HA／煤油／NaOH微乳體系萃取廢水中Cd2＋和Zn2＋的研究

周富榮，雷 新

（江漢大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430056）

HA／煤油／NaOH微乳體系萃取廢水中Cd2＋和Zn2＋的研究

周富榮，雷 新

（江漢大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430056）

研究了NaOH皂化HA的微乳體系的配方，通過HA／煤油／NaOH微乳體系萃取分離含Cd2＋、Zn2＋廢水的研究，考察了HA與煤油的體積比、NaOH的濃度、乳水比、萃取分離時(shí)間等因素對(duì)Cd2＋、Zn2＋萃取率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)HA與煤油的體積比為1∶2.5，NaOH濃度為1.5mol／L，乳水比為1∶3（體積比）時(shí)，萃取6min，該微乳體系對(duì)Cd2＋和Zn2＋的單級(jí)萃取率分別為99.23%和97.51%。通過調(diào)節(jié)萃取相的pH值和適當(dāng)?shù)挠退?，可較好地實(shí)現(xiàn)反萃取和油相的回收，當(dāng)調(diào)節(jié)油相pH為1、油水比為1∶3時(shí)，Cd2＋和Zn2＋的反萃率分別為98.29%和97.38%。研究表明，該微乳體系具有穩(wěn)定性好、工藝簡(jiǎn)單、成本低、膜相可自動(dòng)破乳、油相可重復(fù)使用、萃取效率高等優(yōu)點(diǎn)。

微乳液；二-（2-乙基己基）磷酸酯；鎘離子；鋅離子；萃?。环摧腿?/p>

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展也帶來了廢水的大量排放，土壤和水源中重金屬積累加劇。重金屬?gòu)U水是對(duì)水體污染最嚴(yán)重和對(duì)人類危害最大的工業(yè)廢水之一。其最大的危害在于它會(huì)通過食物鏈而積累、富積，以致直接作用于人體而引起嚴(yán)重疾病或促使慢性病的發(fā)生。因此，如何把這些重金屬離子從廢水中分離出來已成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重要研究課題［1-2］。近年來，采用微乳液萃取分離廢水中重金屬離子取得了很大的進(jìn)展，Dantas等［3］以皂化椰子油為表面活性劑，正丁醇為助表面活性劑，煤油為油相制備Winsor型微乳液，研究對(duì)重金屬離子的萃取。潘榮楷等［4］采用油酸／正丁醇／碳酸鈉水溶液組成的微乳體系對(duì)水相中Cu2＋進(jìn)行了萃取研究，考察了微乳體系組成、水相的pH值、膜水比、攪拌時(shí)間以及水相中NaCl鹽度等實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)萃取率和微乳體系乳化的影響。曾平等［5］研究用不同濃度的NaOH、NH3·H2O和Na2CO3皂化HA／煤油體系萃取釩（Ⅳ）。陳興龍等［6］用皂化P204微乳液膜萃取分離釩鐵的研究，分離出了鐵與釩。龔福忠等［7］進(jìn)行了微乳液膜法萃取Nd3＋的研究，考察鹽酸濃度、溫度、料液濃度、緩沖劑對(duì)萃取Nd3＋的影響。

近幾年來，筆者在利用二－（2－乙基己基）磷酸的（簡(jiǎn)稱HA）經(jīng)皂化后形成的微乳液處理工業(yè)廢水方面也取得了一些成果［8－10］。與其它微乳體系相比，皂化后的HA不需要助表面活性劑即能形成穩(wěn)定的微乳液，且制乳和破乳均比較容易［11-12］。本研究采用HA／煤油／NaOH微乳體系處理含Cd2＋與Zn2＋混合離子廢水，探討該微乳體系對(duì)混合離子的萃取能力。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器

煤油，市售工業(yè)品；二－（2－乙基己基）磷酸酯 （簡(jiǎn)寫成HA），化學(xué)純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；其他試劑均為分析純。PHS－2型酸度計(jì)（上海雷磁儀器廠）；磁力攪拌器 （上海司樂儀器有限公司）；火焰原子吸收光度儀器（北京瑞利分析儀器有限公司）。

1.2 微乳液的制備

將HA和煤油按一定比例加入制乳器中，在常溫磁力攪拌下，向其中緩慢滴加一定濃度的NaOH溶液，當(dāng)體系由渾濁逐漸變?yōu)榫煌该饕后w時(shí)，即得W／O型微乳液。

