泡沫分离法回收水溶液中微量钼（Ⅵ）的研究

张翰林，张永强，王 静，时美玲，赵孝先

（燕山大学环境与化学工程学院，河北秦皇岛 066004）

泡沫分离法回收水溶液中微量钼（Ⅵ）的研究

张翰林，张永强，王 静，时美玲，赵孝先

（燕山大学环境与化学工程学院，河北秦皇岛 066004）

以十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）为表面活性剂，采用自制的泡沫分离塔回收水溶液中的微量钼（Ⅵ），考察了溶液pH、空气流量、表面活性剂质量浓度等对钼（Ⅵ）回收率和富集率的影响，并对该过程进行动力学分析。实验结果表明：随溶液pH增加，钼（Ⅵ）的富集率和回收率均先增加后减少；随CTAC浓度增加，钼（Ⅵ）的回收率增加而富集率减少；随空气流量增加，钼（Ⅵ）的富集率减少而回收率先增加后减少。在溶液pH为9、气体流量为200 mL/min、表面活性剂质量浓度为0.30 g/L条件下，钼（Ⅵ）的回收率达到90%，富集倍数达到10倍。动力学分析表明，泡沫分离钼（Ⅵ）的过程是零级动力学过程，拟合方程为ρ=-0.288 8t+4.290 4，R2=0.993 8。

泡沫分离；CTAC；钼

随着钼应用领域的不断扩大，对钼及其化合物的需求量也在不断增加，仅靠从天然矿石中提取钼及其化合物已经不能满足现代科技发展的需要，所以，对钼资源的回收利用就具有重要的战略意义。近些年，中国钼行业日益重视一次资源的综合利用和二次资源的回收利用［1］。泡沫分离（foam fractionation）技术是近几十年发展比较快的一种新型分离技术，主要用于低浓度溶质的提取和分离。通常把利用气体在溶液中鼓泡以达到分离或浓缩的技术称为泡沫分离技术。泡沫分离技术由于分离效率高、设备简单、能耗低以及对环境友好等特点日益受到科技界的广泛关注［2-3］。特别是在无机盐分离提取领域，很多学者进行了深入研究［4-11］。但是关于钼的泡沫分离研究尚未见报道。笔者采用阳离子表面活性剂CTAC，对泡沫分离法回收水溶液中的微量Mo（Ⅵ）进行了实验研究，取得了较为满意的结果。

1 实验部分

1.1 原料与仪器

原料：钼酸钠、CTAC、氢氧化钠等均为分析纯。

仪器及设备：722s紫外-可见分光光度计；LZBFB转子流量计；PHS-25数显pH计。实验装置为自制泡沫塔，如图1所示。

1.2 实验原理

在中性或碱性条件下，CTAC［（CH3）3NC16H33Cl］在水溶液中电离生成（CH3）3和Cl-，与发生如下反应：

生成的 ［（CH3）3NC16H33］2MoO4吸附在气泡的气液界面上，随气流鼓出在泡沫层富集。采用以下参数计算泡沫分离效率：

式中：E为泡沫分离过程结束时溶质的富集率；φ为回收率；ρ0为原始料液Mo（Ⅵ）质量浓度，mg/L；ρ为泡沫夜中Mo（Ⅵ）质量浓度，mg/L；V为过程终了时泡沫液体积，mL；V0为原始料液体积，mL。

1.3 实验方法

将定量Na2MoO4溶液［ρ（Mo）=10 mg/L］加入泡沫分离塔，加入一定量CTAC，然后通入气体。考察阳离子表面活性剂质量浓度、气体流量以及溶液pH等对分离效果的影响规律。Mo（Ⅵ）的测定采用苯芴酮分光光度法［12］。

2 结果分析与讨论

2.1 表面活性剂质量浓度的影响

设定气体流量为200 mL/min，pH为9，考察CTAC质量浓度对分离效果的影响，结果如图2所示。由图2可知，随CTAC质量浓度的增大，Mo（Ⅵ）的回收率逐渐增大，最高达到92.83%，富集率则逐渐减小，变化明显。这是因为，随着表面活性剂质量浓度的增大，鼓气所生成的泡沫量也随着增大，而且泡沫的稳定性也随之增强，泡沫之间夹带的间隙水量也随之增大，故破沫后液量也增大，Mo（Ⅵ）浓度会减小，而泡沫上吸附的的总量是增加的，所以回收率会增加。表面活性剂用量增加到一定程度时，其在气液界面处的吸附量也将达到饱和，故再增加表面活性用量并不会增大吸附量。综合考虑，选择表面活性剂用量为0.30 g/L。

