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        微乳液擬三元相圖體系制備研究*

        2017-03-13 06:15:30羅建洪李軍竇智慧朱新華代爽
        化學工程師 2017年2期
        關鍵詞:體系質量研究

        羅建洪,李軍,竇智慧,朱新華,代爽

        科研與開發(fā)

        微乳液擬三元相圖體系制備研究*

        羅建洪,李軍*,竇智慧,朱新華,代爽

        (四川大學化工學院,四川成都610065)

        微乳液萃取技術是一種新型的分離手段,而日益受到學者關注,本課題組擬以高效的二(2-乙基己基磷酸)(D2EHPA)為萃取劑,采用微如液萃取技術來提取NaH2PO4溶液中的Fe3+雜質,本文通過一系列實驗探究合適的微乳液組成體系,首先對以OP-10為表面活性劑,異戊醇為助表面活性劑,2mol·L-1HCl為內相體系的飽和溶水量進行研究,初步確定微乳液體系的范圍,再對在50℃下D2EHPA為萃取劑,磺化煤油為助劑,OP-10為表面活性劑,異戊醇為助表面活性劑,2mol·L-1HCl為內相溶液的微乳液擬三元體系相圖進行研究,研究結果對微乳液萃取的應用具有重要的理論指導意義。

        微乳液萃取;飽和溶水量;擬三元體系相圖

        微乳液這個概念是1959年由英國化學家J. H.Schulman提出來的,微乳液一般是由表面活性劑、助表面活性劑、油與水等組分在適當比例下組成的無色、透明(或半透明)、低粘度的熱力學體系[1]。由于其具有超低界面張力(10-6~10-7N·m-1)和很高的增溶能力(其增溶量可達60%~70%)的穩(wěn)定熱力學體系。Shinoda和Friberg認為微乳液是脹大的膠團。當表面活性劑水溶液濃度大于臨界膠束濃度值后,就會形成膠束,此時加入一定量的油(亦可以和助表面活性劑一起加入),油就會被增溶,隨著進入膠束中油量的增加,膠束溶脹微乳液,故稱微乳液為膠團乳狀液。由于增溶是自發(fā)進行的,所以微乳化也是自動發(fā)生的。微乳液的形成機理[2-6]主要包括雙重膜理論、幾何排列模型、R比理論。

        微乳液是在一定的條件下可以自發(fā)形成,是穩(wěn)定的熱力學體系,有可能克服乳狀液膜不穩(wěn)定和破乳困難、溶脹的缺陷,微乳狀液比乳狀液質點更小,因而具有更大的傳質面積能提高傳質效率,因此,微乳液膜已越來越廣泛用于萃取重金屬離子。吳瑾光等在這一研究領域做了開括性并具有前瞻性的工作,他們用NaOH水溶液和濃NH3·H2O對含萃取劑P204的萃取體系進行了皂化,形成穩(wěn)定、透明的微乳體系,并用該微乳液體系萃取金屬離子和稀土離子的時,取得了非常不錯的成果。Osseo-Asare則提請人們注意反膠束催化溶劑萃取反應的能力。而曾平[7,8]在利用微乳液研究P204萃取V(W)的過程中,萃取率可達99%以上。陳興龍[9],利用皂化P204微乳液膜萃取分離釩鐵,實驗結果表明,P204皂化微乳液萃取劑不僅熱力學穩(wěn)定性好,而且對釩鐵萃取分離的效果也較好,對釩的單級萃

        1 實驗部分

        1.1 原料、試劑

        選用萃取劑:D2EHPA(A.R.中達化工有限公司);稀釋劑:磺化煤油(中達化工有限公司);異戊醇(A.R.成都科龍化工有限公司);OP-10(A.R.成都科龍化工有限公司);36%濃HCl(A.R.成都科龍化工有限公司);實驗采用二次蒸餾水。取率達98%以上。常宏濤[10]等微乳液分離輕稀土元素,使得萃取率,達到87.5%左右,大大提高分離系數(shù)和增大萃取容量。因此,研究這種萃取體系,已受到普遍重視。

        與傳統(tǒng)的萃取技術相比,微乳相萃取技術發(fā)展尚不完善,至今仍沒有大規(guī)模工業(yè)化應用的實例,對其形成與穩(wěn)定機理的研究有待加強。從微乳相的形成角度,深入認識微乳相萃取分離技術之間的相互關系,對實現(xiàn)其工程應用具有重要的指導意義。本文嘗試以微乳液擬三元相圖體系制備為研究對象,從而達到調控微乳相結構,強化萃取分離的目的,研究結果為微乳液萃取技術應用提供重要理論指導。

        1.2 儀器

        HH-S水浴鍋(北京市中興偉業(yè)儀器有限公司);COIC倒置顯微鏡(重慶光學儀器廠)。

        2 結果與討論

        2.1 表面活性劑飽和溶水量的測定

        準確稱取一定量的表面活性劑于具塞三角瓶中,分別按表面活性劑(OP-10):助表面活性劑(異戊醇)=4∶1,3∶1,…,1∶3,1∶4(質量比)的比例,根據(jù)異戊醇的密度計算醇的體積,用移液管移取至三角瓶中,搖勻。在50℃下,用2mL微量滴定管向三角瓶中滴加2mol·L-1HCl水溶液,搖勻。目視法觀察溶液由清到混的變化,溶液渾濁后置于50℃水浴鍋靜止到分層為止,用分液漏斗分層,記錄析出HCl溶液的量,加入的鹽酸總量減去析出鹽酸總量為溶液吸收鹽酸溶液的質量,記錄吸收鹽酸的量,測定濁點,并繪制相圖,結果如圖2所示(由于溶脹現(xiàn)象,只根據(jù)前4組數(shù)據(jù)繪制相圖)

        隨著OP-10的增加,表面活性劑吸收HCl的量先減小后增大,但是當異戊醇與OP-10的質量比達到1:2開始,HCl在活性劑內達到溶散,不會飽和析出。

        圖1 顯微鏡下微乳液的照片F(xiàn)ig.1Samples of micro are examined by a microscopic camera.

