中期檢查-聚電解質(zhì)絡(luò)合-超濾耦合技術(shù)分離鉻離子的研究

聚電解質(zhì)絡(luò)合-超濾耦合技術(shù)分離鉻離子的研究碩士中期檢查目錄第一章緒論第二章實驗部分第三章聚電解質(zhì)的超濾行為研究第四章聚季銨鹽絡(luò)合-超濾鉻離子過程的研究第五章絡(luò)合物濃縮-解離過程的研究第六章結(jié)論與展望第一章緒論1.1基本概況：

鉻除了是生物體必需的微量元素外，由于其特殊的性質(zhì)，在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛的應(yīng)用。金屬材料耐火材料工業(yè)應(yīng)用單質(zhì)

化合物

電鍍金屬鈍化氧化劑催化劑染料、玻璃等著色環(huán)境污染1.2含鉻廢水的傳統(tǒng)處理方法：物理吸附法還原氣浮法化學(xué)絮凝沉降法鋇鹽法還原沉淀法離子交換法……缺點：只能轉(zhuǎn)移它們的存在位置和轉(zhuǎn)變它們的物理或化學(xué)形態(tài)，而不能徹底根除促使了絡(luò)合-超濾技術(shù)在含鉻廢水中的廣泛應(yīng)用1.3絡(luò)合-超濾技術(shù)在處理含鉻廢水中的應(yīng)用絡(luò)合-超濾技術(shù)的優(yōu)點：聚電解質(zhì)強化超濾技術(shù)是一種具有應(yīng)用前景的重金屬廢水處理方法。該技術(shù)分離性能好、可高效濃縮低濃度金屬離子。發(fā)展現(xiàn)狀：

Uzal等以聚乙烯醇為絡(luò)合劑，研究了鈷(II)的絡(luò)合超濾行為；Shao等分別以聚丙烯酸鈉和聚乙烯亞胺為絡(luò)合劑，考察了不同聚合物對鎳(II)的分離效果；Camarillo等以聚丙烯酸鈉濃縮水溶液中銅(II)，Llorens等研究了殼聚糖強化超濾對鎘(II)去除率的影響.第二章實驗部分實驗裝置和儀器

實驗所用裝置平面圖如圖1所示，由超濾杯，恒溫磁力攪拌器，氮氣罐，原料槽，滲濾槽組成.MettlerToledo實驗室pH計；BT224型電子天平；UV2550型紫外可見分光光度計。實驗裝置示意圖

1.FluidReservoir2.Ultrafiltrationcell3.Stirrer4.Membrane5.Permeate6.Magneticstirrer7.Nitrogengascylinder8.ManometerFig.1Schematicdiagramoftheexperimentalapparatus8432

516734實驗方法

將適量的的聚季銨鹽溶液和配制好的模擬鉻(VI)廢水溶液加入超濾杯中.溶液在磁力攪拌器上攪拌10min，使聚季銨鹽和重鉻酸鉀充分反應(yīng)后，打開氮氣閥，通入保護氣體加壓，進行超濾實驗.超濾濃縮、解離及洗滌過程：以1L原料液進行濃縮，最終濃縮液為50mL；將該濃縮液用于解離研究，在濃縮液中加入解絡(luò)合溶液，控制解絡(luò)合溶液濃度，進行加壓超濾；解離后溶液用于超濾洗滌，控制洗滌液濃度，每次加入25mL洗滌液，獲得25mL滲透液后再加入下批洗滌液，洗滌液總體積為250mL，此過程中滲透液不斷被移走.實驗過程中通過測定滲透液的體積和滲出時間，計算得到膜通量；測定滲出液中鉻離子濃度，計算出截留系數(shù).溶液的pH值用鹽酸和KOH溶液調(diào)節(jié)，以pH計測定，鉻(VI)濃度以紫外可見分光光度計測定.分析方法膜通量(J)指在定壓力及恒定溫度下,單位面積、單位時間內(nèi)通過膜的滲透液體積，計算公式如下：式中：V―滲透液體積，L；A―有效膜面積，m2；Δt―時間，h。截留率(R)指截留液中聚合物的濃度與原料液中聚合物的濃度比值，計算公式：式中：Cp―滲透液中聚合物濃度，g/L；Cf―原料液中聚合物濃度，g/L。第三章聚電解質(zhì)的超濾行為研究3.1濃度和壓力對膜通量和截留系數(shù)的影響3.2溫度和壓力對PQ-22的膜通量的影響3.3

