DNNSA反胶团萃取净化含镍电镀废水研究

DNNSA反胶团萃取净化含镍电镀废水研究摘要:研究了油水比、萃取剂浓度、萃取时间等对DNNSA反胶团萃取净化含镍电镀废水性能的影响,并采用图解法对逆流萃取理论级数进行了研究.结果表明:有机相煤油负载DNNSA反胶团萃取净化含镍电镀废水是可行的;提高油水比可以提高萃取效率;萃取时间为20min达到萃取平衡;萃取剂浓度由0.0057M升高到0.446M时,萃取效率提高了66.81%,即提高有机相中反胶团的数量有利于萃取反应的进行;DNNSA浓度为0.1M时,其萃取容量约为3.57g·L-1,多级逆流萃取理论级数为4级.关键词:反胶团;萃取;镍;二壬基萘磺酸中图分类号:O625.75文献标志码:A文章编号:1000-2367(2011)04-0105-03电镀是利用电化学的方法对金属和非金属制品的表面进行防护、装饰以获取新的性能的一种工艺工程,在工业各领域中被广泛应用[1-2].由于它分散在各工业部门中,缺乏统一的协调和规划,加之工艺落后,技术力量薄弱,装备得不到更新,因此电镀厂每年要排放大量的电镀废水,其中重金属离子是电镀废水中的重要污染物,如不加以治理,必将对环境造成严重的污染[3-4].其中镍在电镀行业中使用量较多[5],电镀含镍废水的处理方式主要有沉淀法、离子交换法、蒸发回收法、反渗透法、电渗析法等[6],这些方法存在药剂用量大、有二次污染、投资运行费用高、效率低等问题[7].二壬基萘磺酸(DNNSA)分子中有强的极性基和适当大的亲油基(烃基),具有较强的表面活性,离解常数远大于有机膦酸和羧酸;另一方面,DNNSA临界胶团浓度(CMC)为10-5数量级,具有很强的自聚合能力,DNNSA作为萃取剂时,通常以反胶团形式存在,属于反胶团萃取[8].而用DNNSA处理含镍电镀废水的研究还未见报端,因此,本文采用DNNSA萃取剂以溶剂萃取法系统研究了其对废水中镍离子的萃取性能,分别考察了萃取剂浓度、镍离子浓度、萃取时间、油水比等因素对萃取性能的影响,并采用图解法对逆流萃取理论级数进行了研究.1试验部分1.1实验仪器与材料GGX-6型赛曼火焰原子吸收分光光度计(北京海光仪器公司),THZ-C-1型台式冷冻恒温振荡器(江苏太仓市实验设备厂),ALC-210.4型电子天平(精度0.1mg)(北京赛多利斯仪器系统有限公司)等.二壬基萘磺酸(DNNSA)(50wt%),硫酸镍(分析纯),磺化煤油(市售)等.1.2镍离子的测定采用火焰原子吸收分光光度法测定溶液中镍离子的浓度[9],相关系数R2为0.9993.1.3实验方法将待用有机相和水相溶液置于台式冷冻恒温振荡器中恒温30min后,按一定比例移取一定体积的DNNSA煤油溶液(HD)和硫酸镍溶液于干燥洁净的锥形瓶中,将锥形瓶放入台式冷冻恒温振荡器中进行振荡,一定时间后取出锥形瓶,并将液体移入量筒中静置;待有机相和水相完全分层且体积不再变化时分别读取两相体积,取萃余水相用火焰原子吸收分光光度法分析萃余水相中的镍离子浓度,利用物料平衡求出负载有机相中的镍离子浓度.2结果与讨论2.1油水比对镍离子萃取的影响实验条件:转速为220r·min-1,CHD=0.1mol·L-1,C2+Ni=0.04mol·L-1,温度308K,萃取时间20min,静置时间35min,油水比VO/VA(为两相体积比)分别为1∶1、1∶3、1∶5、1∶7、1∶9,实验结果如图1.由图1可知,随着油水比的增大,萃取率逐渐升高,最后趋于平衡.说明适当增大油水比可以提高萃取效率,油水比从1∶9增加到1∶3时,萃取效率提高了49.12%,而油水比从1∶3提高1∶1时,萃取效率只提高了10%,渐趋于平缓,说明适量的萃取剂既有利于高效萃取水相中镍离子,也节省了试验耗材.