1.3 Cd2＋和Zn2＋的萃取

將W/O微乳液和待處理的濃度為100 mg／L含Cd2＋和Zn2＋的廢水按一定的乳水比混合，充分振蕩后，靜置分層?？疾靸?nèi)相NaOH的濃度、HA與煤油的體積比、乳水比、萃取時(shí)間等因素對(duì)Cd2＋、Zn2＋的萃取率的影響。取下層水相用火焰原子吸收法測(cè)定殘留Cd2＋與Zn2＋含量，并計(jì)算Cd2＋的萃取率。上層有機(jī)相 （油相）用于反萃，回收Cd2＋與Zn2＋并計(jì)算反萃取率。

1.4 反萃實(shí)驗(yàn)

在1.3的優(yōu)化萃取實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行萃取和反萃取實(shí)驗(yàn)，通過加酸調(diào)節(jié)萃取相pH值和油水比，震蕩?kù)o置后，分離出有機(jī)相 （回收再利用）和水相，測(cè)定水相中Cd2＋的含量，計(jì)算反萃取率。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 水乳比對(duì)萃取率的影響

水乳比為外水相與微乳相的體積比，固定內(nèi)水相NaOH的濃度為1.5mol／L，HA與煤油體積比為 1∶2.5，萃取時(shí)間為6 min，取不同的水乳比，考察水乳比對(duì)萃取率的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 水乳比對(duì)Cd2+和Zn2+萃取率的影響

由圖1可知，水乳比小于3時(shí)，Cd2＋和Zn2＋的萃取率均較高，且分層迅速；水乳比大于3時(shí)，隨著水乳比的增大，兩種離子的萃取率均迅速下降，且分層時(shí)間明顯增加，水相與油相的澄清度也較差。綜合考慮，實(shí)驗(yàn)選用最適宜水乳比3，即乳水比為1∶3。

2.2 HA與煤油的體積比對(duì)萃取率的影響

取NaOH的濃度為1.5mol／L，乳水比為1∶3，萃取時(shí)間為6 min，取不同的HA與煤油體積比分別分別制備微乳液，考察HA與煤油體積比對(duì)萃取率的影響，其結(jié)果見圖2。

圖2 HA與煤油的體積比對(duì)Cd2+和Zn2+萃取率的影響

由圖2可以看出，當(dāng)HA與煤油的體積比大于1∶2.5時(shí)，HA的體積含量越高，微乳液的黏度越高，萃取率越低；當(dāng)HA與煤油的體積比小于1∶3時(shí)，隨著微乳液中HA的體積含量的下降，Cd2＋、Zn2＋離子萃取率也逐漸下降；當(dāng)HA與煤油的體積比小于1∶3.5時(shí)，即HA的體積含量過低時(shí)，該體系難以形成均一透明的微乳液。故實(shí)驗(yàn)選擇HA與煤油最佳體積比為1∶2.5。

2.3 NaOH濃度對(duì)萃取率的影響

取HA與煤油比為1∶2.5，乳水比為 1∶3，萃取時(shí)間為6 min，采用不同濃度的NaOH分別配制微乳液，考察NaOH的濃度對(duì)萃取率的影響，其結(jié)果見圖3。

圖3 NaOH濃度對(duì)Cd2+和Zn2+萃取率的影響

由圖3可知，隨著NaOH濃度的增大，Cd2＋、Zn2＋離子的萃取率逐漸增大。當(dāng)NaOH濃度到達(dá)1.5 mol／L時(shí)，兩種離子的萃取率到達(dá)最大。NaOH濃度繼續(xù)增大，其萃取率開始下降。當(dāng)NaOH的濃度太低時(shí)，由于HA的皂化率太低，因而導(dǎo)致鎘與鋅離子的萃取率較低；當(dāng)NaOH的濃度大于1.5 mol／L時(shí)，隨著NaOH的濃度的升高，萃取率明顯下降。這是由于NaOH濃度太高，會(huì)使液膜的穩(wěn)定性下降并導(dǎo)致溶脹現(xiàn)象；另一方面，游離的Na＋濃度增多，由于同離子效應(yīng)不利于Cd2＋、Zn2＋的萃取。綜合考慮，實(shí)驗(yàn)選用1.5mol／L的NaOH溶液作為內(nèi)水相，維持HA的皂化率在80%左右比較合理。

