CN108245930A - 一种气助吸附分离方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气助吸附分离方法及装置。本发明的气助吸附分离在气助吸附分离装置上进行，所述装置包括带有气体入口的气浮柱及设置于其顶部的连续转动的吸附剂薄膜。气浮柱中填充含颗粒和待分离的有机物或离子型物质的溶液至液面与上方吸附剂薄膜刚好接触，打开气阀，控制气体连续通过气浮柱，产生的气泡携带着溶液中的有机物或离子型物质向上传递，到达液面附近后被经马达驱动连续转动的吸附剂薄膜捕获并带出母液，颗粒则截留在母液中，完成气助吸附分离过程。本方法具有吸附剂易于回收、可直接适用于含颗粒的复杂溶液体系和无吸附剂残留等优点，在复杂溶液中目标物的选择性分离和废水处理领域的应用前景非常好。

Description

一种气助吸附分离方法及装置

技术领域

本发明涉及一种吸附分离方法，特别涉及一种气助吸附分离方法及装置。

背景技术

吸附分离技术通常包括吸附剂的制备、吸附剂用于溶质的吸附、将吸附剂从分离体系中去除然后吸附剂经脱附后循环利用。由于该技术具有成本低、过程简单和分离效率高等优点，已经在天然产物分离、金属分离、其它各种物质的分离和废水处理过程有着非常广泛的应用。尽管该技术在各种分离过程中已取得很大的进展，但仍然存在以下一些问题：一是吸附剂的分离回收困难，目前常用的方法是离心、过滤或装柱，离心或过滤存在能耗高、装柱存在装卸步骤繁琐且对吸附剂颗粒机械强度要求高等一系列问题，特别是当吸附剂粒径趋于纳米级后这种吸附剂的回收过程变得更加困难；二是吸附过程难于连续；三是吸附分离过程无法适应于含颗粒的复杂溶液体系。

近几十年发展起来的气泡吸附分离技术，它是依据表面吸附的原理，以气泡作为载体使溶液中的颗粒、特定目标分子或离子等附着或吸附在“气-液”界面与母液分离的方法，曾于上世纪八十年代被美国列为十大化工新技术之一，该技术用于分子或离子的分离又名溶剂气浮，气泡通过远距离捕获目标分子将该分子运送到上溶剂层进而实现赋存，最终获得分离。

为解决吸附分离技术所存在的问题，将气浮分离技术与吸附分离技术耦合，发展气助吸附分离新技术，即：气泡将溶液中的目标分子或离子运送到气浮柱顶部液面，这些分子或离子被上部与液面密切接触且连续转动的吸附剂薄膜吸附并连续带出溶液，从而实现连续的吸附分离过程。这种耦合技术使得吸附剂的回收变得非常的简单，同时因吸附剂薄膜与溶液中颗粒易于分离使得该技术可适应于复杂的溶液体系。气助吸附分离技术及其设备的研究将是一个崭新的研究方向，对于促进吸附分离技术的发展和拓宽气泡吸附分离技术的应用领域均有着良好的理论意义和广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种可适用于复杂体系中目标物质的直接分离的气助吸附分离方法与及装置，解决吸附分离过程所存在的吸附剂回收困难、吸附过程难于连续和无法适用于含颗粒的复杂分离体系等难题。

本发明的技术方案为：

一种气助吸附分离方法，其特征在于，气助吸附分离在气助吸附分离装置上进行，所述装置包括带有气体入口的气浮柱及设置于其顶部的能够连续转动的吸附剂薄膜，气浮柱中加入含颗粒和待分离的有机物或离子型物质的溶液至液面使其与上方吸附剂薄膜刚好接触，打开气阀，控制气体以一定的流速连续通过气浮柱，产生的气泡携带着溶液中的有机物或离子型物质向上传递，到达液面附近后被连续转动的吸附剂薄膜捕获并带出母液，颗粒则截留在母液中，最后完成气助吸附分离过程。

进一步地，还包括向气浮柱中加入表面活性剂，表面活性剂能够辅助气泡携带溶液中有机物或离子型物质向上传递。

进一步地，所述的表面活性剂为选自阳离子型、阴离子型或非离子型表面活性剂。

进一步地，所述吸附剂薄膜可通过表面涂覆、表面修饰或表面聚合的方法制备，包括但不限于在皮带表面粘附粉末吸附剂，表面修饰薄层具吸附作用的功能基团或表面聚合上具吸附作用的功能基团。