        圖2 表面活性劑(OP-10)/助表面活性劑(異戊醇)/HCl三元體系相圖Fig.2Ternary phase diagram with OP-10 surfactant, isoamyl alcohol cosurfactant,and 2mol·L-1HCl

        2.2 微乳液體系擬三元相圖的繪制

        根據(jù)表面活性劑的飽和溶水量實驗,選擇表面活性劑OP-10與助表面活性劑異戊醇復配的較佳比例(異戊醇:OP-10=3:1),將兩者合并,作為三元相圖的一個頂點。分別按(表面活性劑+助表面活性劑)∶混合油相=1∶9,1∶4,1∶3,…,4∶1, 5∶0(質量比)的比例,將三者加入到具塞三角瓶中,50℃下緩慢滴入2mol·L-1HCl溶液,搖勻,目視法觀察平衡體系的多相性,記錄由澄清到渾濁到分層的變化,記錄濁點。實驗結果見圖3。

        圖3 混合表面活性劑/混合油相/HCl擬三元體系相圖Fig.3Pseudoternary phase diagram of microemulsion system

        由圖3可以看出,隨著混合表面活性劑所占質量比的增加,體系中所能包含的HCl質量也在不斷增加。

        3 結論

        (1)表面活性劑OP-10與助表面活性劑異戊醇在質量比1:3,獲得較佳的2mol·L-1HCl飽和容量;

        (2)隨著混合表面活性劑所占質量比的增加,體系中所能包含的HCl質量也在不斷增加。

        [1]石碩,魯潤華,汪漢卿.SDBS/正辛烷/正丁醇/鹽水體系中相微乳液微觀結構的研究[J].化學研究與應用,1998,10(6):600-604.

        [2]崔正剛,段富珊.微乳化技術及應用[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,1999,73-100.

        [3]梁文平.乳狀液科學與技術基礎[M].北京:科學出版社,2001,211-235.

        [4]朱埗瑤,趙振國.界面化學基礎[M].北京:化學工業(yè)出版社,1996,159-163.

        [5]杜永鋒,呂方.微乳狀液體系應用研究進展[J].化學世界,1999,(10):511-513.

        [6]王雪松.微乳法制納米無機顏料的研究[J].(碩士學位論文)天津:天津大學,1999.

        [7]曾平,雷昱.皂化二-(-2乙基己基)磷酸微乳液及其萃取VO2+的紅外光譜研究[J].稀有金屬,1998,22(3):180-184.

        [8]曾平,魏紅梅,蘇國鈞,等.皂化P204萃取劑的微乳狀液及其對釩(W)的萃取機理研究[J].湘潭大學自然科學學報,1995,17(4):64-68.

        [9]陳興龍,朱火清,吳海鷹,等.皂化P204微乳液膜萃取分離釩鐵的研究[J].材料研究與應用,2008,2(2):137-140.

        [10]常宏濤,吳文遠,涂贛峰,等.P204-HCl-H3cit體系萃取分離輕稀土的研究[J].稀土,2008,29(3):18-21.

        Study on the pseudoternary phase diagram of the microemulsion system*

        LOU Jian-hong,LI Jun*,DOU Zhi-hui,ZHU Xin-hua,DAI Shuang
        (Dep.of Chemical Engineering,Sichuan University,Chengdu 610065,China)

        Microemulsion extraction is a new method for separating solutes from aqueous solution.The effective two(2-ethylhexyl phosphate)(D2EHPA)is empolyed as extractant.The abilities to extract Fe3+from sodium dihydrogen phosphate(NaH2PO4)solution with the separation methods of micro emulsion extraction has been considering in our research,through a series of experiments on microemulsion the appropriate composition of the fluid system.First of all,the saturated water solubility were studied to preliminary determine the scope of microemulsion system by taking OP-10 as surfactant,isoamyl alcohol as cosurfactant,2mol·L-1HCl as the internal phase system.Then pseudoternary phase diagram of the system was studied by employing D2EHPA as extractant,sulfonated kerosene as additives,OP-10 as surfactant,isoamyl alcohol as cosurfactant,2mol·L-1HCl microemulsion solution as the internal phase.The research results have important theoretical significance for application of microemulsion extraction.

        microemulsion extraction;saturated water solubility;pseudoternary phase diagram

        X824

        A

        10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20170215

        2016-10-21

        四川省基礎應用研究項目(2014JY0079)

        羅建洪(1980-),男,副教授,2010年畢業(yè)于四川大學化學工藝專業(yè),博士,現(xiàn)從事分離與純化技術科研研究。

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