pH值對膜通量和截留系數(shù)的影響3.4膜孔徑對膜通量和截留系數(shù)的影響3.5膜污染及膜清洗3.6聚季銨鹽的濃縮過程3.1濃度和壓力對PQ22膜通量和截留系數(shù)的影響考察PQ22濃度對膜通量(J)和截流系數(shù)(R)的影響，如圖所示：在相同的溫度和壓力下，濃度越大，膜通量越小；在相同的溫度和濃度下，壓力越大，膜通量越大。隨著濃度的增大，截留系數(shù)基本不變，保持在0.6左右。3.2溫度和壓力對PQ22的膜通量的影響考察溫度和壓力對膜通量和截留系數(shù)的影響，如圖3所示：在考察范圍內(nèi)，膜通量隨壓力增大幾乎呈直線遞增，與純水的變化規(guī)律基本一致。同一個溫度下，當(dāng)壓力從0.10MPa增大到0.22MPa時，J幾乎呈直線上升，R基本不變，幾乎呈一水平直線。3.3

pH值對膜通量和截留系數(shù)的影響pH值可能改變聚合物溶液性質(zhì)和超濾膜表面電荷，因此影響溶液的膜通量和截留系數(shù)?？疾旄鱾€操作壓力下PQ22溶液超濾時通量J和截留系數(shù)R的變化。如圖3所示：膜通量均隨pH值升高而略有減少；截留系數(shù)隨pH值的增大基本保持不變。3.4膜孔徑對膜通量和截留系數(shù)的影響考察膜孔徑大小對超濾過程影響，如圖所示：在一定溫度和壓力下，膜通量隨膜孔徑的增大而增大。對于純水和pq22溶液，相同孔徑的膜，pq22的膜通量始終低于純水的通量。由右圖可知：膜孔徑越大，截留率越小。在同一孔徑下，壓力的變化對截留率幾乎沒影響3.5膜污染及膜清洗超濾過程中，一些聚合物則沉積在膜表面，從而造成膜污染。如左圖所示：膜污染后對截留率的影響不大，幾乎可以忽略不計。如右圖所示：不論是對于純水還是pq-22溶液，其膜通量都是洗滌膜＞新膜＞污染膜，污染膜與新膜這兩者差距較大，可知膜污染對通量影響較大膜污染-電鏡掃描圖3.6聚季銨鹽的濃縮過程預(yù)處理pq-22溶液為研究對象，在一定的溫度和壓力下，考察不同的VCF對膜通量和截留系數(shù)的影響，得到實驗結(jié)果如圖6，隨著VCF的增大，膜通量開始呈明顯下降趨勢，但下降幅度越來越小，當(dāng)?shù)酱蠹sVCF為2左右，膜通量趨于穩(wěn)定，不再變化，基本上呈一水平直線。而在某一固定的VCF下，隨著濃度的增大，膜通量和截流系數(shù)是減小的。第四章聚季銨鹽絡(luò)合-超濾鉻離子過程的研究4.1聚季銨鹽-Cr(VI)的絡(luò)合機理分析Cr2O72-+OH-=2CrO42-+H+

