吸附型乳化液膜净化磷矿区含氟地下水的传质机理研究

The potential effect and damage for the people, flora and fauna and ecological environment are gradually known and regarded as important because of the slow mobility and cumulativity of fluorine of groundwater in phosphate rock areas. The characteristic physicochemical property of fluorine of groundwater in phosphate rock areas and concomitant interfering ions have presented large difficulties to defluorinate by the current conventional five removing methods, especially in deep defluoridation. Based on the previous achievements, this research project plan to make use of the advantage of the adsorption technology and emulsion liquid membrane technology to synthesize a novel emulsion liquid membrane containing adsorbent. The surface physicochemical property and stability mechanism are researched by theoretical research, numerical calculation and experiment. The reaction-diffusion mass transfer mechanism and adsorption mass transfer mechanism for fluorine between the external water phase-film phase and film phase-internal water phase of emulsion liquid membrane system are used to study on the integrated and consolidated mass transfer mechanism and numerical modeling for providing the theoretical foundation to realize the deep defluoridation of groundwater in phosphate rock areas.

磷矿区地下水中的氟具有缓慢迁移性和累积性的特点，其对人、动植物及生态环境潜在的影响和危害逐渐被人们所认识和重视。而氟自身特有的物化性质和磷矿区地下水中大量干扰离子的共存，导致了对其处理的困难，尤其对深度净化磷矿区含氟地下水而言，目前的五种常规处理方法均存在一定的局限。本课题拟在已有研究工作的基础上，融合吸附法和乳化液膜萃取法两种除氟技术的优点，构建吸附型乳化液膜。通过理论研究、数值计算和实验，探究吸附型乳化液膜体系的界面物理化学和稳定性理论。对于氟在其液膜体系的外水相-膜相以及膜相-内水相间的反应-扩散传质机理和吸附传质机理进行深入地探讨，力争建立完整统一的传质理论和数学模型，以期为该体系在工业上应用于深度净化磷矿区含氟地下水奠定理论基础。

近年来，环境地质学家逐渐认识到磷矿区地下水氟污染对人、动植物及生态环境潜在的影响和危害，并强化从宏观和微观的角度研究氟在磷矿区地下水中的存在形式、分布规律、迁移转化和富集过程的物理化学作用特征，尤其重视开发地下水氟污染修复新技术。本课题在已有研究工作的基础上，对四川省沱江流域17个磷矿开采尾矿区进行了地下水水质调查，估算了每年氟污染物淋溶流失量，并提出磷矿开采尾矿区地下水污染防治对策。课题组采用微分传质的振动筛板萃取塔和两步法，成功制备W/O/W型吸附乳化液膜。利用毛细显微摄像技术和示踪剂方法，测定了液膜体系的溶胀率和破裂率，分析了吸附型乳化液膜构建过程中，实验条件对液膜体系稳定性的影响。考察了表面活性剂浓度、温度、pH 值和搅拌速度等实验条件影响下，氟在外水相-膜相间的液液传质系数。通过测定氟在两相中的平衡浓度，得到氟在两相中液液分配系数，考察了上述实验条件对液膜体系中两相间液液平衡的影响，建立了吸附型乳化液膜的反应-扩散传质模型。在此基础上，对动态吸附过程进行了系统性分析。根据动态吸附穿透曲线和动态吸附扩散系数，建立了液膜体系中膜相-内水相内吸附剂对氟动态吸附数学模型。基于以上研究成果，初步建立了氟在外水相-膜相间的反应-扩散传质模型，以及氟在膜相-内水相中的吸附传质模型，获得吸附型乳化液膜的反应-扩散传质模型和吸附传质模型，并初步建立完整统一的传质理论和数学模型。本项目研究工作的成果主要反映在目前6篇已出版的SCI收录论文和参加的2场国际学术会议中。目前，课题组正采用前期构建的吸附型乳化液膜和吸附传质数学模型，对四川省沱江流域某磷矿区两个布点的含氟地下水进行深度净化中试研究。