Nghiên cứu quá trình trích ly với sự hỗ trợ của màng ứng dụng thu hồi indium từ dung dịch thải của công nghiệp điện tử TT

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận án: Hiện Việt Nam giới, việc nghiên cứu xử lý thu hồi kim loại có giá trị từ chất thải nhiều nhà khoa học công ty quan tâm, đặc biệt từ nguồn nước thải công nghiệp điện tử, loại chất thải chứa nhiều nguyên tố quý Đây việc làm có ý nghĩa mặt nhằm giải phần vấn đề môi trường, mặt giảm bớt nguy phụ thuộc vào nước thứ ba, tăng hiệu giảm chi phí sản xuất Một phương pháp sử dụng phổ biến để thu hồi kim loại, nguyên tố quý có giá trị nước thải cơng nghiệp phương pháp trích ly lỏng – lỏng có độ chọn lọc cao chi phí vận hành thấp Tuy nhiên, công nghệ thu hồi kim loại dựa phương pháp trích ly thơng thường có hệ thống thiết bị cồng kềnh, tiêu tốn nhiều dung môi yêu cầu trích ly nhiều bậc, hồn ngun nhiều bậc Để giải vấn đề này, tiến hành hồn ngun đồng thời với trích ly nhờ mơ đun màng kỵ nước đóng vai trị thiết bị tiếp xúc (cơng nghệ SLMSD) thiết bị phân riêng dầu – nước (ESMS) Do đó, luận án “Nghiên cứu q trình trích ly với hỗ trợ màng ứng dụng thu hồi Indium từ dung dịch thải công nghiệp điện tử” đặt mục tiêu chung cụ thể sau: Mục tiêu chung: nâng cao hiệu công nghệ xử lý thu hồi kim loại quý, đất nước thải cơng nghiệp phương pháp trích ly tăng cường Mục tiêu cụ thể: Khảo sát phương pháp trích ly tăng cường có SLMSD (Supported Liquid Membrane with Strip Dispersion – Phương pháp trích ly với hỗ trợ màng dung dịch hồn ngun phân tán pha hữu cơ) Đề xuất bước phát triển phương pháp trích ly tăng cường ESMS (Extraction-Stripping with Membrane as oil – water Separators - Phương pháp trích ly với hỗ trợ màng màng đóng vai trị thiết bị phân riêng dầu – nước) Đánh giá hiệu phương pháp ESMS so với phương pháp SLMSD trích ly truyền thống Xây dựng mơ hình cho ESMS nhằm đánh giá ảnh hưởng lưu lượng dòng qua màng (yếu tố ảnh hưởng định đến tốc độ hoàn nguyên), xác định tham số mơ hình giải mơ hình trường hợp tổng quát Đề xuất hướng nghiên cứu nhằm áp dụng công nghệ ESMS vào thực tế Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Thu hồi nguyên tố Indium dung dịch thải trình khắc axit cơng nghệ sản xuất hình tinh thể lỏng (LCD), dung dịch thải có thành phần đặc trưng sau: 200 mg/L In3+, 2% khối lượng axit oxalic, pH = Nghiên cứu, mơ hình hóa phát triển phương pháp trích ly với hỗ trợ màng ESMS nhằm thu hồi kim loại có giá trị Luận án thực với Ý nghĩa khoa học thực tiễn: Xử lý môi trường theo hướng thu hồi kim loại quý hiếm, nguyên tố đất cho phép thu nguồn kim loại quý hàng chục hàng năm đồng thời bảo vệ môi trường tránh làm cạn kiệt tài ngun Luận án đề xuất cơng nghệ trích ly hoàn nguyên đồng thời, liên tục sử dụng màng kỵ nước đóng vai trị phân riêng hệ dầu – nước, thực ba công đoạn thiết bị cho hiệu suất tách In3+ lớn có độ tinh khiết cao, giảm đáng kể thời gian thực trình so với cơng nghệ trích ly truyền thống, kích thước hệ thống nhỏ gọn, dễ vận hành Do đó, đề tài có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao, có khả triển khai thực tế Luận án dự kiến có đóng góp sau: (i) Phát triển công nghệ ESMS để thu hồi Indium Đây cơng nghệ có triển vọng áp dụng vào thực tế (ii) Xây dựng mơ hình tốn học, xác định thơng số mơ hình, giải toán trường hợp tổng quát cho hệ ESMS (iii) Đề xuất hướng phát triển dựa kết nghiên cứu luận án nhằm đưa công nghệ ESMS áp dụng vào thực tế Cấu trúc luận án: Luận án với 112 trang, bao gồm: Mở đầu (3 trang); Chương – Tổng quan (37 trang); Chương – Phương pháp nghiên cứu (15 trang); Chương – Nghiên cứu thu hồi Indium công nghệ SLMSD (12 trang); Chương - Nghiên cứu thu hồi Indium công nghệ ESMS (27 trang); Kết luận (2 trang); Danh mục cơng trình cơng bố tác giả với cơng trình (1 trang); Tài liệu tham khảo (6 trang) với 80 tài liệu; 16 bảng 63 hình vẽ NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN Nội dung luận án gồm chương Trong chương trình bày tổng quan phương pháp thu hồi kim loại từ nước thải, từ lựa chọn phương pháp thu hồi Indium thích hợp Do phương pháp trích ly truyền thống (SX) vận hành bậc nên thường yêu cầu trích ly nhiều bậc hồn ngun nhiều bậc Điều dẫn đến hệ thống thiết bị cồng kềnh lượng dung mơi tiêu tốn lớn Tiến hành trích ly hồn ngun đồng thời sử dụng màng kỵ nước giải vấn đề Từ đó, luận án đề xuất hai phương án cơng nghệ trích ly tăng cường cách kết hợp công nghệ truyền thống (dựa phương pháp trích ly) cơng nghệ tiên tiến (có trợ giúp màng chất lỏng), bao gồm cơng nghệ SLMSD cơng nghệ ESMS Chương trình bày đối tượng phương pháp nghiên cứu Chương nghiên cứu thu hồi Indium công nghệ SLMSD với màng đóng