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        膜萃取技术在含铀工业废水处理中的应用 广元废水处理公司

        文章出处:未知发表时间:2022-01-15 13:14:15


         

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          近年来,随着核工业的迅猛开展,铀矿资源的开采力度逐年增加,所产生的放射性废水、废气和废渣也大量增加。依据核工业近30年的辐射环境质量评价,铀矿山放射性液态流出物年均排放量大约为1.5×1011Bq。在我国铀尾矿渗滤液中,铀的质量浓度通常0.4~23mg/L,废石渗滤液中,铀的质量浓度通常0.03~5mg/L,矿坑水中铀的质量浓度为0.01~11mg/L。徐乐昌等对我国南方某铀尾矿库的渗滤液实施了长达1a的监测,监测结果显现,渗滤液中铀的均匀质量浓度高达12.2mg/L,而我国《污水综合排放规范》规则废水中铀的限值为0.05mg/L,假如长期饮用含铀水,铀便会在人体内富集,进而对人体形成伤害。同时,从工业废水中浓缩、提取铀作为核燃料也具有很大的经济效益。

         

          含铀废水,特别是低浓度含铀废水,主要来源于铀矿开采过程,以及核电站、实验室和工厂等含铀废水的排放。铀在废水中的存在形态根本相似,主要以U(Ⅳ)U(Ⅵ)的金属化合物和氧化物共存。U(Ⅳ)可与无机碳构成比拟稳定的络合物,进而构成沉淀得以去除,而U(Ⅵ)通常以UO22+的方式存在,溶解性较好,较难去除。去除废水中的铀主要是指U(Ⅵ)及其化合物。

         

          目前,常见的别离、富集环境中铀的办法有:混凝沉淀法、蒸发浓缩法、离子交流法、吸附法、膜萃取法等。其中膜萃取法是一种新型别离工艺,由于其具有共同优势逐步成为萃取范畴的研讨热点。膜萃取又称为固定膜界面萃取或膜基溶剂萃取,是膜别离与液-液萃取这2种处置工艺相分离的新型别离技术。膜萃取过程作为一种新型别离技术,与传统别离技术相比具有其共同的优势:膜萃取传质过程发作在微孔膜外表或孔道中,能够减少萃取剂在料液相中的夹带损失,降低萃取剂物性请求,拓宽萃取剂选择范围,萃取过程防止了野返混冶现象的影响,打破了液泛条件的限制,可采用极高的水油比,特别关于低浓度含铀工业废水处理等。

         

          本研讨主要经过引见乳状液膜、中空纤维膜和聚合物容纳膜在含铀废水中的萃取工艺和相关机理的研讨现状,总结了膜萃取技术的优点和存在的问题,为进一步开展膜萃取在含铀废水中的应用提供重要根据,相关结果也能够为其他膜萃取过程提供参考。

         

          一、乳状液膜法

         

          20世纪60年代初期,C.E.Rogers研讨反浸透脱盐时发现了具有别离选择性的人造膜。他将mg/L级别的聚乙甲醚参加盐水中,结果在醋酸纤维膜和盐溶液的界面上构成了一张液膜,固然盐的浸透量降落,但选择透过性却显著增加。后由美国科学家黎念之于20世纪60年代初次提出乳状液膜技术,在过去的50多年中,乳状液膜法不断是膜萃取范畴的研讨热点,乳状液膜体系见图1

         

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          乳状液膜技术具有工艺简单、传质速率高、经济及节能等特性,特别在低浓度溶液处置方面得到普遍研讨。陈伟等对乳状液膜技术别离、回收金属离子实施了综述,简单引见了含铀废水处置的常用办法,并经过比拟阐明了乳状液膜处置含铀废水的优点和应用前景。P.S.Kulkarni等研讨了运用乳状液膜法从稀水溶液中萃取铀的办法,分别将TOPOSpan80和碳酸钠分别用作载体、外表活性剂和反萃剂,萃取后有机相中铀的浓度是水相的6倍。夏良树等运用乳状液膜技术回收处置含铀溶液,讨论了最佳的萃取条件,结果标明,当P204和液体石蜡的体积分数分别为10%5%、内水相盐酸浓度为4mol/L、水乳比为5时,铀的萃取率可到达99%以上。还从热力学角度对回收富集铀的膜传输过程实施了剖析(△G<0),阐明外水相中的铀可自发向内水相迁移。P.S.Kulkarni应用三磷酸三辛酯和以碳酸钠为根底的液体膜从酸性废水中回收铀,酸性废水中包含600mg/LU(Ⅵ)360mg/LFe(Ⅲ)325mg/LCa(Ⅱ)390mg/LMg(Ⅱ),结果标明,在恰当条件下铀的提取率高于70%,最终萃余液中含有U(Ⅵ)的质量浓度低于50mg/L,且对其他金属离子简直没有任何影响,标明乳状液膜技术具有高度的选择性。李民权等应用TBP要加氢煤油和外表活性剂与0.001mol/L硝酸在激烈搅拌下制成油包水型乳状液膜,用于废水中铀的萃取,萃取率为95%~96%,连续处置10L废水仍未见性能发作明显变化,由此可知乳状液膜具有较高的稳定性。

