CN105603194A - 一种利用离子液体强化传质回收废水中铜和镍的液膜萃取方法 - Google Patents

一种利用离子液体强化传质回收废水中铜和镍的液膜萃取方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种利用离子液体强化传质回收废水中铜和镍的液膜萃取方法，分别利用P507和TBP为铜、镍离子萃取剂，以硫酸和氢氧化钠为反萃剂，添加适量的膜助剂和膜溶剂，选用适当的离子液体作为强化传质介质，将按一定比例配置好的原料液在高速搅拌下制得乳状液膜萃取剂；利用离子液体的盐析效应和水合作用特性，离子液体配合有机萃取剂，以中性复合以及阴阳离子交换等方式加快金属离子配合物的形成以及传输速率，提高萃取效率；本发明亦可根据需萃取分离物质的不同，选取相应的萃取剂和离子液体，对其他金属离子以及纺织、印染等生物难降解有机废水进行萃取处理。

Description

一种利用离子液体强化传质回收废水中铜和镍的液膜萃取方法
技术领域
本发明涉及工业废水处理领域，特别涉及一种利用离子液体强化传质回收废水中铜和镍的液膜萃取方法。
背景技术
铜镍作为工业生产中常用的金属材料广泛应用于各行各业。由于铜镍物理化学性质相近，两种金属经常在矿石中伴生，在湿法冶炼过程产生的废水中会经常同时含有铜和镍金属离子。铜、镍离子都属于有毒重金属离子，大量存在水体中会污染环境，进而危害人类健康。
目前含重金属离子废水的主要处理方法有化学沉淀、吸附、膜分离以及溶剂萃取等方式。沉淀法会产生大量污泥，造成二次污染；吸附和膜分离技术容易对吸附材料及膜造成污染，成本较高；溶剂萃取技术应用相对较多，但由于萃取剂和反萃剂用量较大，尤其萃取剂的流失以及反萃效率较低成为制约溶剂萃取技术发展应用的瓶颈。
为了克服溶剂萃取的上述缺点，将萃取剂和反萃剂制成乳状液膜的萃取技术逐渐发展起来。液膜萃取具有比表面积大，萃取和反萃同步完成，萃取效率高等优点，已被广泛应用废水处理中。但对金属离子的萃取多局限于单种金属离子的萃取，尤其针对铜镍两种金属离子进行分步液膜萃取回收的研究及技术未见报道。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种利用离子液体强化传质回收废水中铜和镍的液膜萃取方法，分别利用铜、镍离子萃取剂和反萃剂，添加膜助剂、膜溶剂及表面活性剂，选用适当的离子液体作为强化传质介质，将按比例配置好的原料液在高速搅拌下制得乳状液膜萃取剂，先回收废水中的铜，然后回收镍。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种利用离子液体强化传质回收废水中铜和镍的液膜萃取方法，在铜离子萃取剂和反萃剂中，添加相应的表面活性剂、膜助剂、膜溶剂以及离子液体为添加剂，在高速搅拌下制成乳状液膜一，利用其萃取分离废水中的铜；
然后在镍离子萃取剂和反萃剂中，添加相应的表面活性剂、膜助剂、膜溶剂以及离子液体为添加剂，在高速搅拌下制成乳状液膜二，利用其萃取回收废水中的镍。
所述铜离子萃取剂和反萃剂中加入的离子液体为[C4mim]Cl，镍离子萃取剂和反萃剂中加入的离子液体为[C4mim][PF6]。
所述铜离子萃取剂为P507，反萃剂为硫酸溶液；所述镍离子萃取剂为TBP，反萃剂为氢氧化钠溶液。
所述铜离子萃取剂和反萃剂中，以及镍离子萃取剂和反萃剂中，所加的表面活性剂均为Span80，膜助剂均为液体石蜡，膜溶剂均为煤油。
所述乳状液膜一中各组份含量为：
P507体积浓度5％；内水相H2SO4浓度3.0mol/L；Span80体积浓度5％；[C4mim]Cl体积浓度0.03％；液体石蜡体积浓度1％；油内比为1:1；
所述乳状液膜二中各组份含量为：
TBP体积浓度4％；内水相NaOH浓度0.5mol/L，Span80体积浓度5.0％；液体石蜡体积浓度1％；[C4mim][PF6]体积浓度0.03％；油内比为1:1。
所述乳状液膜一和乳状液膜二的制备过程中，制乳转速均为3500r/min，制乳时间均为10min，相比均为1∶3，所述铜和镍的萃取过程中，萃取转速均为300r/min，萃取时间均为10min。
与现有技术相比，本发明分别利用P507和TBP为铜、镍离子萃取剂，以硫酸和氢氧化钠为反萃剂，添加适量的膜助剂和膜溶剂，选用适当的离子液体作为强化传质介质，将按一定比例配置好的原料液在高速搅拌下制得乳状液膜萃取剂；利用离子液体的盐析效应和水合作用特性，离子液体配合有机萃取剂，以中性复合以及阴阳离子交换等方式加快金属离子配合物的形成以及传输速率，提高萃取效率。实验证明，对铜离子的萃取效率高达98％以上，对镍离子的萃取率99％以上。
本发明亦可根据需萃取分离物质的不同，选取相应的萃取剂和离子液体，对其他金属离子以及纺织、印染等生物难降解有机废水进行萃取处理。
附图说明
图1为本发明中离子液体强化传质回收废水中铜和镍的液膜萃取过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
本发明所用的液膜萃取过程如图1所示：中间为乳液液膜，由金属离子萃取剂、膜添加剂和离子液体组成；左侧为萃取相，即待处理的含铜镍金属离子的废水；右侧为反萃剂，分别为硫酸和NaOH溶液。首先，废水中的金属离子Mn+，与液膜有机相中的H+进行交换，与萃取剂及离子液体形成配合物；然后金属配合物与反萃剂中的酸或碱发生反应，金属离子留在反萃相中，液膜中的萃取剂再生，萃取反萃同时进行，萃取效率提高。
实施例一
本实施实例采用乳液液膜萃取技术分离回收废水中的铜镍离子，当铜萃取剂P507为5％(v/v)，内水相H2SO4浓度3.0mol/L，表面活性剂Span805.0％(v/v)，[C4mim]Cl为0.03％(v/v)，液体石蜡1％(v/v)，油内比为1:1时，该乳液液膜对铜离子的萃取效率为98.73％，镍萃取率仅为3％，对铜镍的分离效果较好。
实施例二
本实施实例采用乳液液膜萃取技术分离回收废水中的剩余的镍离子，当镍萃取剂TBP为4％(v/v)，内水相NaOH浓度0.5mol/L，表面活性剂Span805.0％(v/v)，液体石蜡1％(v/v)，[C4mim][PF6]为0.03％(v/v)，油内比为1:1时，该乳液液膜对镍离子的萃取率为99.03％。
实施例三
本实施实例采用乳液液膜萃取技术分离回收废水中的铜镍离子，当铜萃取剂P507为5％(v/v)，内水相H2SO4浓度3.0mol/L；镍萃取剂TBP为4％(v/v)，内水相NaOH浓度0.5mol/L，表面活性剂Span805.0％(v/v)，液体石蜡1％(v/v)，油内比为1:1时，制乳转速为3500r/min，制乳时间10min，相比为1∶3，萃取转速300r/min，萃取时间10min，在不添加离子液体时，铜萃取率为93.2％，镍萃取率为92.8％。