vai trị tạo bề mặt tiếp xúc pha Kết cho thấy tốc độ chuyển khối SLMSD nhỏ SX điều kiện diện tích tiếp xúc pha tạo màng nhỏ diện tích tiếp xúc pha tạo nhờ khuấy trộn Từ đó, cơng nghệ ESMS sử dụng diện tích tiếp xúc pha nhờ khuấy trộn, cịn màng đóng vai trị thiết bị phân riêng dầu – nước phát triển Chương phát triển công nghệ ESMS để thu hồi Indium Do cơng nghệ có triển vọng áp dụng vào thực tế nên cần đưa thông số để thiết kế hệ ESMS làm việc liên tục, nhằm ứng dụng cơng nghiệp Vì chương này, mơ hình cho q trình ESMS thiết lập nhằm nghiên cứu trình với mục tiêu đủ đơn giản (để nghiên cứu q trình) đồng thời thơng số mơ hình xác định dễ dàng dựa vào sổ tay (số liệu cân pha) nhờ thực thí nghiệm trích ly đơn giản Sơ đồ ESMS làm việc liên tục đề xuất cuối chương Kết luận luận án hướng nghiên cứu nhằm bước đưa công nghệ ESMS áp dụng cơng nghiệp trình bày phần cuối luận án Chương TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THU HỒI KIM LOẠI SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TRÍCH LY Sau tổng quan thu hồi kim loại quý từ nước thải nhận thấy trích ly phương pháp ứng dụng phổ biến để thu hồi Indium từ nước thải hay dịch hịa tách chất thải điện tử Do cơng nghệ xử lý nước thải thu hồi kim loại dựa phương pháp trích ly lựa chọn để thu hồi Indium từ dung dịch thải trình khắc axit công nghiệp sản xuất LCD Phương pháp trích ly truyền thống vận hành bậc, thường u cầu trích ly nhiều bậc, hồn ngun nhiều bậc dẫn đến hệ thống thiết bị cồng kềnh, lượng dung mơi tiêu tốn lớn Để giảm kích thước thiết bị lượng dung môi tiêu tốn, hai phương án trích ly tăng cường đưa q trình hồn ngun thực đồng thời với q trình trích ly: (i) Trích ly – Hồn ngun màng đóng vai trị tạo bề mặt tiếp xúc SLMSD Đây phương pháp nghiên cứu; (ii) Trích ly – Hồn ngun màng đóng vai trị thiết bị phân riêng pha ESMS Đây phương pháp mới, phát triển cách hệ thống luận án Tiến hành tổng quan nghiên cứu xử lý nước thải thu hồi kim loại nhận thấy: (i)SLMSD cho phép đạt nồng độ ion kim loại nước thải sau xử lý nhỏ mg/L đồng thời cho phép nâng cao nồng độ ion kim loại dung dịch hoàn nguyên nhờ điều chỉnh tỉ lệ thể tích nước thải vào dung dịch hoàn nguyên với độ ổn định màng lỏng cao nên quan tâm nghiên cứu nhằm ứng dụng công nghiệp, đặc biệt công nghiệp điện tử; (ii) Đã có nghiên cứu bước đầu đánh giá khả thu hồi Indium từ môi trường axit vô HCl, HNO3, H2SO4 SLMSD với kết tốt Khi nghiên cứu thu hồi Indium từ hình LCD thải cơng nghệ SLMSD, 94% Indium loại bỏ khỏi dung dịch đầu khoảng 20 phút; (iii) Hiện chưa ghi nhận nghiên cứu liên quan đến thu hồi Indium từ dung dịch chứa axit oxalic Lý dung dịch khắc axit truyền thống thường sử dụng axit vô hỗn hợp axit vô Mãi đến gần đây, axit hữu axit oxalic đưa vào sử dụng Cần lưu ý rằng: axit oxalic có khả cạnh tranh với D2EHPA để tạo phức với Indium, có mặt axit oxalic giảm tốc độ phản ứng trích ly đáng kể khiến cho q trình trích ly trở nên khó khăn nhiều; (iv) Hiện chưa ghi nhận nghiên cứu đề cập đến công nghệ ESMS Các thông số cho q trình trích ly tăng cường nhằm thu hồi Indium lựa chọn sau: (i) Dung mơi trích ly D2EHPA 0,08M pha lỗng Isopar-L;(ii) Nhiệt độ: 25 ± 10C; (iii) Dung dịch đầu có pH=1 (là giá trị pH đặc trưng nước thải q trình khắc axit); (iv) Dung dịch hồn nguyên HCl 5M; (v) Dung dịch đầu chứa 2% khối lượng axit oxalic (là nồng độ đặc trưng nước thải q trình khắc axit); (vi) Mơ đun màng sợi rỗng kỵ nước Liqui – Cel Membrana với diện tích màng 1,4 m2; (viii) Lưu lượng tuần hồn phía dung dịch đầu dung dịch hoàn nguyên L/phút Chương ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu Thu hồi Indium từ dung dịch 200 mg/L In3+, 2% khối lượng axit oxalic, pH = 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Phương pháp thực nghiệm 2.2.1.1.1 Phương pháp trích ly gián đoạn 360 ml dung dịch đầu chứa In3+ 540 ml dung mơi trích ly chứa D2EHPA hòa tan Isopar-L trộn lẫn khuấy Sau khoảng thời gian định, 3ml mẫu lấy pipet, sau ly tâm để phân riêng pha nước pha hữu Nồng độ Indium pha nước đo máy quang phổ hấp thụ nguyên tử (Perkin Elmer Aanalyst-200) Tất thí nghiệm thực tốc độ khuấy (540 rpm) nhiệt độ phòng (250C±1) Thời gian tiến hành thí nghiệm 60 – 150 phút 2.2.1.2 Phương pháp trích ly tăng cường SLMSD Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống SLMSD Hình 2.2 Quá trình chuyển khối qua màng Sơ đồ hệ thống SLMSD (hình 2.1) bao gồm: – Thùng chứa dung dịch đầu; – Bơm dung dịch đầu; – Mô đun màng sợi rỗng; – Thùng chứa dung dịch hoàn nguyên phân tán pha hữu cơ; 5Bơm dung dịch hoàn nguyên – dung dịch hữu Trong sơ đồ này, dung dịch đầu tiếp xúc dung mơi trích ly bề mặt màng tính kỵ nước màng ngăn