泡沫分离法处理胶团强化超滤渗透液的机理与应用研究

论文摘要

本论文针对泡沫分离法处理胶团强化超滤渗透液的机理及应用基础进行研究。采用十二烷基硫酸钠（SDS）为表面活性剂,系统地研究了泡沫分离过程主要参数的影响规律,优化了分离过程条件,考察了混合金属离子泡沫分离的选择性,研究了组合工艺对分离效果的影响,并通过考察SDS表面化学性质及泡沫性能,气泡尺寸分布,泡沫分离动力学过程,分析了泡沫分离过程的作用机制。首先综述重金属污染现状及危害,介绍胶团强化超滤和泡沫分离技术在环境保护中的应用前景及存在问题,提出研究目的和内容;其次进行了SDS表面化学性质、胶团特性及泡沫性能的研究。25℃时纯水中SDS临界胶团浓度为7.8×10-3mol/L。SDS表面吸附分子横截面积为0.46nm2,表面活性剂分子呈单分子层垂直排列。用Langmuir经验吸附方程回归分析得到饱和吸附量Γm为3.6×10-10mol/cm2。温度、重金属离子浓度、pH值、电解质、乙醇对SDS的CMC有明显影响。SDS胶团化过程为自发进行的熵驱动过程。SDS浓度,pH值,温度,电解质,乙醇,重金属离子浓度对泡沫性能影响显著,振荡和通气两种方法评价SDS泡沫性能的变化规律基本一致;接着考察了在不同空气流量、SDS浓度,离子强度条件下泡沫分离设备的气泡特性,通过图像识别软件IPP6.0研究气泡大小及分布,气泡大小最直接的影响因素是分离装置孔径的大小,泡沫分离过程中操作参数对气泡直径也有影响。在实验条件下产生的气泡平均直径均在2mm以下;采用泡沫分离技术处理胶团强化超滤渗透液,取得良好的效果,处理后金属Cd2+离子浓度小于0.1mg/L,出水水质达到国家污水综合排放标准。泡沫分离Cd2+动力学研究符合一级动力学方程,空气流量、温度、pH值、表面活性剂SDS浓度对分离速率常数k有明显的影响;对混合金属离子废水进行泡沫分离,研究发现表面活性剂SDS对三种金属离子有一定的选择性;最后对胶团强化超滤与泡沫分离组合工艺进行研究,组合工艺明显降低表面活性剂SDS用量,相比于单一MEUF,工艺联用后,大大降低了出水中SDS浓度,提高重金属离子分离效率。本论文采用图像分析法考察了气泡尺寸分布,研究了泡沫分离过程的动力学及混合金属离子的选择性,初步探讨了泡沫分离过程的机理。同时对泡沫分离过程参数控制、工艺优化等问题进行研究。结果表明,运用泡沫分离技术处理胶团强化超滤渗透液,处理后金属Cd2+可以达标排放;将MEUF-FF联用能明显降低SDS用量,降低SDS出水浓度,提高重金属离子分离效率。组合工艺能使各种处理技术综合应用,扬长避短,为重金属废水净化提供广阔的发展前景和应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 重金属污染及其治理技术现状
• 1.1.1 水体重金属污染现状调查
• 1.1.2 水体重金属污染的危害
• 1.1.3 含重金属废水治理技术
• 1.2 胶团强化超滤
• 1.2.1 基本原理
• 1.2.2 表面活性剂及其在MEUF 中的应用
• 1.2.3 临界胶团浓度
• 1.2.4 MEUF 的对金属离子的分离
• 1.2.5 MEUF 的过程控制
• 1.2.6 渗透液中表面活性剂的回收和回用
• 1.2.7 胶团强化超滤法的应用前景及存在问题
• 1.3 泡沫分离
• 1.3.1 基本原理
• 1.3.2 泡沫分离法的分类
• 1.3.3 泡沫分离法的工艺流程
• 1.3.4 表面活性剂及其在泡沫分离中的应用
• 1.3.5 泡沫分离法的过程控制
• 1.3.6 泡沫分离法应用
• 1.3.7 泡沫分离法的前景及研究趋势
• 1.4 选题目的及意义、研究内容及思路、论文结构
• 1.4.1 选题目的及意义
• 1.4.2 研究内容及思路
• 1.4.3 论文结构
• 第2章 十二烷基硫酸钠表面化学性质及泡沫性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 基本原理
• 2.2.1 表面化学性质
• 2.2.2 泡沫性能
• 2.3 实验部分
• 2.3.1 阴离子表面活性剂SDS 简介
• 2.3.2 实验材料和仪器
• 2.3.3 实验方法
• 2.4 结果分析与讨论
• 2.4.1 SDS 表面化学性质
• 2.4.2 SDS 胶团特性
• 2.4.3 SDS 泡沫性能
• 2.5 本章小结
• 第3章 泡沫分离装置气泡性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验装置
• 3.2.2 实验方法
• 3.2.3 气泡的生成尺寸预测
• 3.2.4 气泡的尺寸分布
• 3.2.5 气泡的Sauter 平均直径
• 3.2.6 气泡尺寸的主要影响因素
• 3.3 结果分析与讨论
• 3.3.1 图像预处理
• 3.3.2 影响气泡直径的因素
• 3.4 本章小结
• 第4章 胶团强化超滤渗透液泡沫分离深度处理
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验材料和仪器
• 4.2.2 实验装置与流程
• 4.2.3 实验方法
• 4.2.4 性能参数
• 4.3 结果分析与讨论
• 4.3.1 泡沫分离深度处理胶团强化超滤渗透液
• 2+动力学研究'>4.3.2 泡沫分离Cd²⁺动力学研究
• 4.4 本章小结
• 第5章 混合金属离子泡沫分离及选择性研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验材料和仪器
• 5.2.2 实验装置与流程
• 5.2.3 实验方法
• 5.2.4 分析方法
• 5.3 结果分析与讨论
• 5.3.1 表面活性剂对混合金属离子分离效率的影响
• 5.3.2 空气流量对混合金属离子分离效率的影响
• 5.3.3 乙醇对混合金属离子分离效率的影响
• 5.3.4 pH 对混合金属离子分离效率的影响
• 5.3.5 离子强度对混合金属离子分离效率的影响
• 5.3.6 混合金属离子的选择性分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 胶团强化超滤与泡沫分离组合工艺深度处理重金属废水
• 6.1 引言
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 实验材料和仪器
• 6.2.2 实验装置与流程
• 6.2.3 实验方法
• 6.2.4 性能参数
• 6.3 结果分析与讨论
• 6.3.1 单一MEUF 对分离效果的影响
• 6.3.2 MEUF-FF 组合工艺对分离效果的影响
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文
• 附录B 攻读学位期间参与的研究项目
• 附录C 攻读学位期间申请的国家发明专利