中空纤维更新液膜稳定性及传质机理研究
中空纤维更新液膜是在表面更新理论指导下，将中空纤维包容液膜与纤维膜萃取技术交叉融合，提出的一项新型液膜技术。该技术既充分继承了传统液膜技术的特点，又具有自身独特的优势。
首先实验研究了中空纤维更新液膜的稳定性，以硫酸根离子为示踪离子，测量了管程向壳程、壳程向管程的泄漏率，考察了中空纤维膜材料、管程流速、壳程流速以及示踪离子浓度对两相泄漏率的影响。结果表明，中空纤维更新液膜稳定性良好，泄漏率基本低于0.01％。
本文针对中空纤维更新液膜单纯迁移、促进迁移两种传质过程的迁移机理分别进行了较为系统的研究。选用己内酰胺—苯—纯水(己内酰胺精制)、Cr(VI)-TBP/煤油-NaOH(含铬废水处理)两个具有一定工业背景的体系进行实验。主要考察了液膜相用量、Re两个因素对中空纤维更新液膜单程迁移传质过程的影响。实验条件下，液膜相用量越小，传质阻力越小，通量越高，适宜相比为50：1；壳程流速对传质过程影响较大，主要原因是壳程流体流速的增大有效降低了壳程边界层阻力。单纯迁移以溶质浓度差做推动力，没有浓缩效果。
通过萃取、反萃平衡实验，考察了TBP萃取六价铬以及NaOH反萃过程中各操作参数对传质效果的影响，初步确定了液膜配方。促进迁移传质过程同样受壳程流体(料液相)Re影响较大，壳程边界层阻力为传质控制步骤。搅拌速度仅对液膜形成过程有一定影响。含流动载体的中空纤维更新液膜技术实现了同级萃取—反萃过程，溶质不仅“逆浓度梯度”传质，而且具有较强的富集效果，浓缩倍数高达30。提出利用中空纤维更新液膜技术实现含铬废水闭路循环，将有助于形成一项具有自主知识产权的含铬废水新型绿色处理工艺。
以串联阻力模型为基本出发点，建立了中空纤维更新液膜传质过程模型。引入更新因子ω描述液膜表面更新过程的传质强化作用，提出了膜相分传质系数以及总传质系数计算式。根据质量守恒，推导了循环实验料液浓度Ctf与时间t函数关系式。模型预测值与实验数据吻合情况良好。
中空纤维更新液膜技术具有膜分离过程的高稳定性、高选择性、高渗透性三种基本性能，有效解决了传统液膜技术的稳定性差、工艺复杂等问题，具有广阔的发展、应用前景，对于促进液膜技术的进一步发展将起到积极作用。
中空纤维更新液膜;液膜稳定性;单纯迁移;促进迁移;传质过程模型
北京化工大学
硕士
化学工程
张卫东
2006
中文
TQ028.8;TQ021.4
96
2006-11-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）