cản dung dịch đầu qua mao quản màng Ở phía dung dịch đầu, ion kim loại Me+ (ở In3+) khuếch tán qua lớp biên, tiếp xúc với D2EHPA xảy phản ứng tạo phức Phức tạo thành khuếch tán qua màng sang phía dung dịch hoàn nguyên Tại bề mặt tiếp xúc hai pha phía dung dịch hồn ngun, phức phản ứng với axit mạnh tạo muối giải phóng D2EHPA tự Ở có hai dịng vật chất di chuyển ngược chiều nhau: dịng Me+ di chuyển từ phía dung dịch đầu sang phía dung dịch hồn ngun; dịng H+ di chuyển theo chiều ngược lại tạo nên hiệu ứng ghép cặp Chừng cịn trì chênh lệch nồng độ H+ dung dịch hoàn nguyên dung dịch đầu ion kim loại cịn vận chuyển sang phía dung dịch hồn ngun Vì phản ứng trích ly tạo H+ nên pH phía dung dịch đầu giảm Bằng cách giữ pH phía dung dịch đầu khơng đổi, chọn pH dung dịch hồn ngun nhỏ, trì grad(H+) Do vậy, hệ thống thiết bị SLMSD gọn gàng, tách triệt để ion kim loại Ở đây, trích ly Indium xảy bề mặt màng Vai trò mô đun màng sơ đồ cung cấp bề mặt tiếp xúc ổn định cho pha nước pha hữu Trong trình vận hành, pha nước chảy sợi rỗng dung dịch hoàn nguyên tuần hoàn bên Chênh lệch áp suất 0,3 bar phía dung dịch đầu dung dịch hồn ngun trì để ngăn khơng cho dung dịch hữu từ phía hồn ngun sang phía dung dịch đầu Tỉ lệ dung dịch đầu dung dịch hoàn nguyên (Vf/Vs) thường chọn Để đạt nồng độ indium dung dịch hồn ngun cao thay đổi tỉ lệ Các thơng số cho thí nghiệm SLMSD chọn dựa tổng quan tài liệu chương 2.2.1.3 Phương pháp trích ly tăng cường ESMS Sơ đồ ESMS với pha hữu hoàn nguyên gián đoạn (BESMS) Hình 2.4 Sơ đồ thí nghiệm hệ ESMS (F: lưu lượng kế; P: áp kế) 1-Thùng chứa dung dịch đầu; 2- cánh khuấy; – mô đun màng sợi rỗng; – thùng chứa dung dịch hoàn nguyên; – bơm tuần hoàn dung dịch hoàn nguyên; – bơm tuần hoàn dung dịch đầu; V1, V2 – van điều chỉnh Hai chế độ vận hành đưa ra: chế độ cân áp suất (no – flow scheme) chế độ thay đổi áp suất (oscillation scheme) Với chế độ cân áp suất, khơng có dịng dung dịch hữu qua màng Với chế độ thay đổi áp suất, ban đầu tăng áp suất phía dung dịch đầu để phức tạo thành chảy qua mao quản màng sang phía dung dịch hồn nguyên Sau thời gian định, lại điều chỉnh áp suất để pha dầu hoàn nguyên qua màng quay trở lại dung dịch đầu để tiếp tục thực q trình trích ly Chế độ cân áp suất (No-flow scheme): Trong trình vận hành, van V1, V2 điều chỉnh để giữ cân áp suất ống ngồi ống mơ đun màng, khơng có dịng qua màng Chế độ thay đổi áp suất (Oscillation scheme):Trước hết hệ vận hành với chế độ cân áp suất phút, sau 150 ml dung dịch hữu bơm từ phía trích ly sang phía hồn ngun cách điều chỉnh van Tiếp đó, van điều chỉnh lại để chạy chế độ cân áp suất khoảng thời gian định (3, 10 20 phút) Sau đó, 150 ml dung dịch hữu chảy ngược lại từ thùng dung dịch hoàn nguyên tới thùng trích ly cách điều chỉnh van Tiếp đó, vịng thực với cơng đoạn kết thúc thí nghiệm Ở thời điểm khác nhau, mẫu lỏng lấy hai thùng, đem ly tâm Nồng độ Indium pha nước đo AAS (xem mô tả mục 2.2.3) Để tăng hiệu trình hoàn nguyên nhằm tăng hiệu suất thu hồi kim loại, hồn ngun dầu tiến hành liên tục thơng qua hai mơ đun màng kỵ nước Membrana (hình 2.5) Sơ đồ sử dụng hai mô đun màng kỵ nước Phức tạo thành sau phản ứng trích ly đưa qua màng 1, sau hồn ngun thùng chứa dung dịch hoàn nguyên Pha hữu sau hoàn nguyên đưa qua màng 2, quay trở lại thùng chứa dung dịch đầu để tiếp tục thực phản ứng trích ly Do q trình hồn ngun liên tục, sau thời gian định, Indium loại bỏ hoàn toàn khỏi dung dịch đầu Indium thu hồi tối đa vào dung dịch hồn ngun Hình 2.5 Sơ đồ ESMS với pha hữu hoàn nguyên liên tục ESMS - C Trong sơ đồ này, 600mL dung dịch đầu phân tán 900 mL dung dịch hữu chứa D2EHPA 0,08M thùng chứa dung dịch đầu, 600mL dung dịch hoàn nguyên phân tán 900 ml dung dịch hữu chứa D2EHPA 0,08M thùng chứa dung dịch hồn ngun; phản ứng trích ly phản ứng hoàn nguyên thực cách phân tán pha nước vào pha hữu nhờ khuấy trộn Hệ nhũ tương dung dịch đầu – dung mơi trích ly phức – dung dịch hoàn nguyên tuần hoàn hai phía màng Phức tạo thành đưa qua màng để hồn ngun Dung mơi tái sinh đưa qua màng để tiếp tục thực phản ứng trích ly Lưu lượng dịng qua màng màng điều chỉnh cho có giá trị Mơ đun màng Hình 2.7 Cấu tạo chi tiết mô đun màng sợi rỗng Liqui-Cel Mô đun có đường kính 6,35 cm, chiều dài 20,3 cm Diện tích màng 1,4 m2 Đường kính sợi rỗng 220 µm, đường kính ngồi 300 µm Mao quản có kích thước 0,03 µm, độ ngoằn nghoèo 2,5 độ xốp xấp xỉ 40% - Chuẩn bị hóa chất: Dung dịch đầu: In3+ 200 mg/L, 2% khối lượng axit oxalic, pH=1 Dung mơi trích ly: D2EHPA Isopar-L với nồng độ 0,08M – 0,6M Dung dịch hoàn nguyên: dung dịch HCl 5M 2.2.2 Phương pháp mơ hình 2.2.2.1 Mơ hình SLMSD Để đánh giá hiệu trình