乳状液膜法分离水中铅的研究

Pb²⁺+4OH-=PbO^2-2+2H₂O,

从而使得内相中的Pb²⁺浓度几乎为零,即保持Pb²⁺在液膜内、外相两侧有最大的浓度梯度,促使Pb²⁺的迁移。这样就实现了Pb²⁺与外相溶液的分离。溶液中50mg/L的铅经处理后可降至1mg/L以下。本方法操作简单、快速。对于推广至大规模工业废水的治理具有实际意义。

1实验部分

1.1　仪器与试剂

光学读数分析天平(湘仪天平仪器厂),pHS-3C型精密酸度计(上海雷磁仪器厂),D40-1型电动搅拌器(杭州仪表电机厂),78-1型磁力加热搅拌器(江苏金坛新一佳仪器厂),721型分光光度计(上海第三分析仪器厂)。

铅标准溶液(1.00mg/mL):准确称取0.3996g硝酸铅,用水溶解后,加入1mL浓硝酸酸化,转移至250mL容量瓶中定容。

span80,NaOH(0.1mol/L),液体石蜡,煤油,HCl(1mol/L),氨性缓冲溶液(pH=10),PAR-乙醇溶液(0.05%)。

1.2　实验方法

1.2.1　制乳

按一定比例移取span80、液体石蜡、煤油到制乳器中并低速搅拌混匀,然后加一定量的内相反萃剂NaOH,高速(5000r/min)搅拌25min,得到乳状液。

1.2.2　分离

移取1mL50.0mg/L的铅标准液于烧杯中,然后加入一定量1mol/L的HCl溶液,在低速搅拌的条件下加入10mL乳液并继续搅拌数分钟,静置分层。

1.2.3　测定

取5mL下层溶液(外相溶液)于比色管中,用1mol/L的NaOH调节至中性,再加入5mL氨性缓冲溶液,2mLPAR显色剂,用水稀释至25.0mL。以试剂空白为参比,在520nm波长处测定吸光度。计算除铅率(R%):

 C₁:Pb²⁺在外相的初始浓度(mg/L);　C₂:Pb²⁺在外相的最终浓度(mg/L)。

2结果与讨论

2.1　制乳时间的影响

制乳时间增加有利于加强液膜的稳定性,从而提高除铅率。但制乳时间太长则液膜厚度过大,不利于铅离子的传质运输,使得传质效率减少,除铅率下降。如图1所示。选制乳时间为25min。

2.2　混合时间的影响

乳液与外相溶液混合时的搅拌时间越长,膜与内、外相溶液接触时间也越长,即铅与液膜的接触就越充分,除铅率越高。但搅拌时间过长反而会导致除铅率下降,这是因为接触时间太长使膜中的表面活性剂span80在内相的碱性或外相的酸性条件下水解,膜的不稳定性增加即一部分膜破裂,则除铅率下降。见图2。选混合搅拌时间为15min左右。

2.3　Span80和液体石蜡浓度的影响

表面活性剂分子中含有亲水基团和疏水基团,可定向排列,能显著改变液体表面或两相间界面张力,是制造液膜固定油水分界面的最重要组分,直接影响膜的稳定性和分离效率。试验了不同浓度的span80对除铅率的影响。增大span80的浓度,使液膜表面张力和厚度增加,液膜的稳定性增强,除铅率提高,但span80浓度过大则使传质阻力增加,除铅率反而降低。液体石蜡作为膜的添加剂,其主要作用是增加液膜的强度和稳定性。但若浓度太高使粘度过大,也会使除铅率下降。由图3可知,当span80和石蜡的浓度(体积分数)分别为10%和8%左右时,除铅率较高。

2.4　水乳比和油内比的影响

水乳比是外相溶液体积与乳液体积之比。油内比是液膜的膜相与内相溶液体积之比。它们都会影响除铅率。特别是油内比能影响液膜的稳定性和传质效率。试验得出水乳比和油内比的最佳值分别为2.0和1.5,见图4。

2.5　外相HCl浓度的影响

外相HCl浓度的影响外相中的盐酸可决定Pb²⁺迁移时存在的状态,防止水解,使Pb²⁺具有最大的浓度梯度,这样才能保证Pb²⁺迁移至内相。从图5可见,当盐酸的浓度增加时,除铅率也随之提高,但当盐酸浓度继续增加时,除铅率反而下降,这是因为盐酸浓度过高时,使部分膜出现溶胀甚至破裂。因此选择外相溶液中的盐酸浓度为1.0mol/L。

参考文献

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