分享：雙水相微乳液膜體系萃取鈷、鎳研究

隨著濕法冶金的發(fā)展及其應(yīng)用，其工藝過程不斷出現(xiàn)了新技術(shù)[1]。隨著生物化工學(xué)科的發(fā)展，適用于分離提純痕量的生物活性物質(zhì)的新型萃取過程應(yīng)運(yùn)而生——雙水相萃取[2]。此技術(shù)具有易于放大各種參數(shù)的特點(diǎn)，可以按比例放大各種參數(shù)而產(chǎn)物收率并不降低；雙水相系統(tǒng)之間的傳質(zhì)和平衡過程速度快，回收效率高，相對(duì)于某些分離過程來說，能耗較小，速度快；易于進(jìn)行連續(xù)化操作，設(shè)備簡單，且可直接與后續(xù)提純工序相連接，無需進(jìn)行特殊處理；兩相間張力大大低于有機(jī)溶劑與水相之間的相間張力，相分離條件溫和，整個(gè)操作過程在常溫常壓下進(jìn)行；不存在有機(jī)溶劑殘留問題，高聚物一般是不揮發(fā)性物質(zhì)，因而操作環(huán)境對(duì)人體無害；親和雙水相萃取技術(shù)具有可以提高分配系數(shù)和萃取的專一性等特點(diǎn)[3]，并廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域。微乳液膜是由水(或水溶液)、油、表面活性劑、助表面活性劑構(gòu)成的穩(wěn)定的熱力學(xué)體系[4]，能克服乳狀液膜不穩(wěn)定、操作流程長和破乳困難的缺陷，且操作簡單、使用成本低廉、具有更大的傳質(zhì)面積[5-8]，能有效提高萃取效率，是富集、分離、提純金屬離子的重要途徑之一[9]。本文以2-乙基己基磷酸（P204）為載體、磷酸三丁酯（TBP）為改性劑，煤油為表面活性劑，氫氧化鈉、碳酸鈉和氨水分別為皂化劑，研究建立了雙水相微乳液膜萃取體系分離鈷、鎳的方法。

1.   實(shí)驗(yàn)部分

1.1   主要試劑與儀器

儀器：WFJ7200型紫外可見分光光度計(jì)（上海龍尼柯儀器有限公司），DJ1C增力電動(dòng)攪拌器（江蘇大地自動(dòng)化儀器廠），數(shù)顯電子天平（上海梅特勒-托利多儀器有限公司），PHS-3C型數(shù)字酸度計(jì)（上海鵬順科學(xué)儀器有限公司）。

試劑：P204（2-乙基己基磷酸）（AR），TBP(磷酸三丁酯)（AR），煤油（工業(yè)），氨水(AR)，化學(xué)試劑均為分析純。

1.2   實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1   萃原液的配制

分別準(zhǔn)確稱取12.00 g CoCl2·6H2O標(biāo)準(zhǔn)品和13.00 g NiSO4·6H2O標(biāo)準(zhǔn)品于燒杯中，溶解，轉(zhuǎn)移至500 mL容量瓶中并定容，配制得到濃度為0.1 mol/L的鈷、鎳單一標(biāo)準(zhǔn)溶液。分別準(zhǔn)確移取50.00、40.00、30.00、20.00和10.00 mL鈷鎳單一標(biāo)準(zhǔn)溶液于50.00 mL同一容量瓶中，稀釋定容至刻度，即得到濃度分別為0.10、0.08、0.06、0.04和0.02 mol/L系列不同濃度含鈷鎳的萃原液。

1.2.2   微乳液膜雙萃取體系的制備

分別準(zhǔn)確移取10 mL P204，5 mL TBP和85 mL煤油標(biāo)準(zhǔn)樣品于200 mL的潔凈燒杯中，室溫下在磁力攪拌器上攪拌，邊攪拌邊向其中緩慢滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的氫氧化鈉溶液，當(dāng)體系由渾濁逐漸變?yōu)榫煌该饕后w時(shí)，皂化微乳液配制完成，即得油包水（W/O）型微乳液。