chuyển khối thường dựa vào hệ số chuyển khối k (L/m2.phút) diện tích tiếp xúc hai pha A (m2) Đối với thiết bị chuyển khối nói chung, khó xác định A Do đó, tích k.A thường dùng làm tiêu đánh giá hiệu chuyển khối Phương trình chuyển khối có dạng chung sau: (3 1) 𝐺 = 𝑘 𝐴(𝐶𝑓 − 𝐶𝑓∗ ) với: G: suất chuyển khối, mg/phút 𝐶𝑓 : nồng độ Indium dung dịch đầu, mg/L 𝐶𝑓∗ : nồng độ Indium cân dung dịch đầu, mg/L Giả sử 𝐶𝑓∗ = Giả thiết coi chấp nhận tốc độ hoàn nguyên pha hữu lớn so với tốc độ trích ly SLMSD ứng với giai đoạn đầu q trình trích ly Kết hợp với phương trình cân vật liệu ta có [70]: 𝐶𝑓 𝑘𝐴 (3 2) 𝑙𝑛 = − 𝑡 𝑉𝑓 𝐶𝑓 Từ phương trình xác định 𝑘 Đối với hệ SLM hay SLMSD, 𝑘 thường ký hiệu 𝑃 (gọi độ thấm qua màng) 2.2.2.2 Mơ hình ESMS Mơ hình ESMS xây dựng chương để đánh giá ảnh hưởng điều kiện vận hành lên hiệu suất trích ly hiệu suất thu hồi Indium Đồng thời mơ hình cho phép dự đoán thay đổi nồng độ Indium dung dịch đầu dung dịch hoàn nguyên theo thời gian, xác định thời gian cần thiết để đạt hiệu xử lý, thu hồi mong muốn Yêu cầu mô hình phải đủ đơn giản để nghiên cứu trình, thơng số xác định dễ dàng từ số liệu cân pha Hiện chưa ghi nhận nghiên cứu đưa mơ hình tương tự 2.2.3 Phương pháp phân tích: sử dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử để xác định nồng độ In3+ dung dịch 2.2.4 Phương pháp đánh giá tương hợp mơ hình thực nghiệm Chương NGHIÊN CỨU THU HỒI INDIUM TỪ DỊCH THẢI CỦA Q TRÌNH KHẮC AXIT BẰNG CƠNG NGHỆ SLMSD 3.1 Mở đầu Trong phương pháp trích ly tăng cường có, phương pháp trích ly với hỗ trợ màng SLMSD có nhiều triển vọng ứng dụng cơng nghiệp Vì vậy, trước hết phương pháp khảo sát để nghiên cứu thu hồi Indium 3.2 Kết thảo luận 3.2.1 Khảo sát khả thu hồi Indium SLMSD 3.2.1.1 Ở nồng độ D2EHPA 0,6M SLMSD khảo sát ứng với điều kiện sau: pH dung dịch đầu 1; nồng độ D2EHPA 0.6M; nồng độ OA 2% klg Kết thể hình sau: Nồng độ In3+, mg/L 800 600 400 Cf Cs 200 0 20 40 Thời gian, phút Hình Sự thay đổi theo thời gian nồng độ Indium dung dịch đầu dung dịch hoàn nguyên ([D2EHPA] = 0,6M; pH=1; OA = 2%klg) Hình 3.1 cho thấy nồng độ Indium dung dịch đầu giảm dần theo thời gian, nồng độ Indium dung dịch hồn ngun tăng dần Điều chứng tỏ q trình hồn ngun diễn đồng thời với q trình trích ly Do tốc độ phản ứng hồn ngun xảy nhanh, nên nồng độ Indium pha hữu coi ln trì nhỏ (gần tới 0) Vì vậy, SLMSD có khả tách tương đối triệt để In3+ pha dung dịch đầu Khả tách triệt để SLMSD kim loại khác Cu2+, Zn2+, Cr6+, Y3+, Eu3+, Co3+,…cũng công bố [37] [73][78] [79] 10 Kết nghiên cứu cho thấy 99,5% In3+ loại bỏ khỏi dung dịch đầu khoảng 20 phút với hệ số tăng nồng độ 4,5 (tương ứng với hiệu suất thu hồi 90%) Có thể đạt hệ số tăng nồng độ cao cách điều chỉnh tỉ lệ thể tích dung dịch đầu dung dịch hoàn nguyên 3.2.1.2 Ở nồng độ D2EHPA 0,08M Nồng độ In3+, mg/L 200 Cf Cs 150 100 50 0 50 100 Thời gian, phút 150 Hình Sự thay đổi theo thời gian nồng độ Indium dung dịch đầu dung dịch hoàn nguyên ([D2EHPA] = 0,08M; pH=1; OA = 2%klg) Theo hình 3.2, q trình trích ly hồn nguyên xảy đồng thời với tốc độ chậm nhiều so với trường hợp 0,6M D2EHPA Sau giờ, nồng độ Indium dung dịch đầu gần 70 mg/L Thời gian cần thiết để đạt nồng độ Indium < 1mg/L nước thải lớn (khoảng 15h) theo mơ hình SLMSD mục 2.2.2.1 3.2.2 Khảo sát SLMSD SX điều kiện khác Các giá trị k.A tính điều kiện khác SX SLMSD tổng hợp bảng 3.1 Bảng 3.1 So sánh diện tích tiếp xúc pha tạo SLMSD SX k.A,L/phút Dung dịch đầu chứa 2%OA Dung dịch đầu không chứa OA 0,08M 0,2M 0,08M 0,0043 0,0239 0,153 SLMSD 0,049 0,139 1,341 SX Nhận thấy, tích k.A SLMSD trường hợp khảo sát nhỏ nhiều so với SX Kết tương tự thu nghiên cứu thu hồi Cu2+ SLM công bố B 11 Raghuraman [71] Theo tác giả, nguyên nhân dẫn đến k.A SLMSD nhỏ SX diện tích tiếp xúc pha tạo màng nhỏ nhiều so với diện tích tiếp xúc pha khuấy trộn Do đó, diện tích tiếp xúc pha tạo khuấy trộn tính tốn phần 3.2.3 So sánh diện tích tiếp xúc pha tạo SLMSD SX Ứng với điều kiện thí nghiệm SX: Vf = 0.36 lít Giả sử kích thước giọt nhũ tương tạo 100 µm (chọn khoảng kích thước nhũ tương đặc trưng) xác định diện tích tiếp xúc pha tạo trường hợp trích ly truyền thống 21,6𝑚2 (lớn nhiều so với SLMSD) 3.2.4 Phân tích, lựa chọn điều kiện thích hợp để tiến hành thí nghiệm SLMSD Giả thiết giai đoạn khuếch tán qua lớp biên phía dung dịch đầu giai đoạn định tốc độ trình nồng độ ion kim loại thấp Khi đó, đưa mơ hình cho SLMSD sau: 1 (3.15) = 1 1 𝛿 𝜏 𝑑 𝑃 (𝐿 𝑑)3 + 𝑜 1,62 𝐷𝑜 𝜀 𝑑𝑙𝑔 𝐷 𝐷𝑎 𝑣 Với: d đường kính sợi rỗng, m 𝐷𝑎 hệ số khuếch tán Mn+ dung dịch đầu, m2/s 𝑣 vận tốc chuyển động trung bình dung dịch đầu, m/s L chiều dài mô đun, m 𝐷 hệ số phân bố 𝑀𝑛+ pha dung dịch đầu pha trích 𝐷𝑜 độ khuếch tán phức Indium-D2EHPA pha hữu 𝑘𝑇 cơ; tính từ phương trình Stokes – Einstein: 𝐷𝑜 = 6𝜋𝜂𝑟 Theo mơ hình trên, hiệu cơng nghê SLMSD phụ thuộc vào nhiều thông số như: dung mơi trích ly, dung mơi pha lỗng, dung dịch hồn ngun, nhiệt độ, vận tốc tuần hồn phía dung dịch đầu, pH dung dịch đầu, nồng độ chất trích ly có mặt axit oxalic, thông số màng kỵ nước (ảnh hưởng đến hệ số khuếch tán qua màng) Tuy nhiên, để so sánh với q trình trích ly truyền thống, khảo sát thơng số liên quan đến có mặt màng kỵ nước, bao gồm: - Vận tốc tuần hoàn phía dung dịch đầu 12 Các thơng số màng như: độ xốp, độ ngoằn ngoèo mao quản, độ dày màng Theo phương trình 3.15: độ dày màng giảm, độ xốp tăng, chiều dài mô đun nhỏ tốc độ khuếch tán qua màng lớn Tuy nhiên, loại màng chọn loại dùng phổ biến hệ SLM SLMSD để thu hồi kim loại từ dung dịch với dung mơi nước, thơng số độ xốp 𝜀, độ ngoằn nghoèo mao quản 𝜏, độ dày màng 𝛿𝑜 thông số cố định Vận tốc tuần hoàn dung dịch đầu ảnh hưởng đến chiều dày lớp biên phía dung dịch đầu, ảnh hưởng đến hệ số thấm qua màng P Khi vận tốc tăng, theo mơ hình P giảm Thí nghiệm khảo sát chọn vận tốc tuần hồn thích hợp thực [79] Kết cho thấy, với mơ đun này, vận tốc tuần hồn thích hợp phía dung dịch đầu L/phút Thí nghiệm tiến hành điều kiện tối ưu Do đó, coi hệ số chuyển khối thu giá trị lớn điều kiện với q trình trích ly gián đoạn Điều có nghĩa tốc độ trích ly (hay tích k.A) SLMSD ln nhỏ trích ly truyền thống điều kiện Muốn tăng tốc độ chuyển khối cần tăng diện tích màng Điều dẫn tới chi phí đầu tư tăng 3.3 Kết luận Khảo sát khả thu hồi Indium công nghệ SLMSD hai giá trị nồng độ khác cho thấy: công nghệ SLMSD cho phép thu hồi Indium đạt yêu cầu đề hai nồng độ Ứng với nồng độ D2EHPA 0,6M: nồng độ Indium nước thải đạt mg/L sau 36 phút; hiệu suất thu hồi 90%; hệ số tăng nồng độ 4,5 Tuy nhiên, nồng độ dung mơi trích ly thấp (0,08M), thời gian trích ly để đạt yêu cầu lên đến 900 phút (tức15h) Mặc dù SLMSD có nhiều ưu điểm khơng u cầu bước tách pha nên ứng dụng cho hệ có khối lượng riêng pha nước pha hữu xấp xỉ nhau; diện tích tiếp xúc pha tạo màng ổn định thông số biết;…Tuy nhiên, tốc độ chuyển khối SLMSD ln nhỏ trích ly nhiều điều kiện nồng độ diện tích tiếp xúc màng tạo nhỏ nhiều so với khuấy trộn (xét thể tích) Khi đó, muốn tăng kA cần tăng diện tích màng khiến chi phí đầu tư tăng Do đó, chương 4, sơ đồ công nghệ ESMS đưa - 13 nhằm giảm diện tích màng cần sử dụng cách tận dụng diện tích tiếp xúc pha tạo nhờ khuấy trộn, cịn màng đóng vai trị thiết bị phân riêng dầu – nước Chương PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ ESMS DÙNG ĐỂ THU HỒI INDIUM TỪ NƯỚC THẢI 4.1 Mở đầu Nội dung chương phát triển phương án trích ly tăng cường sử dụng màng kỵ nước đóng vai trị phân riêng hệ dầu – nước, gọi tắt ESMS (Extraction – Stripping with Membrane as oil – water Separators) Các màng kỵ nước sử dụng cho công nghệ SLM hay SLMSD sử dụng cho sơ đồ ESMS Do đó, mơ đun màng sợi rỗng Membrana chọn để phân riêng pha nước pha hữu Đối với công nghệ này, cách phân tán pha nước pha hữu để thực trình trích ly hồn ngun, màng kỵ nước sử dụng làm thiết bị phân riêng dầu – nước Do tính kỵ nước màng, dung dịch nước (dung dịch đầu dung dịch hồn ngun) khơng thể qua màng, dung dịch hữu chứa chất trích ly chuyển động qua lại thiết bị trích ly thiết bị hồn ngun Do đó, dung dịch đầu dung dịch hồn ngun không tiếp xúc với nhau, phức tạo thành đưa sang thùng hồn ngun để tái sinh dung mơi, sau lại đưa trở lại thùng chứa dung dịch đầu để tiếp tục thực q trình trích ly Ở đây, diện tích tiếp xúc cho q trình trích ly khơng cung cấp màng, giảm diện tích màng cần sử dụng, so với SLM SLMSD Trong chương này, hai sơ đồ ESMS khảo sát: - ESMS với pha hữu hoàn nguyên gián đoạn (BESMS – batch ESMS): sơ đồ mô đun màng kỵ nước sử dụng Phức tạo thành sau trích ly đưa sang thùng chứa dung dịch hoàn nguyên để tái sinh dung môi quay trở lại thùng chứa dung dịch đầu để tiếp tục trích ly Với sơ đồ này, hai chế độ vận hành khảo sát:  Chế độ cân áp suất (ESMS - E)  Chế độ thay đổi áp suất (chế độ dao động) (ESMS- O) - ESMS với pha hữu hoàn nguyên liên tục (ESMS – C): 14 sơ đồ hai mô đun màng kỵ nước sử dụng Mô đun màng thứ dùng để phân riêng dung dịch đầu dung dịch hữu (phức tạo thành) nhằm cho phép phức tạo thành sang thùng chứa dung dịch hồn ngun để tái sinh Mơ đun màng thứ hai dùng để phân riêng dung dịch hoàn nguyên dung dịch hữu (dung môi tái sinh) nhằm cho phép dung môi tái sinh quay trở lại thùng chứa dung dịch đầu để tiếp tục trích ly 4.2 Kết thảo luận 4.2.1 Khả thu hồi Indium BESMS Chế độ cân áp suất (khơng có dịng đối lưu) 4.2.1.1 Nồng độ In3+, mg/L 200 cf cs 150 