一种基于Gemini胶团强化超滤法处理含镍废水的工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种基于Gemini胶团强化超滤法处理含镍废水的工艺，其步骤如下：1)将浓度为6.475×10‑5～1.947×10‑4mol/L的Gemini投入到2～6mg/L含镍废水中，电动搅拌器下搅拌20～40min；2)溶液静止2～4h，使溶液达到稳定状态；3)将原料液通过蠕动泵送入到超滤膜组件中，采取多级循环连续错流式操作模式，调节工作压力为0.05～0.09MPa，超滤时间为5～30min。本发明专利技术使用Gemini胶团强化超滤法处理含镍废水，渗透液中表面活性剂的浓度由0.1mol/L下降到10‑5mol/L，降低4个数量级；且在保证镍离子高截留率条件下Gemini表面活性剂的截留率在88％以上。本发明专利技术的Gemini胶团强化超滤法可以弥补传统表面活性剂SDS的胶团强化超滤法表面活性剂投料量大，易形成二次污染的不足。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于水资源利用与保护
，涉及一种利用新型表面活性剂进行胶团强化超滤来处理含镍废水的技术方法。
技术介绍
含镍废水主要来源于煤矿、金属硫化物矿、医药、铁矿、电解、农药、油漆、冶金、颜料等，众多镍污染源如果处置不当，会对人类健康造成不可逆的损害。对含镍废水进行预处理，使其达到法规标准再排放，是控制水体镍污染最有效的途径。目前含镍废水处理有诸多方法，如化学沉降法、吸附法、浮选法、电化学法等，但都存在各自无法克服的缺陷。1968年，Michaels教授最先提出了将表面活性剂引入到超滤过程的概念，自此胶团强化超滤法在重金属离子处理领域得到广泛研究。胶团强化超滤法是将离子型表面活性剂加入到废水中，当其浓度大于临界胶束浓度且溶液温度高于Krafft点时，会形成表面带有大量电荷，粒径在0.005～0.01μm的胶团。由于静电作用，废水中的重金属离子会被吸附在带有相反电荷的胶团上。用孔径小于胶团粒径的超滤膜处理废水时，吸附重金属离子的胶团会被截留，水和少量表面活性剂单体以及未被吸附的重金属离子透过膜，从而实现绝大部分重金属离子被有效分离，即废水净化。随着这一技术研究日渐成熟，其在重金属废水处理方面展现了无可比拟的优势：(1)能耗低：分离过程在接近常温常压条件下进行，只需简单的加压输送流体即可。另外，经超滤膜处理后所得的浓缩液体积相对原废水来说大大减少，所以进一步处理的能耗也较低。(2)截留率高：对某些重金属离子的截留率甚至达到99％以上。(3)可实现资源回收利用：重金属废水经过MEUF处理后，渗透液经过简单处理即可作为工业用水进行回用。浓缩液经过合适的方法处理可以回收其中的表面活性剂和昂贵的重金属。(4)对低浓度重金属废水处理效果佳：随着废水中重金属离子浓度的降低，传统的净水技术对重金属离子的去除率都会下降，而MEUF却没有表现出这个缺点。(5)设备简单易操作。上述优势使得MEUF在重金属废水处理领域具有很大的应用潜力及广阔的应用前景。然而，常规MEUF在处理重金属废水时存在表面活性剂的用量较大的不足。由于传统表面活性剂的临界胶束浓度较高，用常规MEUF处理重金属废水时，表面活性剂的投入量较大。相应地，渗透液中流失的表面活性剂的浓度也较高。这一不足增加了MEUF处理重金属废水的成本，还有可能导致新的环境问题，因此大大限制了该项技术的进一步推广应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服传统胶团强化超滤法投料量大、表面活性剂截留率低的缺点，进而提供一种基于Gemini胶团强化超滤法处理含镍废水的工艺。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于Gemini胶团强化超滤法处理含镍废水的工艺，包括如下步骤：1)对表面活性剂Gemini进行临界胶束浓度的确定。2)将浓度为6.475×10-5～1.947×10-4mol/L的Gemini投入到2～6mg/L含镍废水中，电动搅拌器下搅拌20～40min。3)溶液静止2～4h，使溶液达到稳定状态。4)将原料液通过蠕动泵送入到超滤膜组件中，采取多级循环连续错流式操作模式，调节工作压力为0.05～0.09MPa，超滤时间为5～30min。5)用50ml比色管收集渗透液和浓缩液样品，同时记录此时的渗透液流量及浓缩液流量。6)用溴甲酚绿碱性分层滴定法测定渗透液及浓缩液中Gemini表面活性剂浓度；用电感耦合等离子体原子发射光谱测定渗透液及浓缩液中镍离子浓度。本专利技术将新型表面活性剂Gemini代替传统单链表面活性剂(如十二烷基硫酸钠，简称SDS)。Gemini具有独特的结构：两个常规单链表面活性剂在其亲水头基，或靠近亲水头基处由连接基团通过化学键连接在一起构成的，其结果示意图如图1所示。