2.2 溶液pH的影响

设定气体流量为200 mL/min，CTAC质量浓度为0.30 g/L，考察pH对分离效果的影响，结果见图3。由图3可以看出，当溶液pH为9时，富集率和回收率都达到最大值。这是因为，当溶液pH＜9时，随着pH的增加，CTAC表面活性增强，发泡能力增加，泡沫分离的效果有所提高；pH=9时CTAC表现出一些特殊的理化性质，表面活性和发泡能力都达到最佳值，其在气液界面的吸附量也达到最大值；但是随着pH继续升高，分离效果反而下降。由静电吸附原理可知，pH升高，溶液中的氢氧根的浓度增加，会与产生竞争，并优先与CTAC电离的阳离子结合并吸附到气液界面，减少了CTAC电离的阳离子与的结合并吸附到气液界面的机率，使分离效果下降。

2.3 气体流量的影响

设定CTAC质量浓度为0.30 g/L，pH为9，考察气体流量对分离效果的影响，结果如图4所示。由图4可知，随着气体流量的增加，富集率逐渐下降，而回收率先增加后减小。气体流量对泡沫分离的影响主要体现在其对流体力学特性的影响。当气体流量较低时，所形成的气泡体积小，并且在溶液中停留的时间较长，使气液界面的吸附传质得以充分进行，因此富集率比较高，但是泡沫间隙水量较少，实验结束后破沫液体积很小，故回收率较低；随着气体流量的增大，虽较易形成气泡，但气泡在溶液中的停留时间缩短，气、液两相传质不充分，泡沫体积较大并且气泡夹带的泡沫间隙水体积增加明显，实验结束后破沫液体积量增加明显，所以回收率是增大的，但是气流速度大于400 mL/min以后，气流速度较大，操作极不稳定，所以出现回收率下降。综合考虑富集率和回收率，选择气流速度为200 mL/min。

2.4 动力学分析

设定表面活性剂质量浓度为0.30 g/L，pH为9，气体流量为200 mL/min，考察处理时间对料液中Mo（Ⅵ）质量浓度的影响，结果见图5。由图5可见，0~4 h Mo（Ⅵ）质量浓度变化较大，4 h之后Mo（Ⅵ）质量浓度变化梯度较小，14 h之后Mo（Ⅵ）质量浓度减小到一定值后变化缓慢，直到泡沫分离过程结束。在整个泡沫分离过程中泡沫层在前12 h较稳定，并且泡沫分布均匀，大小基本一致，而剩余的几小时由于表面活性剂减少导致泡沫层不稳定，故对4~11 h Mo（Ⅵ）质量浓度变化作线性分析，得线性方程：ρ= -0.288 8t+4.290 4，线性相关系数R2=0.993 8，表明在此时间段内线性关系良好，符合零级动力学特征。

对4~11 h ln ρ0/ln ρ和时间的关系作图，再进行一级动力学方程拟合，结果如图6所示。线性拟合方程为：ln ρ0/ln ρ=0.215 2t+0.067 95，线性相关系数R2=0.960 11。表明线性关系较差，因此泡沫分离回收Mo（Ⅵ）的过程并不符合一级动力学特征，而只符合零级动力学特征，是零级动力学过程。

3 结论

实验研究结果表明，CTAC具有良好的起泡性，能有效回收水溶液中的微量钼（Ⅵ），可以作为泡沫分离Mo（Ⅵ）的表面活性剂。适宜操作条件：CTAC质量浓度为0.30 g/L，pH=9，气体流量为200 mL/min。在此条件下，钼（Ⅵ）的回收率可达90%。泡沫分离Mo（Ⅵ）的过程是零级动力学过程，拟合方程为ρ= -0.288 8t+4.290 4，线性相关系数R2=0.993 8。

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Study on recovering trace Mo(Ⅵ)from aqueous solution by foam fractionation method

Zhang Hanlin，Zhang Yongqiang，Wang Jing，Shi Meiling，Zhao Xiaoxian
（School of Environmental and Chemical Engineering,Y anshan University，Qinhuangdao 066004，China）

s：Trace Mo（Ⅵ）in aqueous solution was recovered by home-made foam fractionation tower with CTAC as the surfactant.Influences of pH of solution，air flow，and mass concentration of CTAC etc.on recovery rate and enrichment rate of Mo(Ⅵ)were investigated and the kinetics analysis was also made.Experimental results showed that both the recovery and enrichment rates increased at first and then decreased with the increasing of pH；the recovery rate increased but enrichment rate decreased with the increasing of CTAC concentration；the enrichment rate decreased，and the recovery rate increased at first and then decreased with the increasing of air flow.Recovery rate and enrichment rate of Mo(Ⅵ)were up to 90%and 10 times，respectively，under the conditions of pH=9，air flow of 200 mL/min，and CTAC mass concentration of 0.30 g/L.The kinetics analysis indicated that the fractionation process was zero order process and the fitted equation was ρ=-0.288 8t+ 4.290 4，R2=0.993 8.

foam fractionation；CTAC；molybdenum

TQ136.12

A

1006-4990（2012）06-0043-03

2012-01-14

张翰林（1986— ），男，硕士研究生，主要研究方向为绿色化学工艺与分离过程。

联 系 人：张永强

联系方式：zhangyongqiang4@163.com