1.2.3   實(shí)驗(yàn)步驟

取10 mL樣品于50 mL燒杯中，調(diào)節(jié)萃原液pH值為2.0，加入20 mL微乳液，攪拌10 min（轉(zhuǎn)速300 r/min）；液體倒入分液漏斗中靜置10 min分層，移取萃余液2 mL于50 mL容量瓶中，定容，一份用于鈷離子的測定，另一份用于鎳離子的測定。在乳液中加入4 mL濃度為3 mol/L的HCl，攪拌30 min，完成破乳，收集水相，重復(fù)3次破乳，分別移取2 mL水相溶液兩份，并轉(zhuǎn)移至250 mL容量瓶中稀釋定容，分別進(jìn)行鈷鎳離子的檢測。

1.2.4   檢測方法

鈷離子的檢測：一份萃余液分別依次加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%的乙酸銨5 mL，H2SO4（1∶2）4滴，質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%亞硝基紅鹽10 mL，加水至刻度并搖勻，避光顯色10 min，采用紫外可見分光光度計(jì)進(jìn)行檢測，檢測波長為550 nm。

鎳離子的檢測：另一份萃余液依次加入酒石酸鈉（質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%）10 mL，用氫氧化鈉（質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%）溶液5 mL，加熱過硫酸銨（質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%）5 mL，混勻放置2 min，再加入丁二酮肟（質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%）5 mL，用蒸餾水稀釋至刻度混勻，放置10 min；采用紫外可見分光光度計(jì)進(jìn)行檢測，檢測波長為520 nm。

同樣的方法對(duì)兩份水相溶液進(jìn)行鈷鎳離子的測定。

2.   結(jié)果與討論

2.1   線性回歸方程

分別準(zhǔn)確移取濃度為0.1 mol/L的鈷、鎳單一標(biāo)準(zhǔn)溶液50、40、30、20和10 mL于50 mL容量瓶中，加水稀釋定容至刻度，配制得到濃度分別為0.10、0.08、0.06、0.04和0.02 mol/L的系列鈷、鎳單一標(biāo)準(zhǔn)溶液。按照檢測方法制作鈷、鎳標(biāo)準(zhǔn)線性方程。以溶液濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，鈷、鎳線性回歸方程分別是A=9903.6c+0.008，r=0.9997；A=10110c-0.006，r=0.9999，式中A為吸光度，c為濃度，r為相關(guān)系數(shù)。

2.2   分離含鈷、鎳萃原液的工藝條件研究

2.2.1   載體比例的選擇

微乳液體系中載體比例不同，對(duì)制乳和萃取效果均有影響。實(shí)驗(yàn)中考察了P204比例為6%、10%、14%、18%、22%對(duì)濃度為0.06 mol/L鈷、鎳萃原液進(jìn)行萃取和反萃取，結(jié)果見圖1。由圖可知，隨著P204比例的逐漸增大，微乳液膜雙萃取體系對(duì)鈷、鎳的萃取率呈先升后降的趨勢，當(dāng)達(dá)到10%時(shí)，鈷鎳萃取率均達(dá)一個(gè)較大值，綜合考慮各種因素，選擇10%作為P204最佳比例。

2.2.2   萃原液pH值的選擇

采用0.06 mol/L的鈷鎳混合溶液為萃原液，按照既定實(shí)驗(yàn)步驟和方法，調(diào)整萃原液的pH值分別為1.0、2.0、3.0、4.0、5.0，結(jié)果見圖2。由圖2可知，鈷的萃取率隨著pH的升高基本不變，但鎳的萃取率隨著pH的升高出現(xiàn)先升后降趨勢，因此，實(shí)驗(yàn)中選擇溶液pH值為2.0。

