液膜分离法脱除废水中的污染物之欧阳家百创编

液膜分离法脱除废水中的污染

欧阳家百（2021.03.07）

一实验目的

(1)掌握液膜分离技术的操作过程。 (2)了解两种不同的液膜传质机理。 (3)用液膜分离技术脱除废水中的污染物。

二实验原理

液膜分离技术是近三十年来开发的技术，集萃取与反萃取于一个过程中，可以分离浓度比较低的液相体系。此技术已在湿法冶金提取稀土金属、石油化工、生物制品，三废处理等领域得到应用。

液膜分离是将第三种液体展成膜状以分隔另外两相液体，由于液膜的选择性透过，故第一种液体（料液）中的某些成分透过液膜进入第二种液体（接受相），然后将三相各自分开，实现料液中组分的分离。

所谓液膜，即是分隔两液相的第三种液体，它与其余被分隔的两种液体必须完全不互溶或溶解度很小。因此，根据被处理料液为水溶性或油溶性可分别选择油或水溶液作为液膜。根据液膜的形状，可分为乳状液膜和支撑型液膜，本实验为乳状液膜分离醋酸–水溶液。

欧阳索引创编 2021.02.02

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由于处理的是醋酸废水溶液体系，所以可选用与之不互溶的油性液膜，并选用NaOH水溶液作为接受相。这样，先将液膜相与接受相（也称内相）在一定条件下乳化，使之成为稳定的油包水（W /O）型乳状液，然后将此乳状液分散于含醋酸的水溶液中（此处称作为外相）。这样，外相中醋酸以一定的方式透过液膜向内相迁移，并与内相NaOH反应生成NaAc而被保留在内相，然后乳液与外相分离，经过破乳，得到内相中高浓度的NaAc，而液膜则可以重复使用。

为了制备稳定的乳状液膜，需要在膜中加入乳化剂，乳化剂的选择可以根据亲水亲油平衡值(HLB)来决定，一般对于W / O 型乳状液，选择HLB值为3 - 6的乳化剂。有时，为了提高液膜强度，也可在膜相中加入一些膜增强剂（一般粘度较高的液体）。

溶质透过液膜的迁移过程，可以根据膜相中是否加入流动载体而分为促进迁移I型或促进迁移II型传质。

促进迁移I型传质，是利用液膜本身对溶质有一定的溶解度，选择性地传递溶质（见图2–36）。

促进迁移II型传质，是在液膜中加入一定的流动载体（通常为此溶质的萃取剂），选择性地与溶质在界面处形成络合物，然后此络合物在浓度梯度的作用下向内相扩散，至内相界面处被内相试剂解络（反萃），解离出溶质载体，溶质进入内相而载体则扩散至外相界面处再与溶质络合。这种形式，更大地提高了液膜

欧阳索引创编 2021.02.02

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的选择性及应用范围（见图2–37）。

图2–36 促进迁移Ⅰ型传质示意图 图2–37 促进迁移Ⅱ型传质示意图

综合上述两种传质机理，可以看出，液膜传质过程实际上相当于萃取与反萃取两步过程同时进行：液膜将料液中的溶质萃入膜相，然后扩散至内相界面处，被内相试剂反萃至内相（接受相）。因此，萃取过程中的一些操作条件（如相比等）在此也同样影响液膜传质速率。

三实验装置与流程

实验装置主要包括：可控硅直流调速搅拌器二套；标准搅拌釜两只，小的为制乳时用，大的进行传质实验；砂芯漏斗两只，用于液膜的破乳。

液膜分离的工艺流程如图2–38所示。

图2–38 乳状液膜分离过程示意图 四实验步骤及方法

(1)实验步骤

本实验为乳状液膜法脱除水溶液中的醋酸，首先需制备液膜。

液膜组成已于实验前配好，分别为以下两种液膜：

1）液膜1#，组成：煤油2）液膜

95%，乳化剂E644，5%

2#，组成：煤油90%，乳化剂E644，5%，TBP（载

体），5%。

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内相用2M的NaOH水溶液。采用HAc水溶液作为料液进行传质试验，外相HAc的初始浓度在实验时测定。

具体步骤如下：

①在制乳搅拌釜中先加入液膜1#70ml，然后在1600rpm的转速下滴加内相NaOH水溶液70ml（约1分钟加完），在此转速下搅拌15分钟，待成稳定乳状液后停止搅拌，待用。

②在传质釜中加入待处理的料液450ml，在约400rpm 的搅拌速度下加入上述乳液90ml ，进行传质实验，在一定时间下取少量料液进行分析，测定外相HAc浓度随时间的变化（取样时间为2、5、8、12、16、20、25分钟），并作出外相HAc浓度与时间的关系曲线。待外相中所有HAc均进入内相后，停止搅拌。放出釜中液体，洗净待用。

③在传质釜中加入450ml料液，在搅拌下（与②同样转速）加入小釜中剩余的乳状液（应计量），重复步骤2。

④比较②，③的实验结果，说明在不同处理比（料液（V）/ 乳液（V））下传质速率的差别，并分析其原因。

⑤用液膜2#膜相，重复上述步骤①- ④。注意，两次传质的乳液量应分别与②、③步的用量相同。

⑥分析比较不同液膜组成的传质速率，并分析其原因。 ⑦收集经沉降澄清后的上层乳液，采用砂芯漏斗抽滤破乳，破乳得到的膜相返回至制乳工序，内相NaAc进一步精制回收。

(2)分析方法：

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本实验采用酸碱滴定法测定外相中的HAc浓度，以酚酞作为指示剂显示滴定终点。

外相中HAc浓度CHAc

式中：CNaOH - 标准NaOH溶液的浓度（M）

VNaOHVHAc - 标准NaOH溶液滴定ml数（ml)

- 外相料液取样量（ml）

＝C0Ct100%C0

醋酸脱除率

式中：C代表外相HAc浓度，下标0，t，分别代表初始及瞬时值。

五实验数据记录及处理

所取原始料液10ml冰醋酸（密度为=1.049gml0用500ml水稀释后浓度为：

下列每次所取样量为1.0ml

用去NaoH的体积2min （ml） 2.1 1(90ml乳状液) 1.8 2(40ml乳状液) 8min 1.6 1.9 20min 1.6 2.0 数据处理

⑴当取90ml乳状液进行滴定分析时，处理结果如下：

2min 时间 用去NaoH的体2.1 积（ml） 0.21 CHAc（mol/L）  38.74% 8min 1.6 0.16 53.33% 20min 1.6 0.16 53.33% ⑵当取40ml乳状液进行滴定分析时，处理结果如下：

2min 时间 用去NaoH的体1.8 8min 1.9 20min 2.0 欧阳索引创编 2021.02.02

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） （mol/L） 0.18 0.19 47.49% 44.57% 时间浓度图为 时间脱除率图为

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0.20 41.65% 积（mlCHAc