乳狀液膜法分離水中鉛的研究

Pb²⁺+4OH-=PbO^2-2+2H₂O,

從而使得內(nèi)相中的Pb²⁺濃度幾乎為零,即保持Pb²⁺在液膜內(nèi)、外相兩側(cè)有最大的濃度梯度,促使Pb²⁺的遷移。這樣就實現(xiàn)了Pb²⁺與外相溶液的分離。溶液中50mg/L的鉛經(jīng)處理后可降至1mg/L以下。本方法操作簡單、快速。對于推廣至大規(guī)模工業(yè)廢水的治理具有實際意義。

1實驗部分

1.1　儀器與試劑

光學(xué)讀數(shù)分析天平(湘儀天平儀器廠),pHS-3C型精密酸度計(上海雷磁儀器廠),D40-1型電動攪拌器(杭州儀表電機廠),78-1型磁力加熱攪拌器(江蘇金壇新一佳儀器廠),721型分光光度計(上海第三分析儀器廠)。

鉛標(biāo)準溶液(1.00mg/mL):準確稱取0.3996g硝酸鉛,用水溶解后,加入1mL濃硝酸酸化,轉(zhuǎn)移至250mL容量瓶中定容。

span80,NaOH(0.1mol/L),液體石蠟,煤油,HCl(1mol/L),氨性緩沖溶液(pH=10),PAR-乙醇溶液(0.05%)。

1.2　實驗方法

1.2.1　制乳

按一定比例移取span80、液體石蠟、煤油到制乳器中并低速攪拌混勻,然后加一定量的內(nèi)相反萃劑NaOH,高速(5000r/min)攪拌25min,得到乳狀液。

1.2.2　分離

移取1mL50.0mg/L的鉛標(biāo)準液于燒杯中,然后加入一定量1mol/L的HCl溶液,在低速攪拌的條件下加入10mL乳液并繼續(xù)攪拌數(shù)分鐘,靜置分層。

1.2.3　測定

取5mL下層溶液(外相溶液)于比色管中,用1mol/L的NaOH調(diào)節(jié)至中性,再加入5mL氨性緩沖溶液,2mLPAR顯色劑,用水稀釋至25.0mL。以試劑空白為參比,在520nm波長處測定吸光度。計算除鉛率(R%):

 C₁:Pb²⁺在外相的初始濃度(mg/L);　C₂:Pb²⁺在外相的最終濃度(mg/L)。

2結(jié)果與討論

2.1　制乳時間的影響

制乳時間增加有利于加強液膜的穩(wěn)定性,從而提高除鉛率。但制乳時間太長則液膜厚度過大,不利于鉛離子的傳質(zhì)運輸,使得傳質(zhì)效率減少,除鉛率下降。如圖1所示。選制乳時間為25min。

2.2　混合時間的影響

乳液與外相溶液混合時的攪拌時間越長,膜與內(nèi)、外相溶液接觸時間也越長,即鉛與液膜的接觸就越充分,除鉛率越高。但攪拌時間過長反而會導(dǎo)致除鉛率下降,這是因為接觸時間太長使膜中的表面活性劑span80在內(nèi)相的堿性或外相的酸性條件下水解,膜的不穩(wěn)定性增加即一部分膜破裂,則除鉛率下降。見圖2。選混合攪拌時間為15min左右。

2.3　Span80和液體石蠟濃度的影響

表面活性劑分子中含有親水基團和疏水基團,可定向排列,能顯著改變液體表面或兩相間界面張力,是制造液膜固定油水分界面的最重要組分,直接影響膜的穩(wěn)定性和分離效率。試驗了不同濃度的span80對除鉛率的影響。增大span80的濃度,使液膜表面張力和厚度增加,液膜的穩(wěn)定性增強,除鉛率提高,但span80濃度過大則使傳質(zhì)阻力增加,除鉛率反而降低。液體石蠟作為膜的添加劑,其主要作用是增加液膜的強度和穩(wěn)定性。但若濃度太高使粘度過大,也會使除鉛率下降。由圖3可知,當(dāng)span80和石蠟的濃度(體積分數(shù))分別為10%和8%左右時,除鉛率較高。

2.4　水乳比和油內(nèi)比的影響

水乳比是外相溶液體積與乳液體積之比。油內(nèi)比是液膜的膜相與內(nèi)相溶液體積之比。它們都會影響除鉛率。特別是油內(nèi)比能影響液膜的穩(wěn)定性和傳質(zhì)效率。試驗得出水乳比和油內(nèi)比的最佳值分別為2.0和1.5,見圖4。

2.5　外相HCl濃度的影響

外相HCl濃度的影響外相中的鹽酸可決定Pb²⁺遷移時存在的狀態(tài),防止水解,使Pb²⁺具有最大的濃度梯度,這樣才能保證Pb²⁺遷移至內(nèi)相。從圖5可見,當(dāng)鹽酸的濃度增加時,除鉛率也隨之提高,但當(dāng)鹽酸濃度繼續(xù)增加時,除鉛率反而下降,這是因為鹽酸濃度過高時,使部分膜出現(xiàn)溶脹甚至破裂。因此選擇外相溶液中的鹽酸濃度為1.0mol/L。

參考文獻

[1]　陸九芳,李總成,包鐵竹.分離過程化學(xué)[M].北京:清華大學(xué)出版社,1993.220～268。

[2]　張媯,張月貞,劉瑜.液膜技術(shù)處理含酚廢水[J].化工環(huán)保,1984,4(1):12～18。

[3]　潘碌亭,朱亦仁,鄧傳蕓.乳狀液膜法處理含氨基J酸工業(yè)廢水的初步研究[J].環(huán)境科學(xué),1997,18(4):59～61。

[4]　Hiratani K, Takahashi T,Sugihara H, et al.Selective Liquid Membrane Transport of Lead(II)by an A cyclic Polyether Dicarboxylic AcidIonophore [J]. Anal Chem,1997,69(15):3002～3007。