外电场耦合液膜对镉(Ⅱ)的去除研究

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镉为稀缺性重金属,在工业生产中被大量用于制造镍镉电池、颜料、涂料,以及金属的电镀过程。但Cd(II)对人体和动植物危害较大。传统的含Cd(II)废水处理方法存在化学试剂需求量大、二次污染等不可忽视的资源和环境问题。基于液液萃取发展起来的聚合物包容液膜(Polymer inclusion membrane,PIM)分离技术,萃取与反萃同步,选择性高,且节能、环保。与PIM相比,外电场耦合液膜萃取技术(Electromembrane extraction,EME)能显著提高目标物质的传质速率,在含Cd(II)废水治理中有良好的应用前景。本文探讨了外电场耦合液膜萃取技术对含Cd(II)废水的传质研究。主要进行以下研究内容:(1)制备了以二(2-乙基己基)磷酸酯(Di(2-ethylhexyl)phosphate,D2EHPA)为载体,聚氯乙烯(PVC)为基体的聚合物包容液膜(PD-PIM),首次考察了外电场耦合PD-PIM对Cd(II)的传质行为。结果表明:电压是影响Cd(II)传质速率的重要因素。外电场电压降低了PD-PIM对Cd(II)的传质活化能。Cd(II)的传质行为符合质子逆向耦合传输机制。传质可以在料液相p H=3~8和稀酸解析相下进行。在四个周期的循环传质中,因膜相发生部分泄漏,PD-PIM对Cd(II)的传质渗透系数逐渐降低。(2)在PD-PIM中分别加入邻苯二甲酸二辛酯(Dioctyl phthalate,DOP)、二硝基苯基辛基醚(Dinitrophenyloctyl ether,NPOE)、煤油,制备了三种增稳改性的PIM:PDD-PIM、PDN-PIM、PDK-PIM,研究了在0~80V的电压驱动下PDD-PIM、PDN-PIM、PDK-PIM对溶液中Cd(Ⅱ)的传输行为。研究结果表明:添加DOP、NPOE的PDD-PIM和PDN-PIM表面呈现出纤维状结构,且稳定性增大。但添加煤油的PDK-PIM增稳效果最为显著。PDK-PIM对背景基质有较好的抗干扰性,在60V电压下稳定运行120h后,1L料液中的Cd(II)由15mg·L-1降为0.08mg·L-1,解析相中Cd(II)的富集倍数达到9.79。电压有效提高了PDK-PIM对Cr(VI)和Cd(Ⅱ)的传质选择性,但降低了Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)相对于Cd(Ⅱ)的选择性。(3)制备了以三辛基甲基氯化铵(Trioctyl methyl ammonium chloride,Aliquat336)为载体,十二酸(Lauricacid,Lau)和D2EHPA为添加剂,聚氯乙烯(PVC)为基体的两种聚合物包容液膜(PAL-PIM、PAE-PIM)。考察了外电场耦合PAL-PIM和PAE-PIM对Cd(Ⅱ)的萃取行为。研究结果表明:D2EHPA和Lau与Aliquat 336间存在酸碱相互作用,有效促进了Aliquat 336对Cd(Ⅱ)的解离。因此,外电场耦合PAL-PIM、PAE-PIM对Cd(Ⅱ)的传质效率显著提升,且运行稳定性得到改善。其中,PAE-PIM的效果更佳。PAE-PIM中的Aliquat 336与盐酸介质中的Cd Cl3-进行离子交换实现了Cd(II)的选择性萃取。Na OH和EDTA-2Na分别通过与载体—Cd Cln2-n络合物进行离子交换和络合配位来完成Cd(II)的解析。膜组成为P5A3E2(w/w/w)的PAE-PIM,在电压为15V时,4次循环传输后对Cd(II)的传质渗透系数仅下降了7.71%。稳定运行130h后,1L料液中的Cd(II)由15mg·L-1降为0.09mg·L-1,解析相中Cd(II)的富集倍数达9.24。外电场耦合下PAE-PIM对Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)和Cd(II)有较好的选择性,但对Cr(VI)和Cd(Ⅱ)的选择性较差。
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