         

          孙志娟等对液膜别离机理实施了归结,主要可分为:(1)液膜的选择透过性,(2)在液膜外表/体内发作的化学反响,(3)液膜包裹内发作的化学反响,(4)膜内相实施的萃取作用,(5)膜相界面的选择性吸附。膜的选择透过性和传质速率是决议膜别离过程的2个根本要素:选择透过性主要由膜资料所控制,传质速率由多种要素共同决议,包括内水相的选择、外水相被萃物的浓度、外水相pH和活动载体浓度水乳比等。液膜别离铀的传质过程见图2

         

        图片9 

          目前液膜萃取过程中主要存在制乳、破乳工艺复杂、液膜不稳定等问题,限制了其大范围的工业应用,未来在载体挑选、液膜体系构成和膜制备过程等方面仍需求愈加深化的研讨。

         

          二、中空纤维膜法

         

          中空纤维膜是由含载体的有机相附着在多孔惰性聚合物上构成的人工薄膜。中空纤维膜呈现自支撑构造,不需求其他物质提供机械强度,而且具有构造简单、组件体积小及单位体积内膜面积较大等优点,制备工艺简单,重现性较好,因而容易完成工业应用。这种薄膜置于料液相和反萃取相之间,构成萃取与反萃取同时实施的新型别离技术。从1986年开端,戴猷元等便开端选用具有工业背景的体系对中空纤维膜萃取过程实施了研讨,实验采用槽式膜萃取器和中空纤维膜器研讨了几种疏水性膜在萃取中应用的性能。

         

          与传统的萃取过程相比,膜萃取增加了传质阻力,使总传质系数减小。X.B.Sun等运用中空纤维膜实施了二(2-乙基己基)磷酸(HDEHP)溶剂萃取U(Ⅵ)的动力学实验,调查了水相中的U(Ⅵ)和氢离子浓度、有机相中的HDEHP浓度、水相和有机相的流速和温度对U(Ⅵ)萃取率的影响,结果标明,膜两侧扩散速率是U(Ⅵ)萃取率的最主要影响要素。D.W.Kou等运用中空纤维膜实施同时萃取、反萃取实验,研讨了分配系数、溶剂极性和溶剂/水流速对富集系数和萃取效率的影响,结果标明,萃取过程中溶剂损失对富集系数和萃取效率有显著影响。A.W.Lothongkum等应用协同萃取剂实施连续萃取,经过支持液膜系统从独居石加工副产物磷酸三钠中别离铀。实验研讨了以D2EHPACyanex923TBPTOAAliquat336为萃取剂对铀的萃取效果,结果标明,运用Aliquat336TBP协同萃取的效率明显高于单一萃取剂。在中空纤维膜萃取中,料液相与有机相萃取相不直接混合,无乳化现象发作,萃取剂的选择范围大。

         

          X.Sun等运用中空纤维膜法以二(2-乙基己基)磷酸(HDEHP)要煤油为萃取体系处置含铀(Ⅵ)废水,结果标明,萃取效率随着萃取时间的增加而提升,当萃取时间为30min时,萃取率可到达87%以上,并说明了在中空纤维膜萃取过程中的各影响要素对萃取效率的影响。赵军等运用絮凝沉淀与中空纤维膜组合工艺(CMF)处置含铀、镅和钚的低浓度废水,结果标明,CMF工艺对含贫化铀废水的铀回收率到达99%以上。

         

