PVDF中空纤维膜萃取处理煤气化含酚废水

【摘要】： 中空纤维膜萃取是膜过程与液液萃取相结合的新型分离技术,特别适用于金属离子、热敏性物质和难分离物质的分离与提取。与传统的液液萃取过程相比,膜萃取具有传质面积大、萃取效率高、能耗低、环境污染少及无液泛和返混、萃取剂损失少等优势。目前,该技术处于工业化应用的初始阶段,是环保领域研究的热点之一。因此有很多问题值得研究。 本论文以疏水性PVDF中空纤维膜为传质界面,用高效萃取剂Cyanex 923-煤油-NaOH溶液体系对模拟苯酚废水进行了萃取-反萃取实验,研究了两相传质方式、水相和有机相流速、进水初始浓度、膜组件装填因子、离子强度、膜组件串联和反萃取相浓度等操作条件对萃取率和传质性能的影响。并在此基础上对实际煤气化废水进行了萃取实验。 实验结果拟合出了萃取平衡曲线,并计算了分配系数与苯酚在水相中浓度的关系:logD=1.62-0.077caq。pH值对分配系数有重要影响,当pH8时,分配系数下降很快。 增大水相流速能显著加快萃取过程和提高传质系数,而改变有机相流速基本不影响传质系数。这说明水相边界层阻力是总传质阻力的控制因素,计算结果也表明有机相边界层阻力和膜相阻力所占比例不到20%。在水相流速为0.002m/s~0.016m/s的范围内,膜组件的传质单元高度为0.17m~0.75m,明显小于传统萃取设备。增大进水初始酚浓度,总传质系数反而降低,一方面,分配系数随初始浓度的增大而减小,另一方面,浓度升高加剧了传质界面两侧的浓差极化现象。膜组件装填因子和膜的均匀分布及疏密程度对传质有很大影响。增大装填因子能提高传质面积,但同时使膜丝间距变小,容易发生挤压现象,使传质系数降低。串联低装填因子的膜组件能缩短萃取时间,节省投资。盐析效应能够促进萃取传质过程。因此可以通过增大水相离子强度来强化传质。 当NaOH浓度由0.1mol/L升高到0.5mol/L时,反萃取系数由4.83×10-7m/s增大到5.93×10-7m/s。酚回收率达到93%以上。反萃取传质系数比萃取传质系数小一个数量级,这是由于在反萃取传质界面不存在溶质的预吸附作用优势。 实际废水中SS的含量对萃取率有明显的影响,经混凝预处理后,传质加快。在连续逆流萃取实验中,水相流速在一定范围内的增大能够提高萃取率,但超过这一范围萃取率开始降低。膜组件串联延长了两相间的接触时间,萃取率升高。对长时间使用过的膜进行SEM测试,没有发现膜污染,说明膜萃取抗污染能力很强。 【关键词】：中空纤维膜萃取 苯酚 Cyanex 923 萃取率 分离系数 传质系数
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X703.1
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-26
• 1.1 含酚废水来源及危害10-11
• 1.2 含酚废水处理现状11-15
• 1.2.1 吸附法11
• 1.2.2 溶剂萃取法11-12
• 1.2.3 液膜法12-13
• 1.2.4 高级氧化技术13-14
• 1.2.5 膜分离技术14-15
• 1.3 膜萃取15-25
• 1.3.1 膜萃取概述15
• 1.3.2 基本理论15-19
• 1.3.3 膜接触器19-22
• 1.3.4 膜材料22
• 1.3.5 膜萃取剂的选择22-23
• 1.3.6 膜萃取的应用研究23-25
• 1.4 本课题研究目的及意义25
• 1.5 主要研究内容25-26
• 第2章 实验材料及方法26-37
• 2.1 实验仪器及试剂26-27
• 2.2 膜材料及膜组件27-29
• 2.2.1 膜及膜组件参数27-28
• 2.2.2 膜材料耐溶剂性能28-29
• 2.3 实验部分29-30
• 2.3.1 逆流循环萃取实验29
• 2.3.2 逆流循环萃取-反萃取实验29-30
• 2.4 测定方法30-32
• 2.4.1 模拟废水中苯酚及苯酚钠的测定30-32
• 2.4.2 实际废水水质测定32
• 2.5 计算方法32-37
• 2.5.1 传质通量的计算32-34
• 2.5.2 传质系数的计算34-37
• 第3章 中空纤维膜萃取处理模拟含酚废水37-54
• 3.1 分离系数的测定37-39
• 3.1.1 萃取平衡曲线37-38
• 3.1.2 pH 值对分离系数的影响38-39
• 3.2 两相传质方式对萃取率和传质性能的影响39-40
• 3.3 水力学条件对萃取率和传质性能的影响40-45
• 3.3.1 水相流速对萃取率和传质性能的影响40-42
• 3.3.2 有机相流速对萃取率和传质性能的影响42-44
• 3.3.3 水相流速对传质单元高度的影响44-45
• 3.4 进水初始酚浓度对萃取率和传质性能的影响45-46
• 3.5 膜组件装填因子对萃取率和传质性能的影响46-48
• 3.6 水相离子强度对萃取率和传质性能的影响48-50
• 3.7 膜组件串联对萃取率和传质性能的影响50-51
• 3.8 NaOH 浓度对萃取率和传质性能的影响51-52
• 3.9 本章小结52-54
• 第4章 中空纤维膜萃取处理实际煤气化废水54-63
• 4.1 煤气化废水水质54
• 4.2 废水预处理54-58
• 4.2.1 pH 值对SS 和总酚去除率的影响55-56
• 4.2.2 PAC 投加量对SS 和总酚去除率的影响56
• 4.2.3 预处理前后萃取效果比较56-58
• 4.3 连续逆流萃取实验58-60
• 4.3.1 水相流速对萃取率的影响58
• 4.3.2 有机相流速对萃取率的影响58-59
• 4.3.3 不同进水酚浓度对萃取率的影响59-60
• 4.3.4 膜组件串联对萃取率的影响60
• 4.4 膜污染60-62
• 4.5 本章小结62-63
• 结论63-64
• 参考文献64-70
• 攻读学位期间发表的学术论文及其他成果70-72
• 致谢72

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