4.2操作參數(shù)對膜通量和截留系數(shù)的影響

4.2.1裝載比對絡(luò)合中膜通量和截留系數(shù)的影響4.2.2pH值對絡(luò)合中膜通量和截留系數(shù)的影響4.2.3溫度對絡(luò)合過程中膜通量和截留系數(shù)的影響4.2.4壓力對膜通量及截留系數(shù)的影響4.2.5添加陰離子對膜通量及截留系數(shù)的影響裝載比:PQ6-Cr考察PQ6與金屬質(zhì)量比(PMR)對鉻(VI)截留系數(shù)(R)和膜通量(J)的影響，隨著PMR的增大，不同pH條件下，R均成增大趨勢，PMR進一步增大，R趨于平衡，最后保持不變。隨著PMR增大，相同pH值下的J幾乎不變。裝載比:PQ22-Cr考察PQ22與金屬質(zhì)量比(PMR)對鉻(VI)截留系數(shù)(R)和膜通量(J)的影響，規(guī)律性同PQ6。但是，但是，在不同pH條件下，即使PMR達到最大值120時，R也無法增大到1，這可能是因為PQ22中羧基與Cr2O72-的排斥作用，使聚季銨鹽陽離子與鉻的絡(luò)合受到阻礙。pH值影響：采用PQ22絡(luò)合Cr?？疾閜H值對J和R的影響如圖所示：當(dāng)pH從3到4，J增大，pH從4到6，J基本不變.pH從6到12，J減小。pH值從3到5，R增大，pH從6到9.5時，R基本不變。當(dāng)pH值從9.5到12時，R急劇減小。pH值是影響聚電解質(zhì)與金屬離子絡(luò)合行為的重要因素之一，它可以改變金屬離子的超濾截留特性。采用PQ22絡(luò)合Cr。考查pH值對J和R的影響：當(dāng)pH從3到5，J略微減小，pH從5到11，J基本不變。溫度對絡(luò)合過程中膜通量和截留系數(shù)的影響考察溫度對Cr截留率(R)和膜通量(J)的影響如圖所示：隨著溫度的升高，R略微減小，這可能是由于溫度升高，不利于絡(luò)合反應(yīng)過程的正向進行，也可能是由于溫度升高引起膜孔徑略有變大，且聚季銨鹽質(zhì)量傳遞系數(shù)增大，因而溶質(zhì)透過量增加，R下降。而Flux幾乎線性增大，這是因為溫度升高引起料液粘度下降，滲透能力增強，同時各種質(zhì)量傳遞系數(shù)增大，因而膜通量提高。壓力對膜通量及截留系數(shù)的影響考察了壓力對Cr截留率(R)和膜通量(J)的影響，如圖所示：J隨壓力的增加而增加，當(dāng)壓力從0.1增大到0.18，J呈近似線性增大，說明在該條件下沒有形成凝膠層，膜過程污染阻力沒有明顯增加；當(dāng)壓力繼續(xù)增大，F(xiàn)lux的增大趨勢明顯減小，這可能是因為在較大的操作壓力下，超濾過程的濃差極化作用增大，在膜表面形成了凝膠層，對溶劑流動產(chǎn)生附加阻力，并使Flux的提高受到限制。R隨著壓力的增加略微增大，這可能是由于壓力增大，濃差極化增強，膜表面PQ22濃度增大，PQ22與Cr(VI)的絡(luò)合能力有所增強，游離Cr2O72-略微減少。添加陰離子對膜通量及截留系數(shù)的影響在廢水溶液中存在著許多對絡(luò)合反應(yīng)有阻礙作用的陰離子，影響了Cr(VI)的去除。采用PQ6絡(luò)合Cr(VI)，考察了不同濃度的KCl、KNO3和K2SO4對J和R的影響，結(jié)果如圖所示：隨著添加鹽濃度(Cs)的增大，J保持基本不變；而R變化較大，隨著Cs增大，R先很快降低，隨后緩慢減小，到一定值時，R基本不變。這種現(xiàn)象說明Cl-、NO3-和SO42-對PQ22與Cr(VI)的絡(luò)合都有干擾。從圖中可知：一價陰離子對R的減小趨勢基本相同。同樣濃度的添加鹽，二價陰離子對絡(luò)合反應(yīng)的阻礙作用大于一價陰離子。添加陰離子對膜通量及截留系數(shù)的影響采用PQ22絡(luò)合Cr(VI)，考察了不同濃度的KCl、KNO3和K2SO4對J和R的影響，規(guī)律性同PQ6.一價陰離子對R的減小趨勢基本相同。同樣濃度的添加鹽，二價陰離子對絡(luò)合反應(yīng)的阻礙作用大于一價陰離子。下一步內(nèi)容1聚季銨鹽絡(luò)合-超濾鉻離子的濃縮過程2聚季銨鹽-鉻離子絡(luò)合物解絡(luò)合過程3聚季銨鹽-鉻離子絡(luò)合物的洗滌過程第六章結(jié)論與展望聚電解質(zhì)絡(luò)合-超濾耦合技術(shù)能有效濃縮金屬離子，尤其適用于低濃度體系，可實現(xiàn)礦物中金屬元素的提取和廢水回用及金屬回收，聚電解質(zhì)解離后能循環(huán)利用。另外，稀有金屬一般從低濃度體系中提取，工藝大多復(fù)雜而效率較低，而采用絡(luò)合-超濾耦合技術(shù)，只要聚電解質(zhì)能選擇性絡(luò)合特定金屬離子，在優(yōu)化工藝條件下就能實現(xiàn)金屬離子的高效濃縮，可大大精簡傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝。隨著該耦合技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑦M一步拓寬，經(jīng)濟效益和社會效益將得到充分體現(xiàn)。參考文獻[1]N.N.Greenwood,A.Earnshaw,ChemistryoftheElements,ButterworthHeinemann,Oxford,1998,pp.1002–1039.[2]K.Srividya,K.Mohanty,BiosorptionofhexavalentchromiumfromaqueoussolutionsbyCatla

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