Gemini表面活性剂的上述特殊结构使得这种表面活性剂在形成胶团时增强疏水链间的结合力，同时减弱亲水集团间的排斥力，因而Gemini表面活性剂更容易在低浓度下形成胶团，使其临界胶束浓度有显著降低，也就是可以大大降低表面活性剂的投料量，从而可以彻底解决传统胶团强化超滤法投料量大会形成二次污染这个问题。本方法可以广泛应用于水处理领域，并为未来工业废水处理方法改进提供了一个新思路，具有广泛的发展前景。附图说明图1为表面活性剂Gemini的分子式；图2为Gemini胶团强化超滤流程图，1-料液槽、2-蠕动泵及压力表、3-中空纤维超滤膜、4-渗透液转子流量计、5-浓缩液转子流量计、6-进料液、7-渗透液及浓缩液；图3为Gemini胶团临界胶束浓度测定；图4为Gemini表面活性剂用量对胶团强化超滤法的影响，a-d分别表示为Gemini含量对渗透液组分、截留率、渗透通量及膜污染阻力及回收比的影响图；图5为运行时间对Gemini胶团强化超滤法的影响，a-d分别表示为运行时间对渗透液组分、截留率、渗透通量及膜污染阻力及回收比的影响图；图6为运行压强对Gemini胶团强化超滤法的影响，a-d分别表示为运行压强对渗透液组分、截留率、渗透通量及膜污染阻力及回收比的影响图；图7为废水含镍离子量对Gemini胶团强化超滤法的影响，a-d分别表示为废水含镍离子量对渗透液组分、截留率、渗透通量及膜污染阻力及回收比的影响图；图8为不同pH对Gemini胶团强化超滤法的影响，a-d分别表示为不同pH对渗透液组分、截留率、渗透通量及膜污染阻力及回收比的影响图；图9为GMEUF法处理含镍废水重复性考察图，a-b分别表示为五次实验的截留率及回收比变化及相对标准偏差(RSD)。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。实施例1称取0.042gGemini表面活性剂用超纯水稀释为250ml2.4×10-4mol/L母液，从母液中移取1-10ml于10个10ml容量瓶中，配制成不同浓度标准溶液，分别测定室温下电导率，制c-σ图，求得临界胶束浓度。利用电导率法对阴离子型Gemini表面活性剂的临界胶束浓度进行测定。如图3a所示，在室温，pH值为中性的超纯水条件下，阴离子离子型Gemini表面活性剂的电导率在1.298×10-4mol/L处电导率出现明显拐点，这说明其在室温、中性条件下的临界胶束浓度(CMC)为1.298×10-4mol/L。与常用的传统单链表面活性剂SDS(CMC为7.770mmol/L)相比，阴离子离子型Gemini表面活性剂的临界胶束浓度下降约2个数量级。实施例21)将浓度为0、6.475×10-5、9.712×10-5、1.298×10-4、1.623×10-4、1.947×10-4mol/L制备好的Gemini投入到配制的5mg/L含镍废水中，电动搅拌器下剧烈搅拌30min。2)溶液静止3h，使溶液达到稳定状态。3)将原料液通过蠕动泵送入到超滤膜组件中，采取多级循环连续错流式操作模式，调节工作压力为0.07MPa，超滤时间为20min。4)20min后，用50mL比色管收集渗透液和浓缩液样品，同时记录此时的渗透液流量及浓缩液流量。5)用溴甲酚绿碱性分层滴定法测定渗透液及浓缩液中Gemini表面活性剂浓度；用电感耦合等离子体原子发射光谱测定渗透液及浓缩液中镍离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Gemini胶团强化超滤法处理含镍废水的工艺，其特征在于所述工艺步骤如下：1)将浓度为6.475×10‑5～1.947×10‑4mol/L的Gemini投入到2～6mg/L含镍废水中，电动搅拌器下搅拌20～40min；2)溶液静止2～4h，使溶液达到稳定状态；3)将原料液通过蠕动泵送入到超滤膜组件中，采取多级循环连续错流式操作模式，调节工作压力为0.05～0.09MPa，超滤时间为5～30min。

【技术特征摘要】
1.一种基于Gemini胶团强化超滤法处理含镍废水的工艺，其特征在于所述工艺步骤如下：1)将浓度为6.475×10-5～1.947×10-4mol/L的Gemini投入到2～6mg/L含镍废水中，电动搅拌器下搅拌20～40min；2)溶液静止2～4h，使溶液达到稳定状态；3)将原料液通过蠕动泵送入到超滤膜组件中，采取多级循环连续错流式操作模式，调节工作压力为0.05～0.09MPa，超滤时间为5～30min。2.根据权利要求1所述的基于Gem...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵立彦，陈玉秀，王炎，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23