进一步地，通入的气体的流量控制为0～500ml/min，且不包括0，通入的气体流量根据气浮柱的大小和气体分布器的布气面积而定，布气面积越大则气体流量越大，通入的气体流量优选较高的流量；所述的气体选自空气或惰性气体(如氮气、氩气等)。

进一步地，所述的颗粒选自污泥、各种粉末状颗粒物或微生物中的一种或两种以上；所述的有机物选自生物分子、高聚物和有机小分子中的一种或两种以上；所述的离子型物质选自金属离子或非金属离子。

上述方法的原理主要体现在气助吸附分离设备中，该方法能使吸附剂易于回收、且能连续操作和适用于含颗粒的复杂分离体系，有效地解决了吸附法所存在的相应的难题。

一种用于上述方法的气助吸附分离装置，包括气浮柱和吸附剂薄膜，气浮柱的顶部设置有固定位置的滑轮和由其带动的吸附剂薄膜，气浮柱的底部设有气体分布器。

进一步地，吸附剂薄膜由电机驱动轮经滑轮驱动，电机优选变速电机，选自交流或直流输入的电机，调节速率为0～100转/分，且大于0。

进一步地，还包括辅助设备的转子流量计、缓冲罐和气瓶，气瓶通过管路与缓冲罐的进气口相连通，气瓶与缓冲罐的进气口相连通的管路上安装减压阀，缓冲罐的气体出口通过管路与气浮柱底部的气体入口相连通；转子流量计安装于缓冲罐的气体出口与气浮柱底部的气体入口相连通的管路上。

进一步地，所述的气体分布器选自不同型号的砂芯漏斗或适合气浮柱形状的微孔布气管道，如本领域常用的型号为G1、G2、G3、G4和G5系列的砂芯漏斗；或各种尺寸微孔径管道制成的布气器，优选能产生微小气泡的小孔径管道。

为强化气助吸附分离技术用于复杂溶液体系中待分离物质的分离效率，可以通过调节相应的外部工艺参数，如：气体流速、离子强度、pH值和添加表面活性剂等。

本发明的有益效果在于：

本发明将简单、易于放大的气浮分离技术与吸附分离技术耦合，发展气助吸附分离新技术，从而实现含颗粒复杂溶液中目标物质的直接分离。该方法具有吸附剂易于回收、易于连续操作和适用于含颗粒的复杂分离体系等优点，很好地解决了单纯吸附分离过程所存在的相应难题，在复杂溶液中目标物的选择性分离和废水处理领域中有着广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明的气助吸附分离装置的结构示意图，其中，1.气瓶，2.减压阀，3.缓冲罐，4.转子流量计，5.气浮柱，6.气体分布器，7.气泡，8.待分离物质，9.颗粒，10.料液，11.吸附剂薄膜，12.滑轮，13.电机驱动轮。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细说明。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅用于帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

以印染废水中较为典型的污染物刚果红作为分离对象。采用图1所示的气助吸附分离装置，该装置主要包括带气体分布器6的气浮柱5(内径50mm、长320mm)和吸附剂薄膜11，气浮柱5的顶部设置有固定位置的滑轮12和由其带动的吸附剂薄膜11，气浮柱5的底部设有气体分布器6，吸附剂薄膜11由电机驱动轮13经滑轮12驱动，电机选用交流或直流输入的变速电机，调节速率为0～100转/分；还包括辅助设备辅助设备的转子流量计、缓冲罐和气瓶，气瓶1通过管路、减压阀2与缓冲罐3的进气口相连通，缓冲罐3的气体出口通过转子流量计4与气浮柱5底部的气体入口相连通，再经过气体分布器6向气浮柱5内输送气体。

利用上述的气助吸附分离装置分离废水中刚果红过程如下：

配制离子强度为1mol/L、刚果红浓度为30ppm的原料液，在原料液中加入少量池塘中的污泥，作为待分离的原料液备用，3m长5cm宽的的确良布作为吸附剂薄膜。

具体操作为：在气浮柱5中加入已配制好的上述刚果红原料液至液面与吸附剂薄膜11刚好接触，打开气阀，调节气体流量为60ml/min，让其连续经气体分布器6通过气浮柱5，同时调节电机驱动轮13以转速2r/min的速度带动吸附剂薄膜11连续转动，通入的气体所产生的气泡7捕获料液10中的待分离物质8向上传递，到达顶部液面处，待分离物质被连续转动的吸附剂薄膜11捕获带出液面，颗粒9则截留在料液中，最后完成气助吸附分离过程。