100 50 0 20 40 60 80 100 120 Thời gian, phút Hình 4.1 Sự thay đổi theo thời gian nồng độ Indium dung dịch đầu (cf) dung dịch hoàn nguyên (cs) hệ BESMS chế độ cân Với tái sinh chất trích ly nhờ dịng khuếch tán, thu hồi Indium tăng lên sau 20 phút, 90% Indium tách khỏi nước thải Theo mơ hình tính (𝑘𝐴)𝐸𝑆𝑀𝑆 ≈ 0.1 𝑙/𝑚𝑖𝑛 Nhận thấy: (𝑘𝐴)𝐸𝑆𝑀𝑆 ≈ 2(𝑘𝐴)𝑆𝑋 Do vậy, màng không đóng vai trị thiết bị phân riêng dầu – nước mà cịn giúp tăng tốc độ trích ly ban đầu q trình hồn ngun diễn đồng thời với q trình trích ly Tuy nhiên, hiệu hồn ngun thấp Do đó, chế độ thay đổi áp suất sử dụng, phức khơng khuếch tán mà cịn chảy qua màng, dẫn đến tốc độ chuyển khối qua màng cao so với chế độ cân áp suất 15 Chế độ thay đổi áp suất 4.2.1.2 Nồng độ In3+ , mg/L 200 Cf, ts = phút Cf, ts = 20 phút Cs, ts = 10 phút 150 Cf, ts = 10 phút Cs, ts = phút Cs, ts = 20 phút 100 50 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Thời gian, phút Hình Sự thay đổi nồng độ Indium dung dịch đầu (cf) dung dịch hoàn nguyên (cs) theo thời gian trình ESMS với chế độ làm việc khác nhau, ts thể thời gian dung dịch hữu thùng hoàn nguyên Với ts=3 phút, 90% In3+ loại bỏ 12 phút, 90% Indium loại bỏ khoảng 20 phút với chế độ khơng dịng Với ts=10 phút, tốc độ loại bỏ Indium cải thiện nữa: 90% Indium loại bỏ khoảng phút Tuy nhiên, tăng ts tới 20 phút cho hiệu ứng ngược lại: 90% Indium loại bỏ khoảng 36 phút Ảnh hưởng giải thích sau Thời gian chu kỳ tc=9+ts Lưu lượng dòng trung bình dung dịch hữu tái sinh 150/(9+ts) Với ts=3, 10, 20 phút, lưu lượng trung bình tương ứng tính 12,5; 7,9; 5,2 ml/phút Về mặt lý thuyết, lưu lượng cao, tốc độ loại bỏ Indium cao chất trích ly quay lại thùng trích ly nhanh Khi ts tăng từ tới 10 phút, lưu lượng trung bình dung dịch hồn ngun giảm, hoàn nguyên thực hoàn toàn nên tốc độ trích ly cao Tuy nhiên, ts tăng từ 10 đến 20 phút, tốc độ tái sinh chất trích ly khơng đổi, lưu lượng trung bình giảm nên tốc độ loại bỏ Indium giảm 4.2.2 Khảo sát thu hồi Indium với ESMS - C Đối với BESMS, pha dầu đưa qua màng để hoàn nguyên quay lại để thực q trình trích ly, khơng phải tất 16 dầu hồn ngun Để giải vấn đề trên, sơ đồ hoàn nguyên pha dầu liên tục ESMS – tuần hoàn khảo sát Tiến hành thí nghiệm với lưu lượng Q = 250ml/phút, thu kết sau: Nồng độ In3+, mg/L 200 150 100 Cf Cs 50 0 20 40 Thời gian, phút Hình 4.5 Sự phụ thuộc vào thời gian nồng độ Indium dung dịch đầu (Cf) dung dịch hoàn nguyên (Cs) hệ ESMS – C So sánh với ESMS - O (hình 4.6, 4.7) nhận thấy: sử dụng ESMS C, loại bỏ triệt để Indium dung dịch đầu với tốc độ cao hơn; hiệu suất thu hồi Indium tăng lên (từ 60% lên 90%) Nguyên nhân tất dung mơi trích ly hồn ngun đồng thời lưu lượng dịng hồn ngun tăng lên Do đó, cơng nghệ ESMS - C có triển vọng ứng dụng công nghiệp Để hiểu thêm trình ESMS – C; đánh giá ảnh hưởng lưu lượng qua màng Q lên hiệu trình, từ xác định giá trị Q thích hợp; dự đoán thời gian cần thiết để loại bỏ kim loại dung dịch đầu đến mức độ định đồng thời đưa số thông số để thiết kế hệ ESMS liên tục, mơ hình thu hồi Indium từ dung dịch thải trình khắc axit công nghiệp sản xuất LCD sử dụng công nghệ ESMS-C đưa 4.2.3 Thiết lập mô hình cho ESMS - C Các giả thiết: (i) Chỉ có pha hữu qua màng; (ii) Lưu lượng dịng Q qua màng màng nhau; (iii) Đạt khuấy lý tưởng thùng chứa dung dịch đầu dung dịch hồn ngun; (iv) Q 17 trình hoàn nguyên xảy nhanh nên 𝐶𝑜𝑠 = Để tiện theo dõi, ký hiệu 𝐶𝑜𝑓 = 𝐶𝑜 ; 𝑉𝑜𝑓 = 𝑉𝑜 ; (v)𝐶𝑓∗ = 𝐻 𝐶𝑜𝑛 Hệ phương trình mơ tả: 𝑑𝐶𝑓 (4 1) −𝑉𝑓 = 𝑘 𝐴(𝐶𝑓 − 𝐻 𝐶𝑜𝑛 ) 𝑑𝑡 𝑑𝐶𝑜 (4 2) 𝑉𝑜 = 𝑘 𝐴(𝐶𝑓 − 𝐻 𝐶𝑜𝑛 ) − 𝑄 𝐶𝑜 𝑑𝑡 𝑑𝐶𝑠 (4.3) 𝑉𝑠 = 𝑄 𝐶𝑜 𝑑𝑡 (4.4) 𝐶𝑜𝑠 = 0 Với: (4.5) 𝑡 = 0: 𝐶𝑓 = 𝐶𝑓 , 𝐶𝑜 = 0, 𝐶𝑠 = 4.2.4 Xác định tham số mơ hình: Các tham số mơ hình gồm: tích hệ số chuyển khối diện tích tiếp xúc pha; số mũ n, hệ số cân H lưu lượng dòng Q Do H, n thông số phụ thuộc vào q trình cân pha, xác định nhờ thí nghiệm trích ly Từ kết thí nghiệm lấy gần n = Tham số kA cần xác định từ thí nghiệm ESMS Từ thí nghiệm ESMS cân cho thấy: (𝑘𝐴)𝐸𝑆𝑀𝑆 ≈ 2(𝑘𝐴)𝑆𝑋 Do (𝑘𝐴)𝐸𝑆𝑀𝑆 xác định gián tiếp từ thí nghiệm trích ly Q lưu lượng dòng qua màng Đây tham số liên quan đến tốc độ hồn ngun dung mơi trích ly, điều khiển q trình vận hành ảnh hưởng đến hiệu toàn trình Xác định H: từ thí nghiệm trích ly Xác định kA: Từ đồ thị 𝑙𝑛 𝐶𝑓 (1+𝐻 ′ )−𝐻 ′ 𝐶𝑓0 𝐶𝑓0 − 𝑡 tìm kA(SX) Suy kA(ESMS) = 2.kA(SX).Kết thể bảng sau: Bảng Các giá trị kA, H ứng với dung dịch đầu có nồng độ khác kA (SX) 𝐶𝑓0 , mg/L No H kA (ESMS) 0.1 9.8 0.270 0.2 0.105 187.58 0.248 0.21 0.094 1639.65 0.782 0.188 Giải mơ hình 𝑐1 𝑉𝑜 𝑐2 𝑉𝑜 (4.55) 𝑦1 = (1 + 𝑚1 ) 𝑒 𝑚1 𝑡 + (1 + 𝑚2 ) 𝑒 𝑚2 𝑡 𝑉𝑓 𝑄 𝑉𝑓 𝑄 18 (𝑐 𝑚 𝑒 𝑚1 𝑡 + 𝑐2 𝑚2 𝑒 𝑚2 𝑡 ) 𝑄 1 𝑦3 = − (𝑐1 𝑒 𝑚1 𝑡 + 𝑐2 𝑒 𝑚2 𝑡 ) + 𝑐3 𝑉𝑠 Với 𝑚1 , 𝑚2 nghiệm