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2.6體積流量對(duì)萃取率的影響
膜兩側(cè)的料液體積流量的不同，一方面影響料液進(jìn)料時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)，另一方面影響鉻離子從主體傳遞到膜表面的傳質(zhì)阻力，進(jìn)而影響萃取效果。從圖7、圖8中可以看出，萃取率在原料液的體積流量為2.5～4.0L·h-1時(shí)逐漸增加，在4.0L·h-1時(shí)達(dá)到最大，此后開(kāi)始下降;反萃取液則在3.0L·h-1時(shí)達(dá)到最大萃取率。萃取率隨原料液、反萃取液體積流量的變化均呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)。由試驗(yàn)所采用的組件以及物料性質(zhì)可以得知，試驗(yàn)的Re值均小于2000，處于穩(wěn)定的層流狀態(tài)。根據(jù)普蘭特邊界層理論，當(dāng)流體沿固體壁面流動(dòng)時(shí)，流體阻力主要存在于邊界層，而邊界層的厚度大體與流速的二分之一次方成反比。因此隨著流速的增加，料液流量的增大導(dǎo)致料液與支撐液膜界面間的邊界層厚度減小，有效的降低了傳質(zhì)阻力，且處于穩(wěn)定的層流狀態(tài)，從而使得鉻離子的遷移速率變快，萃取率增大，然而當(dāng)進(jìn)料速度大于
一定值時(shí)，一方面，隨著流速的增加，離子載體不能很快被釋放以致飽和，使萃取率下降;另一方面料液沿膜面流動(dòng)產(chǎn)生的剪切力會(huì)使有機(jī)相產(chǎn)生許多小的乳化離子，并逐漸擴(kuò)散離開(kāi)膜孔內(nèi)的有機(jī)相，最終使膜孔中的有機(jī)相(載體)減少，進(jìn)而使萃取率下降，從而對(duì)雷諾準(zhǔn)數(shù)以及傳質(zhì)總系數(shù)造成影響[9-10]。因此，分別采用4L·h-1和3L·h-1的原料液和反萃液體積流量。
2.7膜組件裝填率對(duì)萃取率的影響
理論上，膜組件的裝填率增加，膜的表面積會(huì)增加，對(duì)萃取效果會(huì)產(chǎn)生一定的影響，然而并非組件的裝填率越高越好。如果組件的裝填率過(guò)高，組件內(nèi)的中空纖維膜可能會(huì)相互纏繞，導(dǎo)致膜的有效表面積降低，萃取效果會(huì)下降。裝填率可由式(5)計(jì)算。
式中，P代表組件的裝填率，n代表中空纖維膜的數(shù)目，A1代表纖維膜的截面積，A2代表膜組件的截面積。
考察8.3%、16.67%、33.14%、49.70%4種裝填率對(duì)萃取效果的影響。結(jié)果表明，隨著裝填率的增加，萃取率出現(xiàn)了增大的趨勢(shì)，當(dāng)裝填率大于一定值(16.67%)時(shí)，萃取率反而下降，這可能是膜組件內(nèi)部膜與膜之間空隙變小，發(fā)生了相互纏繞的現(xiàn)象，導(dǎo)致膜有效表面積下降，致使萃取率下降。因此確定16.67%的裝填率為合適的組件裝填率。
2.8液膜反復(fù)運(yùn)行穩(wěn)定性的考察
在反萃預(yù)分散中空纖維支撐液膜萃取過(guò)程中，液膜的穩(wěn)定性決定了過(guò)程放大應(yīng)用的可行性。為考察膜孔內(nèi)有機(jī)相的穩(wěn)定性，更換原料液和反萃取液，重復(fù)進(jìn)行5組試驗(yàn)，結(jié)果如圖9所示。由圖9可知，鉻離子的萃取效果并沒(méi)有明顯減小，說(shuō)明載體D2EHPA在煤油的稀釋作用下穩(wěn)定的填充在PP膜的膜孔之中，體現(xiàn)了反萃預(yù)分散中空纖維支撐液膜技術(shù)的穩(wěn)定性，也證實(shí)了該反萃預(yù)分散中空纖維液膜技術(shù)有一定的可行性。
3結(jié)論
以含鉻離子的電鍍廢水為研究對(duì)象，選用PP中空纖維膜作為支撐膜，采用由磷酸-二(2-乙基己基)酯(D2EHPA)、煤油組成的液膜有機(jī)相，利用HFSLM-SD法，考察了反萃取劑、料液體積流量、跨膜壓差以及膜組件的裝填率等參數(shù)對(duì)萃取率的影響，并在此基礎(chǔ)上研究了HFSLM-SD萃取鉻離子的穩(wěn)定性。結(jié)果表明，在HFSLM-SD萃取鉻離子中，磷酸-二(2-乙基己基)酯、煤油分別為較合適的載體和稀釋劑，二者組成體積比為7/3時(shí)是較合適的有機(jī)相萃取體系;在反萃劑鹽酸濃度1.0mo·lL-1，跨膜壓差0.053MPa，原料液與反萃取液體積流量分別為4.0L·h-1和3.0L·h-1時(shí)，HFSLM-SD對(duì)質(zhì)量濃度為62.3mg·L-1的鉻離子萃取率高達(dá)96%;更換原料液和反萃取液，重復(fù)進(jìn)行5組試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，萃取率均保持變化，載體D2EHPA在煤油的稀釋作用下穩(wěn)定的填充于支撐膜孔內(nèi)，表明此反萃預(yù)分散組合中空纖維支撐液膜體系有良好的穩(wěn)定性。
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