液膜材料制備及其處理含氰廢水過(guò)程機(jī)制研究.pdf

1、黃金冶煉過(guò)程排放的含氰廢水，對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境造成了巨大威脅，實(shí)現(xiàn)氰化物的高效治理與綜合利用，對(duì)促進(jìn)行業(yè)發(fā)展以及提高經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益都有重要科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。液膜分離技術(shù)具有高效、節(jié)能、高滲透性、高選擇性和高穩(wěn)定性的特點(diǎn)，在環(huán)境保護(hù)方面和處理廢水方面受到廣泛關(guān)注。本研究擬建立四種液膜分離體系，并將其應(yīng)用于處理含氰廢水，研究氰化物在不同液膜體系中的傳質(zhì)分離過(guò)程，探索不同體系中氰化物的遷移機(jī)理，闡明制備條件對(duì)液膜穩(wěn)定性的影響規(guī)律及調(diào)控機(jī)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(yīng)用提供有價(jià)值的理論依據(jù)和技術(shù)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(duì)氰化物的遷移的影響規(guī)律，對(duì)氰化物遷移過(guò)程及機(jī)理進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)傳質(zhì)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(duì)于低濃度含氰廢水的氰化物遷移率可達(dá)90%以上，大塊液膜重復(fù)利用5次，其穩(wěn)定性基本不變。
　　

3、為進(jìn)一步提高氰萃取效率，油包水結(jié)構(gòu)的乳狀液膜被用于含氰廢水處理，首先考察了制備條件對(duì)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(jī)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(zhuǎn)速為3300r/min，NaOH濃度為2%，乳水接觸時(shí)間為10min。通過(guò)響應(yīng)曲面優(yōu)化(RSM)實(shí)

4、驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)乳狀液膜萃取含氰廢水工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化，確定了各因素對(duì)總氰化物去除率的影響大小順序?yàn)椋篘aOH>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(shù)對(duì)回收氰化物的影響，確定了較合適的乳狀液膜破乳技術(shù)和工藝條件。
　　支撐液膜技術(shù)不需要復(fù)雜的乳液的制備和破除過(guò)程，但傳統(tǒng)支撐液膜存在膜溶液易流失問(wèn)題，為此將

5、分散體系與支撐液膜相結(jié)合制備了分散支撐液膜體系，并推導(dǎo)了其傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)方程。利用曲面相應(yīng)法對(duì)影響氰遷移的四個(gè)因素進(jìn)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?xiàng)l件，并得到最高氰萃取率98.40%。實(shí)際的支撐液膜法處理氰化廢水時(shí)總氰化物去除率最高值為97.14%，誤差為0.17%。說(shuō)明RSM設(shè)計(jì)的回歸模型與實(shí)際萃取條件擬合良好，該回歸模型對(duì)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(xué)理論，通過(guò)Gaussian計(jì)算軟件，選擇DFT中的B3LYP/6-31G*方法對(duì)離子液體[Bmim]+分別與CuCN、Cu(CN)2-、Cu(CN)32-、Cu(CN)43-之間的結(jié)合能進(jìn)行分子模擬計(jì)算，與各自單體之和進(jìn)行對(duì)比分析，計(jì)算結(jié)果得出四種復(fù)合物的能量在離子液體與氰絡(luò)化物最優(yōu)結(jié)合位置均能收斂為極小值，從理論上說(shuō)明離子液體與氰絡(luò)化物均可形成穩(wěn)定的復(fù)合物，進(jìn)一步從量子化學(xué)角

7、度剖析了氰化物在離子液體支撐液膜的遷移機(jī)理和萃取可能性。
　　實(shí)驗(yàn)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(shù)制備了離子液體支撐液膜，對(duì)比考察了各種液膜的性能指標(biāo)，確定了最佳的制備方法和工藝條件。采用電化學(xué)阻抗法研究支撐液膜在傳質(zhì)過(guò)程中的膜液流失行為，利用等效電路法對(duì)電化學(xué)阻抗圖譜進(jìn)行分析，提出等效電路Rs(RmCm)Q能準(zhǔn)確地描述支撐液膜膜遷移池的電化學(xué)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(duì)應(yīng)關(guān)系，表明膜電阻Rm和膜電容Cm的變化能無(wú)干擾實(shí)時(shí)地反映膜液流失行為，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)上述體系萃取分離過(guò)程中原料液初始濃度、解析液濃度、原料液初始pH等因素進(jìn)行探究和優(yōu)化，明確了剪切乳化應(yīng)為離子液體支撐液膜萃取氰化物過(guò)程膜液流失的主要機(jī)理。
　　通過(guò)考察系列因素對(duì)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(shí)間1h、解析相NaOH質(zhì)