2.4 方法重現(xiàn)性

微乳液萃取Cd2＋和Zn2＋的重現(xiàn)性也是需要考慮的一個(gè)重要因素，它可以顯示該方法的穩(wěn)定性。在上述優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件下，即：內(nèi)相NaOH的濃度為1.5mol／L、HA與煤油的體積比為1∶2.5、乳水比為1∶3、萃取時(shí)間為6 min，重復(fù)3組實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果見表1。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，該微乳體系萃取Cd2＋、Zn2＋的重現(xiàn)性較好。

表1 方法重現(xiàn)性實(shí)驗(yàn) /%

2.5 油相pH值對(duì)反萃取率的影響

在2.4萃取實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，取上層萃取相 （油相）進(jìn)行反萃取，固定油相和水的體積比為1∶3，用HNO3調(diào)節(jié)油相的pH值，充分震蕩后靜置分層，測(cè)定水相中Cd2＋、Zn2＋的含量。油相pH值對(duì)反萃取效果的影響見圖4。

圖4 pH對(duì)反萃取率的影響

由圖4可知，當(dāng)pH＝1時(shí)，具有最大的反萃取率。隨pH值的增大，Cd2＋、Zn2＋萃取率不斷減少。由萃取機(jī)理可知，該微乳體系起萃取作用的是NaOH與HA形成的絡(luò)合物，加酸破壞了這種絡(luò)合物，即破壞了原微乳液體系，Cd2＋、Zn2＋從油相回到水相。pH值越小，對(duì)絡(luò)合物的破壞越大，還原越完全，反萃取的效果就越好。

2.6 油水比對(duì)反萃取率的影響

固定萃取相（油相）的pH為1，考察不同的油相與水相的體積比對(duì)反萃效果的影響，結(jié)果見圖5。由圖中可以看出，適當(dāng)減小油水比，有利于反萃取率的提高，但油水比過小，將增加金屬離子的濃縮成本。

圖5 油水比對(duì)反萃取率的影響

3 結(jié)論

（1）HA／煤油／NaOH體系在一定條件下能形成穩(wěn)定的微乳液，且不需要助表面活性劑。采用該微乳液作為液膜處理濃度分別為100 mg／L含Cd2＋和Zn2＋廢水，該微乳體系對(duì)Cd2＋和Zn2＋的單級(jí)萃取率分別為99.23%和97.51%。該微乳液萃取穩(wěn)定性好、分離速度快、工藝簡(jiǎn)單。

（2）通過調(diào)節(jié)萃取相的pH值和適當(dāng)?shù)挠退?，可較好地實(shí)現(xiàn)反萃和油相的回收，Cd2＋和Zn2＋的反萃取率分別為98.29%和97.38%。

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Research into Extraction of Cd2+and Zn2+in Wastewater by Microemulsion System of HA/kerosene/NaOH

ZHOU Fu－rong，LEIXin

（School of Chemistry and Environmental Engineering，Jianghan University，Wuhan 430056，Hubei）

The formula for microemulsion system with saponified HA of NaOH has been studied.Through extraction test to Cd2＋and Zn2＋from feed phase using themicroemulsion system of HA／kerosene／NaOH，different factors effecting extraction rate of Cd2＋and Zn2＋，such as the mass ratio of HA，the concentration of NaOH，the ratio of volume between microemulsion and feed phase were investigated.The experimental results show the primary extraction rate of Cd2＋was 99.23%and the Zn2＋was 97.51%when the volume ratio of HA to kerosene was 1∶2.5，the concentration of NaOH was 1.5 mol／L，the ratio of volume between microemulsion and wastewater was 1∶3，the extraction time was 6min.And the experimental results show the rextraction rate of Cd2＋was 98.29%and the Zn2＋was 97.38%when the pH of the oil phasead justed to 1 and the ratio of volume between oil phasead and water was 1∶3.Thismicroemulsion system exhibits several advantages including good stability，simple process，lower cost，high efficiency of extraction.

microemulsion；HA；C d2+；Z n2+；extraction；rextraction

葉 冰）

TQ028

A

1673-0143（2012）02-0035-04

2011－12－06

周富榮 (1964—)，女，教授，研究方向：微乳液在萃取分離和納米材料制備中的應(yīng)用。