phương trình: 𝑉𝑜𝑖𝑙 𝑘𝐴 𝑉𝑜𝑖𝑙 𝑘𝐴 𝑚 + (1 + + 𝐻)) 𝑚 + =0 ( 𝑄 𝑄 𝑉𝑓 𝑉𝑓 𝑦2 = − Từ điều kiện đầu: 𝑐1 = 𝑚2 𝑦0 𝑉 ; 𝑐 𝑚2 −𝑚1 𝑓 = (4.56) (4.57) (4.58) 𝑚1 𝑦0 𝑉 ; 𝑚1 −𝑚2 𝑓 𝑉𝑓 𝑦 𝑉𝑠 Kết giải mơ hình: Với kA = 0,21; H = 0,25; 𝑉𝑜𝑖𝑙 = 0,9; 𝑉𝑓 = 𝑉𝑠 = 0,6; 𝑄 = 0,075 thu được: 𝐶𝑓 = 128,3𝑒 −0,423𝑡 + 33,17𝑒 −0,069𝑡 𝐶𝑠 = 31,51𝑒 −0,423𝑡 − 193𝑒 −0,069𝑡 + 161,47 4.2.5 So sánh kết tính theo mơ hình với thực nghiệm: 𝑐3 = Nồng độ In3+, mg/L 200 150 100 Cf, mơ hình Cs, mơ hình Cf, thí nghiệm Cs, thí nghiệm 50 0 20 40 60 Thời gian, phút Hình 11 So sánh nồng độ Indium dung dịch đầu, dung dịch hồn ngun tính theo mơ hình giá trị đo từ thực nghiệm theo thời gian (𝐶𝑓0 = 161,47𝑝𝑝𝑚, 𝑄 = 0.075𝑙/𝑝ℎú𝑡) Có thể thấy mơ hình mơ tả tốt thay đổi nồng độ In3+ dung dịch đầu Đối với thay đổi nồng độ In3+ dung dịch hoàn nguyên, mơ hình mơ tả chiều hướng q trình cịn số sai lệch mơ hình thực nghiệm 19 Những nguyên nhân dẫn đến sai lệch mơ hình với thực nghiệm: - Giả thiết đường cân pha tuyến tính Thực tế mối quan hệ phi tuyến - Giả thiết 𝐶𝑜𝑠 = Thực tế: 𝐶𝑜𝑠 ≠ Sử dụng mơ hình cho phép đánh giá ảnh hưởng lưu lượng Q lên tốc độ trích ly Kết cho thấy, – phút đầu, tốc độ trích ly ứng với giá trị Q khác (75; 150; 250 315 mL/phút) Ứng với thời gian sau phút, Q tăng từ 75 mL/phút đến 250 mL/phút, tốc độ trích ly tăng Tuy nhiên Q tăng từ 250 mL/phút đến 315 mL/phút, tốc độ trích ly tăng khơng đáng kể đạt giá trị lớn Q = 315 mL/phút (tương ứng với điều kiện vận tốc hồn nguyên vận tốc trích ly) Nhằm đánh giá xem mơ hình thu có đáp ứng mục tiêu đặt ban đầu khơng, thí nghiệm giá trị lưu lượng Q khác (75 mL/phút 150 mL/phút) thực Kết cho thấy mơ hình xây dựng đạt mục tiêu đặt nên áp dụng mơ hình cho trường hợp nồng độ In3+ dung dịch đầu 200 mg/L 4.2.6 Kiểm chứng mơ hình điều kiện khác Thí nghiệm CESMS lưu lượng khác (75ml/phút, 150 ml/phút, 250 ml/phút), nồng độ khác (khoảng 10mg/L, 200 mg/L, 2000 mg/L) tiến hành Sau kết tính theo mơ hình so sánh với thực nghiệm Nhận thấy mơ hình ứng dụng cho khoảng nồng độ khác (từ thấp đến cao) Kết giải mơ hình thể bảng 4.6 4.3 Đề xuất sơ đồ ESMS làm việc liên tục Sơ đồ ESMS đề xuất Nước thải đưa vào liên tục với lưu lượng F L/phút; nước thải sau xử lý lấy liên tục với lưu lượng F L/phút Lưu lượng dòng hữu qua màng màng Q L/phút Các mô đun màng cho phép phân riêng hiệu pha dầu – nước Pha dầu qua màng pha dầu (do nước thải thường chứa tạp khơng qua màng), thể dung dịch muối Indium thu có độ tinh khiết cao Mặc dù sơ đồ cần sử dụng thiết bị phân riêng dầu – nước 1,2 để tách nước thải sau xử lý muối InCl3 để đưa sang bể điện phân hai thiết bị yêu cầu suất nhỏ ứng với thiết bị nhỏ gọn 20 Bảng Kết giải mơ hình ứng với nồng độ đầu khác nhau, lưu lượng Q khác 0, Cf mg/L Q, l/min H 𝒂𝟏𝟏 𝒂𝟏𝟐 𝒂𝟑𝟏 𝒂𝟑𝟐 𝒂𝟑𝟑 kA 𝒎𝟏 𝒎𝟐 8.46 0.075 0.270 6.591 1.872 1.688 -10.151 8.463 0.200 -0.409 -0.068 6.66 9.16 161.47 0.150 0.250 0.075 0.270 0.270 0.250 4.502 4.507 128.295 2.153 4.651 33.175 2.837 6.284 31.507 -9.492 -15.442 -192.977 6.655 9.158 161.470 0.200 0.200 0.210 -0.431 -0.477 -0.423 -0.129 -0.194 -0.069 168.6 166.7 1728.9 1701.87 0.150 0.250 0.075 0.150 0.250 0.250 0.780 0.780 118.087 87.379 991.355 820.324 50.519 79.289 737.545 881.546 71.105 116.506 194.434 358.947 -239.711 -283.174 -1923.3 -2060.8 168.606 166.668 1728.900 1701.900 0.210 0.210 0.188 0.188 -0.444 -0.486 -0.508 -0.548 -0.132 -0.200 -0.051 -0.095 1658 0.250 0.780 604.094 1053.900 502.412 -2160.400 1658.000 0.188 -0.612 -0.142 Nhận xét: - kA coi khơng đổi tồn thí nghiệm thực (tức ứng với nồng độ đầu khác lưu lượng Q khác nhau) - H thay đổi theo nồng độ Tuy nhiên khoảng nồng độ thấp, H xấp xỉ Chỉ Cf0 lớn (2000mg/L), H thay đổi đáng kể - Có thể giải mơ hình theo trình tự sau: o Xác định kA, H từ thí nghiệm trích ly o Thay kA, H vào phương trình (69, 70) để xác định𝑚1 , 𝑚2 o Từ tính hệ số 𝑎11 , 𝑎12 , 𝑎31 , 𝑎32 21 4.4 Kết luận Các sơ đồ ESMS với màng kỵ nước sử dụng để phân riêng hiệu pha nước pha hữu phát triển cách có hệ thống để bước tăng hiệu trình Trong đó, cơng nghệ ESMS – C với chế độ hồi lưu pha hữu liên tục cho phép thu hồi Indium từ nước thải với hiệu suất thu hồi đạt 90,6% lưu lượng dòng qua màng Q = 250 mL/phút Đồng thời 99,5% Indium tách khỏi dung dịch ban đầu khoảng 30 phút Mơ hình cho ESMS – C xây dựng dựa phương trình cân vật liệu giải trường hợp tổng quát Đã xác định thơng số mơ hình tương ứng sau:  k.A = 0,21 L/phút  H = 0,25 nồng độ In3+ dung dịch đầu nhỏ 200 mg/L  H = 0,78 nồng độ In3+ dung dịch đầu 2000 mg/L Mô hình thu cho phép đánh giá ảnh hưởng lưu lượng dịng qua màng Q đến hiệu trích ly thu hồi Khi Q tăng, tốc độ trích ly thu hồi tăng Từ mơ hình xác định lưu lượng Q thích hợp 315 mL/phút