实验结果表明：在不同条件下均能成功吸附去除溶液中的刚果红，且能实现颗粒全部被截留在溶液中，在氮气流速为60ml/min时，分离时间150min时，溶液中刚果红的去除率为94.8％。

实施例2

以废水中的重金属离子为分离对象。本实验以较为典型的有毒重金属离子六价铬作为去除对象，用表面涂覆活性炭的3m长5cm宽的薄膜作为吸附剂薄膜，Cr⁶⁺浓度为30ppm，取少量的CTAB作为表面活性剂。

具体操作为：在气浮柱5中加入已配制好的上述重金属原料液至液面与吸附剂薄膜11刚好接触，打开气阀，调节气体流量为60ml/min，让其连续经气体分布器6通过气浮柱5，同时调节电机驱动轮13以转速2r/min的速度带动吸附剂薄膜11连续转动，通入的气体所产生的气泡7捕获料液10中的待分离物质8与表面活性剂的复合物向上传递，到达顶部液面处这些复合物质被连续转动的吸附剂薄膜11捕获并带出液面，颗粒9则截留在料液中，最后完成气助吸附分离过程。

实验结果表明：在不同条件下均能成功吸附去除溶液中的Cr⁶⁺离子，在氮气流速为60ml/min时，分离时间220min时，溶液中铬离子的去除率为92.4％。

申请人声明，以上详细描述了本发明的较佳具体实施例，但并不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气助吸附分离方法，其特征在于，气助吸附分离在气助吸附分离装置上进行，所述装置包括带有气体入口的气浮柱及设置于其顶部的能够连续转动的吸附剂薄膜，气浮柱中填充含颗粒和待分离的有机物或离子型物质的溶液至液面与上方吸附剂薄膜刚好接触，打开气阀，控制气体连续通过气浮柱，产生的气泡携带溶液中的有机物或离子型物质向上传递，到达液面附近后被连续转动的吸附剂薄膜捕获并带出母液，颗粒则截留在母液中，完成气助吸附分离过程。

2.根据权利要求1所述的气助吸附分离方法，其特征在于，还包括向气浮柱中加入表面活性剂，表面活性剂能够辅助气泡携带溶液中有机物或离子型物质向上传递。

3.根据权利要求2所述的气助吸附分离方法，其特征在于，所述的表面活性剂选自阳离子型、阴离子型或非离子型表面活性剂。

4.根据权利要求1或2所述的气助吸附分离方法，其特征在于，所述吸附剂薄膜通过表面涂覆、表面修饰或表面聚合的方法制备,包括但不限于在皮带表面粘附粉末吸附剂，表面修饰薄层具吸附作用的功能基团或表面聚合上具吸附作用的功能基团。

5.根据权利要求1或2所述的气助吸附分离方法，其特征在于，通入的气体的流量控制为0～500ml/min，且不包括0，通入的气体流量根据气浮柱的大小和气体分布器的布气面积而定，布气面积越大则气体流量越大；所述的气体选自空气或惰性气体。

6.根据权利要求1或2所述的气助吸附分离方法，其特征在于，所述的颗粒选自污泥、各种粉末状颗粒物或微生物中的一种或两种以上；所述的有机物选自生物分子、高聚物和有机小分子中的一种或两种以上；所述的离子型物质选自金属离子或非金属离子。

7.一种用于权利要求1至6任一项所述的方法的气助吸附分离装置，其特征在于，包括气浮柱和吸附剂薄膜，气浮柱的顶部设置有固定位置的滑轮和由其带动的吸附剂薄膜，气浮柱的底部设有气体分布器。

8.根据权利要求7所述的气助吸附分离装置，其特征在于，吸附剂薄膜由电机驱动轮经滑轮驱动，电机为变速电机，选自交流或直流输入的电机，调节速率为0～100转/分，且大于0。

9.根据权利要求7所述的气助吸附分离装置，其特征在于，还包括辅助设备的转子流量计、缓冲罐和气瓶，气瓶通过管路与缓冲罐的进气口相连通，气瓶与缓冲罐的进气口相连通的管路上安装减压阀，缓冲罐的气体出口通过管路与气浮柱底部的气体入口相连通；转子流量计安装于缓冲罐的气体出口与气浮柱底部的气体入口相连通的管路上。

10.根据权利要求7所述的气助吸附分离装置，其特征在于，所述的气体分布器选自不同型号的砂芯漏斗或适合气浮柱形状的微孔布气管道。