Claims (6)

1.一种利用离子液体强化传质回收废水中铜和镍的液膜萃取方法，其特征在于，在铜离子萃取剂和反萃剂中，添加相应的表面活性剂、膜助剂、膜溶剂以及离子液体为添加剂，在高速搅拌下制成乳状液膜一，利用其萃取分离废水中的铜；
然后在镍离子萃取剂和反萃剂中，添加相应的表面活性剂、膜助剂、膜溶剂以及离子液体为添加剂，在高速搅拌下制成乳状液膜二，利用其萃取回收废水中的镍。
2.根据权利要求1所述利用离子液体强化传质回收废水中铜和镍的液膜萃取方法，其特征在于，所述铜离子萃取剂和反萃剂中加入的离子液体为[C4mim]Cl，镍离子萃取剂和反萃剂中加入的离子液体为[C4mim][PF6]。
3.根据权利要求2所述利用离子液体强化传质回收废水中铜和镍的液膜萃取方法，其特征在于，所述铜离子萃取剂为P507，反萃剂为硫酸溶液；所述镍离子萃取剂为TBP，反萃剂为氢氧化钠溶液。
4.根据权利要求3所述利用离子液体强化传质回收废水中铜和镍的液膜萃取方法，其特征在于，所述铜离子萃取剂和反萃剂中，以及镍离子萃取剂和反萃剂中，所加的表面活性剂均为Span80，膜助剂均为液体石蜡，膜溶剂均为煤油。
5.根据权利要求4所述利用离子液体强化传质回收废水中铜和镍的液膜萃取方法，其特征在于，所述乳状液膜一中各组份含量为：
P507体积浓度5％；内水相H2SO4浓度3.0mol/L；Span80体积浓度5％；[C4mim]Cl体积浓度0.03％；液体石蜡体积浓度1％；油内比为1:1；
所述乳状液膜二中各组份含量为：
TBP体积浓度4％；内水相NaOH浓度0.5mol/L，Span80体积浓度5.0％；液体石蜡体积浓度1％；[C4mim][PF6]体积浓度0.03％；油内比为1:1。
6.根据权利要求1至4任一权利要求所述利用离子液体强化传质回收废水中铜和镍的液膜萃取方法，其特征在于，所述乳状液膜一和乳状液膜二的制备过程中，制乳转速均为3500r/min，制乳时间均为10min，相比均为1∶3，所述铜和镍的萃取过程中，萃取转速均为300r/min，萃取时间均为10min。
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