因此后续实验的油水比均采用1∶3.2.2萃取时间对镍离子萃取的影响实验条件:转速为220r·min-1,CHD=0.1mol·L-1,C2+Ni=0.04mol·L-1,温度308K,静置时间35min,萃取时间分别为10min、20min、30min、40min、50min,实验结果如图2.如图2所示,萃取时间为20min时,萃取效率迅速上升为60%左右,而萃取时间由20min延长至50min时,萃取效率基本没有发生不变,说明DNNSA对镍离子的萃取达到萃取平衡,因此实验过程中萃取时间取20min为宜.2.3萃取剂浓度对镍离子萃取的影响实验条件:转速为220r·min-1,C2+Ni=0.04mol·L-1,温度308K,静置时间35min,萃取剂浓度CHD分别为0.0057mol·L-1、0.112mol·L-1、0.223mol·L-1、0.334mol·L-1、0.446mol·L-1,实验结果如图3.如图3所示,当水相中镍离子浓度一定,萃取剂浓度为0.0057mol·L-1、0.112mol·L-1、0.223mol·L-1、0.334mol·L-1、0.446mol·L-1时,DNNSA对镍离子的萃取效率分别为:15.18%、28.39%、61.96%、77.17%和81.99%.萃取效率随着萃取剂浓度的增大而逐步升高,即增大萃取剂浓度有利于废水中镍离子的萃取.其主要原因在于DNNSA临界胶团浓度(CMC)较低,为10-5数量级[10],在实验所用萃取剂浓度范围内,随着萃取剂浓度的增加,反胶团的数量随之增加,从而提高了反胶团与镍离子的反应机率,因此,萃取效效率随着DNNSA浓度的增大而明显增强.2.4镍的萃取容量固定水相镍离子浓度为0.04mol·L-1,用一份一定体积的有机相对水相进行连续萃取(在上一次萃取结束后加入新鲜的含镍溶液重复萃取操作),分析每次萃余液镍的浓度,直至排出的萃余液中镍离子的浓度与初始水相中镍离子浓度接近时为止,实验结果如表1.实验条件为转速220r·min-1,CHD=0.1mol·L-1,温度308K,静置时间35min,C2+Ni=0.04mol·L-1.从表1中可以看出,第5次萃取完成后,萃余相中的镍离子浓度与加进去的水相初始镍离子浓度较为接近,表明其萃取容量已接近饱和状态.即0.1mol·L-1的萃取剂达到萃取平衡时的容量为0.0572mol·L-1,大约为3.57g·L-1.2.5逆流萃取理论级数实验条件为转速220r·min-1,CHD=0.1mol·L-1,温度308K,静置时间35min,镍离子浓度C2+Ni分别为0.005mol·L-1、0.01mol·L-1、0.02mol·L-1、0.04mol·L-1、0.05mol·L-1.以萃余相中的镍离子浓度为横坐标,有机相中的镍离子浓度为纵坐标作图可得CHD=0.1mol·L-1时不同镍离子浓度下DNNSA反胶团萃取镍离子的萃取平衡等温分配曲线,结果如图4.根据镍离子在相互平衡的萃取相和萃余相中的分配关系,结合McCabe-Thiele图解法求得此操作条件下逆流萃取的理论级数,结果如图5所示,DNNSA对镍离子的逆流萃取理论级数为4级.3·结论(1)有机相煤油负载DNNSA反胶团萃取净化含镍电镀废水是可行的,萃取效率可达80%以上;(2)DNNSA反胶团萃取镍离子过程中,萃取效率随油水比的增大先增大,然后趋于平缓;在相应条件下,萃取时间为20min即可达到萃取平衡;同时增加萃取剂用量可提高有机相中的反胶团数量,提高萃取效率;萃取分配曲线系数随镍离子浓度的增加而减小;(3)DNNSA浓度为0.1mol·L-1时,其萃取容量约为3.57g·L-1,多级逆流萃取理论级数为4级.