PVDF中空纖維膜萃取處理煤氣化含酚廢水

【摘要】： 中空纖維膜萃取是膜過程與液液萃取相結(jié)合的新型分離技術(shù),特別適用于金屬離子、熱敏性物質(zhì)和難分離物質(zhì)的分離與提取。與傳統(tǒng)的液液萃取過程相比,膜萃取具有傳質(zhì)面積大、萃取效率高、能耗低、環(huán)境污染少及無液泛和返混、萃取劑損失少等優(yōu)勢。目前,該技術(shù)處于工業(yè)化應(yīng)用的初始階段,是環(huán)保領(lǐng)域研究的熱點之一。因此有很多問題值得研究。 本論文以疏水性PVDF中空纖維膜為傳質(zhì)界面,用高效萃取劑Cyanex 923-煤油-NaOH溶液體系對模擬苯酚廢水進行了萃取-反萃取實驗,研究了兩相傳質(zhì)方式、水相和有機相流速、進水初始濃度、膜組件裝填因子、離子強度、膜組件串聯(lián)和反萃取相濃度等操作條件對萃取率和傳質(zhì)性能的影響。并在此基礎(chǔ)上對實際煤氣化廢水進行了萃取實驗。 實驗結(jié)果擬合出了萃取平衡曲線,并計算了分配系數(shù)與苯酚在水相中濃度的關(guān)系:logD=1.62-0.077caq。pH值對分配系數(shù)有重要影響,當(dāng)pH8時,分配系數(shù)下降很快。 增大水相流速能顯著加快萃取過程和提高傳質(zhì)系數(shù),而改變有機相流速基本不影響傳質(zhì)系數(shù)。這說明水相邊界層阻力是總傳質(zhì)阻力的控制因素,計算結(jié)果也表明有機相邊界層阻力和膜相阻力所占比例不到20%。在水相流速為0.002m/s~0.016m/s的范圍內(nèi),膜組件的傳質(zhì)單元高度為0.17m~0.75m,明顯小于傳統(tǒng)萃取設(shè)備。增大進水初始酚濃度,總傳質(zhì)系數(shù)反而降低,一方面,分配系數(shù)隨初始濃度的增大而減小,另一方面,濃度升高加劇了傳質(zhì)界面兩側(cè)的濃差極化現(xiàn)象。膜組件裝填因子和膜的均勻分布及疏密程度對傳質(zhì)有很大影響。增大裝填因子能提高傳質(zhì)面積,但同時使膜絲間距變小,容易發(fā)生擠壓現(xiàn)象,使傳質(zhì)系數(shù)降低。串聯(lián)低裝填因子的膜組件能縮短萃取時間,節(jié)省投資。鹽析效應(yīng)能夠促進萃取傳質(zhì)過程。因此可以通過增大水相離子強度來強化傳質(zhì)。 當(dāng)NaOH濃度由0.1mol/L升高到0.5mol/L時,反萃取系數(shù)由4.83×10-7m/s增大到5.93×10-7m/s。酚回收率達到93%以上。反萃取傳質(zhì)系數(shù)比萃取傳質(zhì)系數(shù)小一個數(shù)量級,這是由于在反萃取傳質(zhì)界面不存在溶質(zhì)的預(yù)吸附作用優(yōu)勢。 實際廢水中SS的含量對萃取率有明顯的影響,經(jīng)混凝預(yù)處理后,傳質(zhì)加快。在連續(xù)逆流萃取實驗中,水相流速在一定范圍內(nèi)的增大能夠提高萃取率,但超過這一范圍萃取率開始降低。膜組件串聯(lián)延長了兩相間的接觸時間,萃取率升高。對長時間使用過的膜進行SEM測試,沒有發(fā)現(xiàn)膜污染,說明膜萃取抗污染能力很強。 【關(guān)鍵詞】：中空纖維膜萃取 苯酚 Cyanex 923 萃取率 分離系數(shù) 傳質(zhì)系數(shù)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：X703.1
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-26
• 1.1 含酚廢水來源及危害10-11
• 1.2 含酚廢水處理現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 吸附法11
• 1.2.2 溶劑萃取法11-12
• 1.2.3 液膜法12-13
• 1.2.4 高級氧化技術(shù)13-14
• 1.2.5 膜分離技術(shù)14-15
• 1.3 膜萃取15-25
• 1.3.1 膜萃取概述15
• 1.3.2 基本理論15-19
• 1.3.3 膜接觸器19-22
• 1.3.4 膜材料22
• 1.3.5 膜萃取劑的選擇22-23
• 1.3.6 膜萃取的應(yīng)用研究23-25
• 1.4 本課題研究目的及意義25
• 1.5 主要研究內(nèi)容25-26
• 第2章 實驗材料及方法26-37
• 2.1 實驗儀器及試劑26-27
• 2.2 膜材料及膜組件27-29
• 2.2.1 膜及膜組件參數(shù)27-28
• 2.2.2 膜材料耐溶劑性能28-29
• 2.3 實驗部分29-30
• 2.3.1 逆流循環(huán)萃取實驗29
• 2.3.2 逆流循環(huán)萃取-反萃取實驗29-30
• 2.4 測定方法30-32
• 2.4.1 模擬廢水中苯酚及苯酚鈉的測定30-32
• 2.4.2 實際廢水水質(zhì)測定32
• 2.5 計算方法32-37
• 2.5.1 傳質(zhì)通量的計算32-34
• 2.5.2 傳質(zhì)系數(shù)的計算34-37
• 第3章 中空纖維膜萃取處理模擬含酚廢水37-54
• 3.1 分離系數(shù)的測定37-39
• 3.1.1 萃取平衡曲線37-38
• 3.1.2 pH 值對分離系數(shù)的影響38-39
• 3.2 兩相傳質(zhì)方式對萃取率和傳質(zhì)性能的影響39-40
• 3.3 水力學(xué)條件對萃取率和傳質(zhì)性能的影響40-45
• 3.3.1 水相流速對萃取率和傳質(zhì)性能的影響40-42
• 3.3.2 有機相流速對萃取率和傳質(zhì)性能的影響42-44
• 3.3.3 水相流速對傳質(zhì)單元高度的影響44-45
• 3.4 進水初始酚濃度對萃取率和傳質(zhì)性能的影響45-46
• 3.5 膜組件裝填因子對萃取率和傳質(zhì)性能的影響46-48
• 3.6 水相離子強度對萃取率和傳質(zhì)性能的影響48-50
• 3.7 膜組件串聯(lián)對萃取率和傳質(zhì)性能的影響50-51
• 3.8 NaOH 濃度對萃取率和傳質(zhì)性能的影響51-52
• 3.9 本章小結(jié)52-54
• 第4章 中空纖維膜萃取處理實際煤氣化廢水54-63
• 4.1 煤氣化廢水水質(zhì)54
• 4.2 廢水預(yù)處理54-58
• 4.2.1 pH 值對SS 和總酚去除率的影響55-56
• 4.2.2 PAC 投加量對SS 和總酚去除率的影響56
• 4.2.3 預(yù)處理前后萃取效果比較56-58
• 4.3 連續(xù)逆流萃取實驗58-60
• 4.3.1 水相流速對萃取率的影響58
• 4.3.2 有機相流速對萃取率的影響58-59
• 4.3.3 不同進水酚濃度對萃取率的影響59-60
• 4.3.4 膜組件串聯(lián)對萃取率的影響60
• 4.4 膜污染60-62
• 4.5 本章小結(jié)62-63
• 結(jié)論63-64
• 參考文獻64-70
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其他成果70-72
• 致謝72

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