十二烷基苯磺酸钠胶束在含Ni-2-水溶液中的超滤特性研究

十二烷基苯磺酸钠胶束在含Ni2+水溶液中的超滤特性研究王晨孙余凭霍彦强缪俊蕙(江南大学化学与材料工程学院,江苏无锡214036)摘要:采用截留相对分子质量40k的超滤膜,研究了十二烷基苯磺酸钠(SDBS)及其胶束在含Ni2+水溶液中的超滤特性,讨论了对SDBS及Ni2+截留率和膜通量的影响因素。结果表明,SDBS胶束在水溶液中与Ni2+作用,可形成比纯SDBS胶束大得多的胶束或胶束聚集体;经过超滤膜过程处理,获得了镍离子浓度小于0.28mg/L,COD小于52的透过液,用于含镍废水处理,可达到国家废水排放标准或装置回用要求;Ni2+的回收率达98%以上,有利于浓缩液回收金属;在pH值为9.56时,可获得145.8L/(m2·h)的通量。关键词:十二烷基苯磺酸钠胶束超滤镍离子中图分类号:O643.36文献标识码:ALeung于1979年将表面活性剂胶束与超滤过程耦合,利用阴离子表面活性剂胶束可吸附重金属离子的特性,去除水溶液中的重金属离子,称为胶束强化超滤(MEUF)。Shadizadeh[1]和Aki2ta[2]等分别用MEUF法去除废水中的Cu2+和Co2+;Gzara等[3]用阴离子表面活性剂去除Pb2+;Juang等[4]用十二烷基硫酸钠(SDS)去除水中的Cs+、Sr2+、Mn2+及Cu2+等,其中Cu2+截留率可达82.1%以上;许振良等[5]用胶束强化超滤处理含Cd2+、Pb2+废水,金属离子去除率高达99.0%。以上方法多采用截留相对分子质量小于10k的超滤膜,操作压力较高、渗透通量低、膜成本高,影响工业应用。笔者采用具有低操作压力、高渗透通量、膜成本低、表征截留相对分子质量为40k的超滤膜,研究了十二烷基苯磺酸钠(SDBS)及其胶束在含Ni2+水溶液中的超滤特性,对SDBS及Ni2+截留率和膜通量的影响因素进行了考察,并探索了工业应用前景。1实验1.1试剂与仪器氨水、柠檬酸三铵、碘、乙二胺四乙酸二钠、氯化铵、硫酸镍、SDBS均为分析纯;丁二酮肟(指示剂);去离子水。UV21100型紫外2可见光分光光度计,北京瑞利分析仪器公司;PHS225型pH计,上海精密科学仪器有限公司;DCA2315型表面张力仪,美国ThermoCahnInstruments。1.2超滤膜性能采用自制SYU05中空纤维超滤膜组件。主要参数见表1所示。表1SYU05中空纤维超滤膜数据膜直径D/mm外径1.3/内径0.8膜有效长度/m1.00纯水通量/(L·m-2·h-1)835.4平均膜面孔径(AFM法)/nm内皮层28.5;外皮层249胃蛋白酶截留率,%79.5卵蛋白截留率,%97.7表征截留分子量MWCO40000膜断面孔结构海绵状孔(见图1)图1膜断面孔结构扫描电镜图收稿日期:20050419;修改稿收到日期:20050825。作者简介:王晨(1980),在读硕士研究生,从事膜分离科学与技术研究,E2mail:godn@263.net。93第23卷第1期2006年1月精细石油化工SPECIALITYPETROCHEMICALS1.3测定方法SDBS含量用紫外分光光度法测定[6]。Ni2+含量采用GB11910—89丁二酮肟分光光度法测定。膜通量和截留率参照HY/T050—1999中空纤维超滤膜测试方法测试。膜通量计算公式:Ji=Qi/A式中:Ji为膜通量,L/m2·h;Qi是透过液流量,L/h;A是膜面积,m2。超滤膜对SDBS和Ni2+截留率R的计算公式:R=原料液浓度-透过液浓度原料液浓度×100%2结果与讨论2.1SDBS胶束的超滤特性2.1.1纯SDBS胶束的超滤特性采用表面张力法在25℃测定的SDBS临界胶束浓度(CMC)为1.145mmol/L,文献值为1.2mmol/L[5],二者基本相符。在25℃、未加Ni2+的条件下,对不同浓度SDBS进行超滤研究,结果见图2。图2SDBS截留率随浓度的变化从图2可见,当浓度较低时,SDBS主要以单分子形态分散于溶液中,但由于膜对SDBS的吸附,表现为膜对SDBS有一定的截留率;浓度略低于CMC时,SDBS在溶液中只有一些二聚体、三聚体等存在,超滤特性表现为较低的截留率;浓度达到或超过CMC时,截留率开始升高,说明尽管胶束的尺寸小于膜的孔径,但由于浓差极化作用,在膜表面附近形成比流体主体浓度高得多的浓差极化层。主体浓度越大,极化层内SDBS浓度越大,胶束内分子聚集数及胶束形状会发生变化[5],导致胶束直径增大,形成一定的SDBS截留率。2.1.2SDBS胶束在Ni2+水溶液中的超滤特性在25℃,分别在SDBS浓度低于、等于和高于CMC条件下,考察SDBS在Ni2+水溶液中的超滤特性,结果见图3。图3SBDS截留率随Ni2+浓度的变化由图3可见,SDBS浓度不同时,超滤膜对SDBS的截留