HA／煤油／NaOH微乳体系萃取废水中Cd2＋和Zn2＋的研究

周富荣，雷 新

（江汉大学 化学与环境工程学院，湖北 武汉 430056）

HA／煤油／NaOH微乳体系萃取废水中Cd2＋和Zn2＋的研究

周富荣，雷 新

（江汉大学 化学与环境工程学院，湖北 武汉 430056）

研究了NaOH皂化HA的微乳体系的配方，通过HA／煤油／NaOH微乳体系萃取分离含Cd2＋、Zn2＋废水的研究，考察了HA与煤油的体积比、NaOH的浓度、乳水比、萃取分离时间等因素对Cd2＋、Zn2＋萃取率的影响。实验结果表明，当HA与煤油的体积比为1∶2.5，NaOH浓度为1.5mol／L，乳水比为1∶3（体积比）时，萃取6min，该微乳体系对Cd2＋和Zn2＋的单级萃取率分别为99.23%和97.51%。通过调节萃取相的pH值和适当的油水比，可较好地实现反萃取和油相的回收，当调节油相pH为1、油水比为1∶3时，Cd2＋和Zn2＋的反萃率分别为98.29%和97.38%。研究表明，该微乳体系具有稳定性好、工艺简单、成本低、膜相可自动破乳、油相可重复使用、萃取效率高等优点。

微乳液；二-（2-乙基己基）磷酸酯；镉离子；锌离子；萃取；反萃取

经济的快速发展也带来了废水的大量排放，土壤和水源中重金属积累加剧。重金属废水是对水体污染最严重和对人类危害最大的工业废水之一。其最大的危害在于它会通过食物链而积累、富积，以致直接作用于人体而引起严重疾病或促使慢性病的发生。因此，如何把这些重金属离子从废水中分离出来已成为国内外学者的重要研究课题［1-2］。近年来，采用微乳液萃取分离废水中重金属离子取得了很大的进展，Dantas等［3］以皂化椰子油为表面活性剂，正丁醇为助表面活性剂，煤油为油相制备Winsor型微乳液，研究对重金属离子的萃取。潘荣楷等［4］采用油酸／正丁醇／碳酸钠水溶液组成的微乳体系对水相中Cu2＋进行了萃取研究，考察了微乳体系组成、水相的pH值、膜水比、搅拌时间以及水相中NaCl盐度等实验参数对萃取率和微乳体系乳化的影响。曾平等［5］研究用不同浓度的NaOH、NH3·H2O和Na2CO3皂化HA／煤油体系萃取钒（Ⅳ）。陈兴龙等［6］用皂化P204微乳液膜萃取分离钒铁的研究，分离出了铁与钒。龚福忠等［7］进行了微乳液膜法萃取Nd3＋的研究，考察盐酸浓度、温度、料液浓度、缓冲剂对萃取Nd3＋的影响。

近几年来，笔者在利用二－（2－乙基己基）磷酸的（简称HA）经皂化后形成的微乳液处理工业废水方面也取得了一些成果［8－10］。与其它微乳体系相比，皂化后的HA不需要助表面活性剂即能形成稳定的微乳液，且制乳和破乳均比较容易［11-12］。本研究采用HA／煤油／NaOH微乳体系处理含Cd2＋与Zn2＋混合离子废水，探讨该微乳体系对混合离子的萃取能力。

1 实验

1.1 实验药品及仪器

煤油，市售工业品；二－（2－乙基己基）磷酸酯 （简写成HA），化学纯，国药集团化学试剂有限公司；其他试剂均为分析纯。PHS－2型酸度计（上海雷磁仪器厂）；磁力搅拌器 （上海司乐仪器有限公司）；火焰原子吸收光度仪器（北京瑞利分析仪器有限公司）。

1.2 微乳液的制备

将HA和煤油按一定比例加入制乳器中，在常温磁力搅拌下，向其中缓慢滴加一定浓度的NaOH溶液，当体系由浑浊逐渐变为均一透明液体时，即得W／O型微乳液。

1.3 Cd2＋和Zn2＋的萃取

将W/O微乳液和待处理的浓度为100 mg／L含Cd2＋和Zn2＋的废水按一定的乳水比混合，充分振荡后，静置分层。考察内相NaOH的浓度、HA与煤油的体积比、乳水比、萃取时间等因素对Cd2＋、Zn2＋的萃取率的影响。取下层水相用火焰原子吸收法测定残留Cd2＋与Zn2＋含量，并计算Cd2＋的萃取率。上层有机相 （油相）用于反萃，回收Cd2＋与Zn2＋并计算反萃取率。

1.4 反萃实验

在1.3的优化萃取实验条件下进行萃取和反萃取实验，通过加酸调节萃取相pH值和油水比，震荡静置后，分离出有机相 （回收再利用）和水相，测定水相中Cd2＋的含量，计算反萃取率。

2 实验结果及讨论

2.1 水乳比对萃取率的影响

水乳比为外水相与微乳相的体积比，固定内水相NaOH的浓度为1.5mol／L，HA与煤油体积比为 1∶2.5，萃取时间为6 min，取不同的水乳比，考察水乳比对萃取率的影响，结果见图1。

