了HFSLM-SD萃取富馬酸過程的數學模型。通過對HFSLM-SD萃取富馬酸過程的傳質分析，分別建立了HFSLM-SD萃取富馬酸過程的總傳質系數模型和擴散模型，獲得過程總傳質系數和富馬酸、載體與胺-酸復合物濃度在膜內的分布，并分析了各種條件對膜內富馬酸傳遞的影響。得到穩(wěn)態(tài)下原料側、膜內與反萃取側分傳質系數分別為：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；總傳質系數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、原料液性質和組件裝填率對分配系數有很大影響，進而也影響總傳質系數。該模型有助于了解富馬酸在HFSLM-SD膜內的傳遞特性，并指導操作過程優(yōu)化設計。 最后，對經絡合萃取或HFSLM-SD處理后的廢水，用聚酰胺反滲透膜進一步

9、處理。考察了操作壓力對通量和TOC去除率的影響，得到濃縮側與滲透側水相TOC的分布，并研究了反滲透處理富馬酸廢水時膜污染情況。在此基礎上，提出絡合萃取與反滲透耦合處理技術和HFSLM-SD與反滲透集成技術對富馬酸廢水進行資源化處理。結果表明，采用絡合萃取與反滲透耦合技術處理工業(yè)富馬酸廢水，最終廢水的TOC小于290 mg/L，該耦合技術的總TOC去除率高達99.2％。采用HFSLM-SD與反滲透集成技術處理工業(yè)富馬酸廢水，最終廢水的TO