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《上海交通大学》 2008年
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基于非离子型表面活性剂的新型浊点萃取的研究

姚炳佳  
【摘要】: 随着环保意识的增加,有关以多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)为代表的水中低浓度污染物的分离与预浓缩研究逐渐成为人们关心的热点。但传统的分离方法面对这些通常以ppm,甚至ppb级浓度出现的痕量(trace-level)危险物质时,分离性能往往较低,且具有较高的能耗和处理成本。浊点萃取(Cloud Point Extraction,CPE)作为一种近年来新兴的分离方法具有低成本、高效率、绿色环保的特点,且已被证明对多种痕量物质具有高效的分离性能,因此应用于水处理将成为其进一步发展的重要方向。然而,在将它由实验室试管级操作放大成为一种面向较大体积的水处理方法后,却表现出十分低的分离性能。 本文针对传统CPE中因使用性能不佳的传统非离子型表面活性剂所带来的巨大的表面活性剂富集相水含量、基于处理能力十分有限的离心操作的相分离过程和效率低下的反萃取过程等关键工艺环节中存在的瓶颈,进行了较为深入的研究。通过开发新工艺而实现了CPE在连续水处理中的高效率应用,并扩大了其可分离物质范围。首先分析了表面活性剂结构与水含量的影响后,对CPE中所使用的表面活性剂进行了重新选择。通过使用具有柔性主链结构的聚醚型有机硅表面活性剂作为萃取介质,形成了更疏水、结构更紧密的胶束结构,获得了较传统非离子型表面活性剂明显更低的表面活性剂富集相水含量和体积。同时,该表面活性剂对较宽浓度范围内的PAHs可获得近100%的萃取率,且基于其更低的表面活性剂富集相体积,对应的表面活性剂富集相中PAHs浓度可高达700 mg/L至800 mg/L,而获得了迄今文献报道最高的PAHs浓缩因子(30-40)和较高的分配系数(2.5-2.9 (Log(Kd)))。 而后,通过向CPE过程分别引入超声波作用和搅拌操作来代替传统的处理能力有限的离心操作,开发了两种可适用于大体积水处理和连续操作的新型CPE工艺:超声波辅助浊点萃取(Us-CPE)和搅拌辅助浊点萃取(S-CPE)。结合选择适合的表面活性剂,两种新型CPE过程与传统的离心操作相比,在同等表面活性剂浓度下,均可获得更低的表面活性剂富集相水含量、速度相当或更快的相分离过程,同时在PAHs模拟废水处理中可获得更高的分配系数。而后,使用恒流泵和特制的萃取塔,成功对两种新型CPE技术进行了中试规模试验,并应用于低浓度PAHs废水的连续处理中。两连续过程均可在较短的时间内达到稳定状态,并在大多数实际PAHs废水的浓度范围内(20 mg/L),均可获得与间歇操作相当、甚至更佳的萃取性能,且萃取性能随着萃取塔容积的增加而上升。 同时,基于反胶束技术开发了适用于连续CPE处理过程的新型CPE反萃取工艺。与传统的基于液液萃取的反萃取技术相比,避免了高能耗辅助工艺(如超声波、微波)的使用,同时可为表面活性剂和被萃取物均提供了近100%的回收率。 最后,通过将浊点萃取技术和络合萃取相结合,成功将CPE技术拓展至以醋酸为代表的亲水性有机酸的分离中。新工艺使用胶束溶液代替传统络合萃取中的有机稀释剂,以增容络合剂与醋酸形成的络合物,而后结合CPE的相分离过程以获得醋酸从水中的分离。此工艺对0.1 M醋酸溶液可获得71.4%的萃取率和1.4的分配系数,这已接近传统的工艺水平,同时具有更低的处理成本且对环境更为友好,因而有望作为一种新型高效的低浓度醋酸废水处理工艺得到应用。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TQ423

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