乳化液膜_ELM_技术在水处理中的研究新进展_裴亮

乳化液膜(ELM)技术在水处理中的研究新进展裴亮1,姚秉华1,2,付兴隆2,杜忠3(1.西安理工大学水利水电学院;2.西安理工大学理学院,西安710048;3.中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所,成都610041)摘要:液膜分离是一种高效、快速、节能的新型分离技术.简要介绍了乳化液膜法的基本原理,重点论述了乳化液膜法在水处理中的研究新进展.关键词:乳化液膜;应用;分离技术;水处理中图分类号:TQ028.8文献标识码:A文章编号:1007-8924(2009)04-0106-06液膜(liquidmembrane)分离技术是20世纪60年代末开发的新工艺,至今已得到迅速发展.液膜分离工艺具有分离速度快、效率高、选择性好、设备简单、占地面积小等优点,因而在冶金、医药、环保等领域普遍引起重视.利用液膜分离技术治理污水是从上世纪80年代发展起来的,主要用于处理含酚、氰及重金属废水,近几年,国内外对此治理技术研究较为活跃[1].黎念之(N.N.Li)[2-4]在用duNuoy环法测定含表面活性剂水溶液与油溶液之间的界面张力时,观察到了相当稳定的界面膜,由此开创了研究液体表面活性剂膜(Liquidsurfactantmembrane,LSM)或乳化液膜(emulsionliquidmembrane,ELM)的历史.乳化液膜分离技术是一种新兴的节能型分离手段,它通过两液相间形成的界面液相膜,将两种组成不同但又互相混溶的溶液隔开,经选择性渗透,将物质分离提纯[5].由于乳化液膜分离技术综合了固体膜分离法和溶剂萃取法的特点,在膜结构上有所突破,膜厚度薄、比表面积大,因而具有选择性高和通量大的特性,近年来已广泛应用于化工、生化、医药、环保、有色冶金、核技术、食品、轻工、动力、机械等行业[6,7].1乳化液膜分离机理1.1膜相反应机理如图1所示.待分离物质A不溶于膜相,故选择特定的运输载体C溶于膜相.物质A在连续相-膜相界面与膜相载体C反应,发生可逆正向反应生成中间产物AC,AC扩散至膜相另一侧与内包相试剂B反应,生成不溶于液膜的物质AB,并使C重新还原释放.通过流动载体和待分离物质之间的选择性可逆反应,极大地提高了物质A在液膜中的有效溶解度,增大了其膜内的浓度梯度,提高了传质效率.图1乳化液膜分离机理Fig.1Separationmechanismofemulsionliquidmembrane1.2滴内反应机理如图2所示.待分离物质D膜相中具有一定的溶解度,故物质D可由连续相渗透至膜相,并在膜图2乳化液膜滴内反应示意图Fig.2Schematicofreactioninemulsionliquidmembrane收稿日期:2008-01-09;修改稿收到日期:2008-04-24基金项目:西安市科技攻关项目(GG5074);陕西省教育厅专项科研基金项目(06JK215);西安理工大学优秀博士学位论文研究基金项目(无编号)作者简介:裴亮(1982-),男,江苏南京人,博士生,从事水环境模拟与污染控制及液膜分离.〈pellys38994327@qq.com〉第29卷第4期膜科学与技术Vol.29No.42009年8月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYAug.2009DOI:10.16159/j.cnki.issn1007-8924.2009.04.008相中形成一定的浓度梯度.物质在膜相内侧与内包相试剂E发生化学反应生成不溶于膜相的物质F,从而达到由连续相分离D物质的目的.2乳化液膜分离过程的影响因素乳化液膜是一个高分散体系,具有很大的传质比表面积,待分离物质由连续相经膜相向内相传递,是依靠组分透过膜时的速率差别来实现组分的分离,分离过程可分为制乳、分离、沉降、破乳四步.在传质结束后,乳状液通常采用高压电场、温度变化(周期性加热和冷却)、离心等方法破乳使膜相可以反复使用,内包相经进一步处理后回收溶质.在整个分离过程中,需考虑的工艺参数和影响因素较多,如表面活性剂的种类和浓度对液膜的稳定性、渗透速率、分离效果都有明显的影响,当表面活性剂的油膜体积(Vo)与内相试剂体积(Vi)之比(油内比Roi)从1增至2时,液膜变厚从而使液膜稳定性增加,但渗透速率降低;液膜乳液体积(Ve)与料液体积(Vw)之比,即乳水比(Rew)对液膜分离过程来说非常重要,Rew愈大,分离效果也越好,但乳液消耗多,成本高;连续相pH决定渗透物的存在状态,在一定pH下,渗透物能与液膜中的载体形成配合物而进入液膜相,从而产生良好分离效果,反之则分离效果差;此外,搅拌强度和接触时间对液膜的稳定性和分离效果也有影响[8-12].3乳化液膜对有机废水的处理3.1含酚废水的处理液膜法处理含酚废水是目前研究最多的一项乳化液膜法处理废水技术之一,国内也开发出多种适用于治