图1 水乳比对Cd2+和Zn2+萃取率的影响

由图1可知，水乳比小于3时，Cd2＋和Zn2＋的萃取率均较高，且分层迅速；水乳比大于3时，随着水乳比的增大，两种离子的萃取率均迅速下降，且分层时间明显增加，水相与油相的澄清度也较差。综合考虑，实验选用最适宜水乳比3，即乳水比为1∶3。

2.2 HA与煤油的体积比对萃取率的影响

取NaOH的浓度为1.5mol／L，乳水比为1∶3，萃取时间为6 min，取不同的HA与煤油体积比分别分别制备微乳液，考察HA与煤油体积比对萃取率的影响，其结果见图2。

图2 HA与煤油的体积比对Cd2+和Zn2+萃取率的影响

由图2可以看出，当HA与煤油的体积比大于1∶2.5时，HA的体积含量越高，微乳液的黏度越高，萃取率越低；当HA与煤油的体积比小于1∶3时，随着微乳液中HA的体积含量的下降，Cd2＋、Zn2＋离子萃取率也逐渐下降；当HA与煤油的体积比小于1∶3.5时，即HA的体积含量过低时，该体系难以形成均一透明的微乳液。故实验选择HA与煤油最佳体积比为1∶2.5。

2.3 NaOH浓度对萃取率的影响

取HA与煤油比为1∶2.5，乳水比为 1∶3，萃取时间为6 min，采用不同浓度的NaOH分别配制微乳液，考察NaOH的浓度对萃取率的影响，其结果见图3。

图3 NaOH浓度对Cd2+和Zn2+萃取率的影响

由图3可知，随着NaOH浓度的增大，Cd2＋、Zn2＋离子的萃取率逐渐增大。当NaOH浓度到达1.5 mol／L时，两种离子的萃取率到达最大。NaOH浓度继续增大，其萃取率开始下降。当NaOH的浓度太低时，由于HA的皂化率太低，因而导致镉与锌离子的萃取率较低；当NaOH的浓度大于1.5 mol／L时，随着NaOH的浓度的升高，萃取率明显下降。这是由于NaOH浓度太高，会使液膜的稳定性下降并导致溶胀现象；另一方面，游离的Na＋浓度增多，由于同离子效应不利于Cd2＋、Zn2＋的萃取。综合考虑，实验选用1.5mol／L的NaOH溶液作为内水相，维持HA的皂化率在80%左右比较合理。

2.4 方法重现性

微乳液萃取Cd2＋和Zn2＋的重现性也是需要考虑的一个重要因素，它可以显示该方法的稳定性。在上述优化实验条件下，即：内相NaOH的浓度为1.5mol／L、HA与煤油的体积比为1∶2.5、乳水比为1∶3、萃取时间为6 min，重复3组实验，其结果见表1。由实验结果可以看出，该微乳体系萃取Cd2＋、Zn2＋的重现性较好。

表1 方法重现性实验 /%

2.5 油相pH值对反萃取率的影响

在2.4萃取实验基础上，取上层萃取相 （油相）进行反萃取，固定油相和水的体积比为1∶3，用HNO3调节油相的pH值，充分震荡后静置分层，测定水相中Cd2＋、Zn2＋的含量。油相pH值对反萃取效果的影响见图4。

图4 pH对反萃取率的影响

由图4可知，当pH＝1时，具有最大的反萃取率。随pH值的增大，Cd2＋、Zn2＋萃取率不断减少。由萃取机理可知，该微乳体系起萃取作用的是NaOH与HA形成的络合物，加酸破坏了这种络合物，即破坏了原微乳液体系，Cd2＋、Zn2＋从油相回到水相。pH值越小，对络合物的破坏越大，还原越完全，反萃取的效果就越好。

2.6 油水比对反萃取率的影响

固定萃取相（油相）的pH为1，考察不同的油相与水相的体积比对反萃效果的影响，结果见图5。由图中可以看出，适当减小油水比，有利于反萃取率的提高，但油水比过小，将增加金属离子的浓缩成本。

图5 油水比对反萃取率的影响

3 结论

（1）HA／煤油／NaOH体系在一定条件下能形成稳定的微乳液，且不需要助表面活性剂。采用该微乳液作为液膜处理浓度分别为100 mg／L含Cd2＋和Zn2＋废水，该微乳体系对Cd2＋和Zn2＋的单级萃取率分别为99.23%和97.51%。该微乳液萃取稳定性好、分离速度快、工艺简单。

（2）通过调节萃取相的pH值和适当的油水比，可较好地实现反萃和油相的回收，Cd2＋和Zn2＋的反萃取率分别为98.29%和97.38%。

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［6］ 陈兴龙，朱火清，吴海鹰，等.皂化P204微乳液膜萃取分离钒铁的研究［J］.材料研究与应用，2008，2（2）：137－140.

［7］ 龚福忠，李成海，马培华，等.微乳液膜法萃取钕［J］.化工学报，2003，54（11）：1569－1574.

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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

叶 冰）

TQ028

A

1673-0143（2012）02-0035-04

2011－12－06

周富荣 (1964—)，女，教授，研究方向：微乳液在萃取分离和纳米材料制备中的应用。