液膜分离法脱除废水中的污染物一、实验目的(1)掌握液膜分离技术的操作过程。(2)了解两种不同的液膜传质机理。(3)用液膜分离技术脱除废水中的污染物。二、实验原理液膜分离技术是近三十年来开发的技术，集萃取与反萃取于一个过程中，可以分离浓度比较低的液相体系。此技术已在湿法冶金提取稀土金属、石油化工、生物制品，三废处理等领域得到应用。液膜分离是将第三种液体展成膜状以分隔另外两相液体，由于液膜的选择性透过，故第一种液体(料液)中的某些成分透过液膜进入第二种液体(接受相)，然后将三相各自分开，实现料液中组分的分离。所谓液膜，即是分隔两液相的第三种液体，它与其余被分隔的两种液体必须完全不互溶或溶解度很小。因此，根据被处理料液为水溶性或油溶性可分别选择油或水溶液作为液膜。根据液膜的形状，可分为乳状液膜和支撑型液膜。本实验采用乳状液膜法分离模拟水污染物－醋酸水溶液中的醋酸。由于处理的是醋酸废水溶液体系，所以可选用与之不互溶的油性液膜，并选用NaOH水溶液作为接受相。先将液膜相与接受相(也称内相)在一定条件下乳化，使之成为稳定的油包水(W/O)型乳状液，然后将此乳状液分散于含醋酸的水溶液中(此处称作为外相)。外相中醋酸以一定的方式透过液膜向内相迁移，并与内相NaOH反应生成NaAc而被保留在内相，然后乳液与外相分离，经过破乳，得到内相中高浓度的NaAc，而液膜则可以重复使用。为了制备稳定的乳状液膜，需要在膜中加入乳化剂。乳化剂的选择可以根据亲水亲油平衡值(HLB)来决定。一般对于W/O型乳状液，选择HLB值为3－6的乳化剂。有时，为了提高液膜强度，也可在膜相中加入一些膜增强剂(一般粘度较高的液体)。溶质透过液膜的迁移过程，可以根据膜相中是否加入流动载体而分为促进迁移Ⅰ型或促进迁移Ⅱ型传质。促进迁移I型传质，是利用液膜本身对溶质有一定的溶解度，选择性地传递溶质(见图11-1)。促进迁移Ⅱ型传质，是在液膜中加入一定的流动载体(通常为溶质的萃取剂)，选择性地与溶质在界面处形成络合物；然后此络合物在浓度梯度的作用下向内相扩散，至内相界面处被内相试剂解络(反萃)，解离出溶质载体，溶质进入内相而载体则扩散至外相界面处再与溶质络合。这种形式更大地提高了液膜的选择性及应用范围(见图11-2)。图11-1促进迁移I型传质示意图图11-2促进迁移Ⅱ型传质示意图综合上述两种传质机理，可以看出，液膜传质过程实际上相当于萃取与反萃取两步过程同时进行：液膜将料液中的溶质萃入膜相，然后扩散至内相界面处，被内相试剂反萃至内相(接受相)。因此，萃取过程中的一些操作条件(如相比等)在此也同样影响液膜传质速率。三、预习与思考(1)液膜分离与液液萃取有什么异同?(2)液膜传质机理有哪几种形式?主要区别在何处?(3)促进迁移Ⅱ型传质较促进迁移I型传质有哪些优势?(4)液膜分离中乳化剂的作用是什么?其选择依据是什么?(5)液膜分离操作主要有那几步?各步的作用是什么?(6)如何提高乳状液膜的稳定性?(7)如何提高乳状液膜传质的分离效果?四、实验装置及流程实验装置主要包括：可控硅直流调速搅拌器二套；标准搅拌釜两只，小的为制乳时用，大的进行传质实验；砂芯漏斗两只，用于液膜的破乳。液膜分离的工艺流程如图11-3所示：图11-3乳状液膜分离过程示意图五、实验步骤及方法(1)实验步骤本实验采用乳状液膜法脱除醋酸水溶液中的醋酸。本实验使用两种乳状液膜，液膜组成分别为：液膜1#：煤油85％左右，乳化剂5％左右，增强剂10％左右。（参考用量：煤油32克，司班80（SP-80）1.6克，液体石蜡3克）液膜2#：煤油85％左右，乳化剂3％左右，增强剂8％左右，载体3%左右。（参考用量：煤油32克，司班80（SP-80）1.6克，液体石蜡3克，磷酸三丁酯(TBP)1.6克）内相为1M的NaOH水溶液，外相为0.1M的HAc水溶液。具体步骤如下：制备乳状液膜：在制乳搅拌釜中按比例加入液膜1#各组分，然后在1600r/min的转速下滴加内相1MNaOH水溶液40mL(约1分钟加完)。在此转速下搅拌20分钟左右，待成稳定乳状液后停止搅拌，待用，此乳状液即为乳状液膜1#。‚传质分离：采用乳水比(乳液体积/料液体积)为1:6.25（即40mL液膜处理250mL0.lM醋酸水溶液）。在传质釜中加入待处理的0.1M的HAc水溶液250mL，在约400r/min的搅拌速度下加入上述乳液膜40mL，进行传质分离实验。在一定时间下取少量料液进行分析，测定外相HAc浓度随时间的变化(取样时间为2、5、8、12、16、20、25分钟)，并作出外相HAc浓度与时间的关系曲线。待外相中所有HAc均进入内相后，停止搅拌。放出釜中液体，洗净待用。ƒ用液