中空纤维更新液膜及膜萃取传质性能的比较.pdfVIP

中空纤维更新液膜与膜萃取传质性能的比较 ∗ 张卫东，杜昌顺，李爱民，应讷江，于丽丽，张泽廷 （北京化工大学可控化学反应科学与技术基础教育部重点实验室，北京 100029） E-mail ：zhangwd@ 摘 要：本文研究了中空纤维更新液膜技术的传质性能，探讨了该技术优点及其影响因素。 研究结果表明，中空纤维更新液膜技术可以实现同级萃取—反萃，且总传质系数随料液相流 速的增大而增大，在实验条件下，总传质系数受反萃相流速的影响较小。相比于中空纤维膜 萃取过程，在相近操作流速下，传质系数增大 3-7倍。实验研究还探讨了萃取剂与料液相和 反萃相的混合方式对传质性能的影响，实验结果表明，由于相间分配系数的不同，总传质系 数受混合方式的影响较大。 关键词：中空纤维更新液膜 膜萃取 非平衡传质 1 前 言 液膜分离技术是本世纪60年代发展起来的[1]。但长期以来，由于乳化液膜存在制乳和破 乳的复杂性，支撑液膜存在着膜液流失和两相泄漏的问题，这两种最早出现的液膜技术都存 在着稳定性问题。30余年来，在推进液膜工业化的研究过程中，液膜构型得到了一系列的改 进，大量新型液膜构型不断涌现。包容液膜[2,3]、中空纤维封闭液膜[4,5]尽管改善了支撑液膜 的流失和泄漏问题，并避免了乳化液膜的制乳和破乳问题，但由于附加了一层相对较厚的溶 剂相和两层膜相，造成传质阻力的加大。2004年，北京化工大学张卫东等提出了中空纤维更 新液膜的分离技术，该技术利用中空纤维膜与溶剂相的亲合作用，使溶剂相在中空纤维膜一 侧的表层形成一层极薄的溶剂相液膜，从而起到分隔料液相与反萃相，并实现溶质在料液相 与反萃相之间的选择性迁移。它在保持液膜非平衡传质优点的同时，既克服了支撑液膜膜液 流失的缺点，又避免了乳化液膜工艺的复杂性。 本文对比了中空纤维更新液膜和膜萃取过程在相同膜器中的传质性能，并与讨论了中空 纤维更新液膜技术的影响因素。 2 实验与数据处理 本文采用疏水性中空纤维膜器。料液相与较少量的萃取相在料液储罐搅拌混合均匀后， 以蠕动泵打入膜器管程，在流动的过程中，萃取相微滴与管内相密切接触，并由于分散相的 趋壁效应和膜的浸润性影响，通过管内相流体流动所形成的剪切力，在膜的壁面上形成一层 电子邮件：zhangzt@ ； 资助项目：高等学校博士学科点专项科研资金(20020010004), 国家自然科学基金, 教育部科学技 术研究重点项目(重点 01025) -1- 极薄的有机相液膜。从管内流出的液体经简单的澄清分离后，重新使用。 本文选用 CuCl2—P204（磷酸二异辛酯）/煤油—盐酸为研究体系，以 P204/煤油混合溶 剂（体积比为 1:9）为萃取剂萃取料液中的 Cu2+，以盐酸（6mol/L）为反萃剂，在改性聚丙 烯腈中空纤维膜器中进行连续逆流接触实验。同时，选用 CuCl2—P204/煤油体系和 P204/煤 油—盐酸体系，在相同膜器中进行连续逆流膜萃取实验。实验过程中调节管、壳程压差，以 防止相间渗漏。实验中 Cu2+浓度通过间接碘法测得。实验流程参见图 1。 表 1 列出了膜器的有关结构参数。表 2 则列出了实验体系有关物性参数。实验中测定了 实验体系的萃取相平衡关系。在本实验涉及的浓度范围内（Cu2+浓度在 2000~2500ppm 之间）， 体系的相平衡关系基本上呈线性，其值列于表 2。 中空纤维更新液膜实验：1.中空纤维膜器 2.蠕动泵 3.磁力搅拌器 4.料液相与萃取相混合物 5.反萃富集 液储罐 6.萃残液储罐 7.柱塞计量泵 8.反萃相储罐（膜萃取实验中无 3，4 代表料液相，5 代表萃取富集 液储罐，8代表萃取相储罐，其他序号意义同中空纤维更新液膜实验） 图 1