2.2.3   皂化劑的選擇

在微乳液膜雙萃取體系的制備過程中，按照分離含鈷、鎳萃原液的工藝條件和步驟，實(shí)驗(yàn)考察了不同的皂化劑對(duì)分離效果的影響，考察了氨水、氫氧化鈉、碳酸鈉作為皂化劑能否分離鈷鎳離子。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這三種皂化劑均能分離鈷鎳離子。

2.2.4   萃取時(shí)間的選擇

萃取時(shí)間越長，乳液與萃原液接觸的時(shí)間越充分。實(shí)驗(yàn)對(duì)萃取時(shí)間為2、4、6、8和10 min的萃取效果，結(jié)果見圖3。由圖3可知，鈷鎳的萃取率隨時(shí)間的增加而升高，當(dāng)萃取時(shí)間為10 min時(shí)鈷鎳萃取率都已大于98%，因此，最佳萃取時(shí)間為10 min。

2.2.5   乳水比例的選擇

按照分離含鈷、鎳萃原液的工藝條件和實(shí)驗(yàn)方法，改變油水相比R（R=V(O):V(W)）依次為1∶2、1∶1.5、1∶1、1.5∶1、2∶1的情況，探討乳水比對(duì)分離鈷鎳的影響。由圖4可知，隨油水相比R的增大，鈷萃取率趨勢升高，在水油相比R=2∶1時(shí)鈷的萃取率最高而且變化相對(duì)較平緩；實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)油水相比越小，油水相之間界線比較模糊不利于兩相分離。綜合考慮，油水相比R=2∶1作為分離鈷鎳混合液的最佳條件。

3.   結(jié)束語

（1）建立了分離鈷鎳的微乳液膜雙萃取體系，10%P204+5%TBP+85%煤油的氨水、氫氧化鈉、碳酸鈉皂化微乳液，調(diào)節(jié)萃原液pH為2.0，在油水相比V(O)∶V(W)為2∶1時(shí)，萃取10 min可以使?jié)舛葹?.06 mol/L萃原液體系中的鈷鎳最大程度分離。

（2）采用微乳液膜雙萃取體系萃取效率可達(dá)98%以上，對(duì)于共生離子的分離效果好，而且破乳容易，適用于痕量成分的分離富集，可用于工業(yè)廢水、殘?jiān)薪饘匐x子的回收利用和分離富集。

參考文獻(xiàn)

[1]馬榮駿. 濕法冶金新發(fā)展. 濕法冶金, 2007,26(101):1

[2]靳海波, 徐新, 何廣湘, 等. 化工分離過程. 北京: 中國石化出版社, 2008.

[3]譚平華, 林金清, 肖春妹. 雙水相萃取技術(shù)研究進(jìn)展及應(yīng)用. 化工生產(chǎn)與技術(shù), 2003,10(1):19doi: 10.3969/j.issn.1006-6829.2003.01.007

[4]羅越, 馮汕城, 沈興海. 反相膠束與微乳液萃取分離金屬離子研究進(jìn)展. 核化學(xué)與放射化學(xué), 2021,43(1):21

[5]孫峰, 丁力進(jìn). Triton x-114無機(jī)鹽雙水相萃取紡織品中的鎘. 中國纖檢, 2018(4):80doi: 10.3969/j.issn.1671-4466.2018.04.025

[6]李英, 張利華, 郭勝惠, 等. P507微乳液膜萃取分離鈷鎳研究. 有色金屬工程, 2016,6(6):40doi: 10.3969/j.issn.2095-1744.2016.06.009

[7]徐志剛, 季尚軍, 王朝華, 等. 溶液中鎳鈷萃取分離技術(shù)研究狀況. 濕法冶金, 2018,37(5):342

[8]余萍, 劉漢星. 微乳液萃取分離銅和鈷鎳的研究. 礦冶工程, 2014,34(1):89doi: 10.3969/j.issn.0253-6099.2014.01.024

[9]時(shí)雷. 微乳液萃取分離廢渣中的重金屬[學(xué)位論文]. 沈陽: 沈陽理工大學(xué), 2015.

文章來源——金屬世界