Có thể ứng dụng mơ hình để định hướng tính toán thiết kế hệ ESMS làm việc liên tục KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1.Việc sử dụng màng kỵ nước để tiến hành q trình hồn ngun dung mơi đồng thời với q trình trích ly nâng cao hiệu suất thu hồi Indium từ dung dịch chứa axit oxalic Các mơ đun màng đóng vai trị thiết bị tiếp xúc dầu – nước thiết bị phân riêng dầu – nước Với lợi tạo diện tích tiếp xúc pha dầu – nước lớn cách dễ dàng việc phân tán pha nước pha hữu cơ, sơ đồ trình với việc sử dụng màng làm thiết bị phân riêng dầu – nước (ESMS) cho hiệu thu hồi ion cao sơ đồ sử dụng màng tạo bề mặt tiếp xúc pha (SLMSD) điều kiện diện tích màng nồng độ chất trích ly Ngồi ra, màng kỵ nước đóng vai trị thiết bị phân riêng dầu – nước, tái sinh dung mơi trích ly tăng lên nhờ dòng đối 22 lưu qua màng, hiệu thu hồi ion tăng Công nghệ SLMSD cho phép loại bỏ đến 99% Indium dung dịch chứa axit oxalic với hiệu suất thu hồi lên đến 90% Tuy nhiên, so với phương pháp trích ly truyền thống, cơng nghệ SLMSD yêu cầu diện tích màng lớn, làm tăng chi phí vận hành q trình Các sơ đồ cơng nghệ ESMS với màng kỵ nước sử dụng làm thiết bị phân riêng dầu nước nghiên cứu phát triển cách hệ thống: ESMS cân (ESMS - E), ESMS dao động (ESMS - O) ESMS tuần hồn (ESMS - C) Cơng nghệ ESMS cải thiện tốc độ chuyển khối so với công nghệ SLMSD với đặc điểm sau: - Tăng diện tích tiếp xúc pha dầu – nước nhờ phân tán dung dịch đầu dung mơi trích ly (ESMS - E) - ESMS – O có tốc độ hồn ngun cao so với ESMS – E nhờ thay dòng khuếch tán dòng đối lưu cách cho phép dung mơi trích ly chuyển động qua lại hai phía màng: từ dung dịch đầu sang dung dịch hồn ngun ngược lại - ESMS - C tăng tốc độ hoàn nguyên cách cho dung mơi trích ly tuần hồn hệ thống nhờ sử dụng thêm mô đun màng kỵ nước Với sơ đồ này, dung mơi trích ly hồn ngun liên tục Cơng nghệ ESMS - C cho phép loại bỏ gần hoàn toàn Indium dung dịch chứa axit oxalic (nồng độ dung dịch đầu sau xử lý mg/L) với tốc độ trích ly cao SLMSD điều kiện đạt hiệu suất thu hồi tương đương 90,6% In3+ từ nước thải thu hồi lưu lượng dòng qua màng 250 mL/phút thời gian 30 phút Mơ hình tốn q trình ESMS với chế độ hồi lưu pha hữu liên tục xây dựng gồm hệ phương trình mơ tả trình chuyển khối pha nước, pha hữu cơ, pha hoàn nguyên điều kiện biên Đã xác định tham số kA - tích tốc độ chuyển khối diện tích tiếp xúc pha H - hệ số cân giải mơ hình trường hợp tổng qt Từ mơ hình áp dụng cho trường hợp cụ thể quy mô phịng thí nghiệm Dựa vào mơ hình đánh giá ảnh hưởng lưu lượng dòng qua màng dự đoán thời gian lưu cần thiết để đạt hiệu mong muốn Từ mơ hình cho thấy khoảng từ nồng độ dung dịch đầu thấp (10 mg/L) đến cao (2000 mg/L), kA coi không đổi 23 (k.A = 0,21 L/phút); H thay đổi khoảng nồng độ thấp (từ 10 mg/L đến 200 mg/L) thay đổi đáng kể (khoảng lần) nồng độ cao Khi dịng hữu hồn ngun lớn, hiệu trích ly In3+ cao Lưu lượng Q thích hợp xác định điều 𝑉 𝑉 kiện 𝜏1 = 𝜏2 với 𝜏1 = 𝑓 (đặc trưng cho tốc độ trích ly) 𝜏2 = 𝑜𝑖𝑙 𝑘𝐴 𝑄 (đặc trưng cho tốc độ hồn ngun) Mơ hình đưa khơng áp dụng cho trường hợp thu hồi Indium mà cịn áp dụng kim loại khác xác định tham số kA H Với kết luận đây, điểm bật luận án nghiên cứu phát triển cơng nghệ trích ly hồn ngun đồng thời liên tục sử dụng màng kỵ nước để phân riêng hệ dầu – nước, thực ba công đoạn thiết bị cho hiệu suất thu hồi In3+ 90%, hiệu suất tách 99%, giảm đáng kể thời gian thực q trình so với phương pháp trích ly truyền thống, kích thước hệ thống nhỏ gọn, dễ vận hành tiêu tốn dung mơi Tuy nhiên, kết luận án dừng lại nghiên cứu bước đầu nhằm thiết kế trình ESMS xây dựng mơ hình tính cho q trình gián đoạn Để áp dụng kết vào thực tế sản xuất, cần phải có nghiên cứu tiếp theo, hướng đến vấn đề cụ thể sau: - Tiếp tục nghiên cứu, phát triển hệ ESMS liên tục; - Phát triển mơ hình xây dựng luận án hệ ESMS liên tục; - Thiết kế hệ ESMS liên tục quy mơ phịng thí nghiệm; - Tính tốn, chuyển từ quy mơ phịng thí nghiệm lên quy mơ cơng nghiệp nghiên cứu tối ưu hóa thơng số vận hành 24 ... VỀ CÔNG NGHỆ THU HỒI KIM LOẠI SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TRÍCH LY Sau tổng quan thu hồi kim loại quý từ nước thải nhận thấy trích ly phương pháp ứng dụng phổ biến để thu hồi Indium từ nước thải hay dịch. .. chất thải điện tử Do cơng nghệ xử lý nước thải thu hồi kim loại dựa phương pháp trích ly lựa chọn để thu hồi Indium từ dung dịch thải trình khắc axit cơng nghiệp sản xuất LCD Phương pháp trích ly. .. nước thải vào dung dịch hoàn nguyên với độ ổn định màng lỏng cao nên quan tâm nghiên cứu nhằm ứng dụng công nghiệp, đặc biệt cơng nghiệp điện tử; (ii) Đã có nghiên cứu bước đầu đánh giá khả thu hồi