          中空纤维膜法在金属离子萃取、有机物萃取和医疗范畴等均取得较好的应用,但中空纤维膜萃取过程仍有一些缺陷,比方由于引入了膜,增加了传质阻力,并且膜的寿命有限,容易形成污染,增加工艺本钱等。目前,针对不同的用处开发出相顺应的新型膜资料是中空纤维膜法的开展方向之一。随着中空纤维别离膜技术的持续成熟,各项应用局限逐步被处理,中空纤维膜法也将成为重要的别离工艺。

         

          三、聚合物容纳膜法

         

          从液膜开展而来的聚合物容纳膜(PIMs)最初是作为离子选择性电极和光电探测器中的传感元件,但由于其优良的别离特性逐步惹起了广阔科研人员的研讨兴味。聚合物容纳膜是一种由萃取剂和根底聚合物构成的固体膜,根底聚合物为容纳膜提供了具有一定机械强度的骨架,并且能够依据特定应用选择适宜的萃取剂、修饰剂和增塑剂等

         

          聚合物容纳膜的制备过程十分烦琐,通常是将一切膜组分溶解于少量具有挥发性的溶剂中,依据应用请求将溶液浇筑在特定外表上来制备聚合物容纳膜。由于制备过程中不触及有毒和挥发性有机溶剂,并且所需萃取剂的量比拟少,因而聚合物容纳膜被以为是环境友好型工艺。M.I.G.S.Almeida等经过实验对聚合物容纳膜和乳状液膜实施了比照,结果发现,聚合物容纳膜具有更好的稳定性能,并且可反复运用30次以上,而根本性能不会发作较大改动。A.M.StJohn等运用含2-乙基己基磷酸盐的聚合物容纳膜从硫酸盐溶液中萃取铀,实验比拟了Alamine336Cyanex272Aliquat336D2EHPATBP等的萃取性能,结果标明,质量分数为40%D2EHPA和质量分数为60%的聚氯乙烯的组合能够完成最大铀离子萃取效率,到达4.85×10-7mol/(m2?s),阐明聚合物容纳膜具有很高的萃取效率。

         

          聚合物容纳膜的另一项优势是在膜的两侧同时实施萃取反萃取,并能够选择适宜的萃取剂以完成看待萃物质的选择性萃取。A.M.StJohn等将以D2EHPA为根底的聚合物容纳膜作为研讨对象,对含铀废水实施了萃取研讨,结果标明,随着D2EHPA浓度的提升,膜的传质速率显著提升,随着聚氯乙烯浓度的增加,膜的耐久性也随之增加。实验还发现水相中阴离子(硫酸根、氯离子等)的存在会显著降低D2EHPAU(Ⅵ)的萃取效率,同时,聚合物容纳膜在其他金属粒子也Fe(Ⅱ)Fe(Ⅲ)Cu(Ⅱ)等共同存在的状况下,对铀也有良好的别离选择性。A.M.StJohn等经过树立从硫酸溶液中提取铀(Ⅵ)的模型,提出了一种无量纲的初始通量,其与溶液体积、膜外表积和溶质初始浓度无关,此结论也适用于其他膜别离系统,如含有支撑液体膜的膜别离系统。

         

          由于聚合物容纳膜能够灵敏改动组成成分,该膜具有普遍的应用范畴和开展前景。但由于膜制备工艺不完善,且由于水质的不同,需求的膜特性也不尽相同,聚合物容纳膜在水处置方面未完成大范围的工业应用。将来聚合物容纳膜的一个重要开展方向就是研制出萃取性能更好、稳定性更强、也愈加灵敏的聚合物容纳膜。

         

          四、膜萃取处置含铀废水的开展方向与瞻望

         

          目前,膜萃取处置含铀废水的研讨工作主要盘绕2个方面实施

         

          (1)膜资料的开发及膜资料的浸润性能和膜孔溶胀问题对传质速率的影响。关于工业含铀废水,膜资料的稳定性、浸润性等是完成膜萃取法处置工业含铀废水的必要前提,探求出愈加优秀的膜资料能够使铀的萃取效率有很大幅度的提升

         

          (2)膜构造的特征及其对传质效率的影响。膜外表的亲/疏水性、膜孔径、弯曲率等对含铀废水处置均有很大影响。依据萃取含铀废水的溶液性质、萃取剂特性,选择适宜的膜组件方式,并引入多种传质强化手腕提升传质效率和别离效率。

         

          随着高稳定性、耐溶胀膜资料的呈现,分离萃取过程强化手腕,膜的稳定性和萃取过程传质速率都将会得到有效提升,运用膜萃取来别离低含铀量废水技术将逐步成熟并最终完成产业化应用。

         


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