液膜用系列高分子表面活性劑LMS-3和LMA-1的性能研究

    表面活性劑在乳化液膜體系中起著極為重要的作用,它直接影響著液膜的穩(wěn)定性､溶脹以及液膜的破乳和油相回用。因此,表面活性劑的研究一直是液膜研究者關(guān)注的熱點。由于市售表面活性劑如Span 80､蘭113A､ENJ-3029等均存在操作過程中溶脹過大､穩(wěn)定性欠佳等缺點,研制液膜專用表面活性劑已愈來愈受到國內(nèi)外液膜研究者的重視。針對液膜技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用中液膜穩(wěn)定性及溶脹這兩大技術(shù)難點,我們進(jìn)行了長期研究,提出了合成液膜用高分子表面活性劑的觀點,率先在國內(nèi)進(jìn)行了液膜專用系列高分子表面活性劑的研制,相繼開發(fā)了LMS系列陰離子型高分子表面活性劑及LMA系列非離子型高分子表面活性劑。本文重點介紹液膜用系列高分子表面活性劑LMS-3和LMA-1的性能及其在稀土富集中的應(yīng)用研究。

1 實驗

1.1 主要試劑及儀器設(shè)備

民用煤油,市售工業(yè)品;表面活性劑LMS-3､LMA-1,本所研制;氯化鉀､氫氧化鈉､硫酸等試劑均為分析純。

ORION720pH/ISE離子計,美國ORION聯(lián)合研究公司生產(chǎn);721分光光度計,上海分析儀器二廠生產(chǎn)。

1.2 實驗操作

1.2.1 實驗條件

采用間歇式操作。實驗步驟同前文,實驗條件如下:

外水相體積:V_w,e:500ml;內(nèi)水相體積V_w,i:50.0ml;油相體積V_o:50.0ml;油相表面活性劑含量C_s,o:2.0%;內(nèi)水相示蹤劑KCl濃度C_KCL,i:ρ(KCl)=10000mg/L+c(NaOH或H₂SO₄)=1mol/L;油相與內(nèi)水相體積比(油內(nèi)比)R_oi1∶1;乳液與外水相體積比(乳水比)R_ew:1∶5;混合攪拌轉(zhuǎn)數(shù):300r/min;溫度:30℃。

1.2.2 液膜穩(wěn)定性的測定

以氯化鉀作為內(nèi)相示蹤劑進(jìn)行測定,即通過測定乳液內(nèi)示蹤劑因乳液破損進(jìn)入外水相的量來計算破損率ε,并以此來表征液膜的穩(wěn)定性:

ε=(外水相氯化鉀的總量/內(nèi)水相起始氯化鉀的總量)×100%

1.2.3 液膜溶脹率的測定

將與外水相混合一定時間后的乳液靜置分離后,用高壓靜電破乳器或化學(xué)破乳劑破乳,準(zhǔn)確測定油相及內(nèi)水相體積,按下式計算液膜的溶脹率η_s:

式中:V⁰_w,i､V_w,i分別為乳液溶脹前､后內(nèi)水相的體積;ε為液膜的破損率。

2 實驗結(jié)果及討論

2.1 LMS-3和LMA-1的性質(zhì)

LMS-3是磺酸型陰離子表面活性劑,為一種褐色粘稠物,數(shù)均相對分子質(zhì)量約6000,粘度(25℃)8～10Pa·s,相對密度(25℃)0.83～0.86;LMA-1屬聚胺型非離子表面活性劑,為棕黃色粘稠物,數(shù)均相對分子質(zhì)量約8000,粘度(25℃)9～10Pa·s,相對密度(25℃)0.85～0.88。兩種表面活性劑均易溶于油,不溶于水。

LMS-3和LMA-1的相對分子質(zhì)量及分布測定結(jié)果表明,LMS-3､LMA-1具有聚合物的基本特征———具有一定的相對分子質(zhì)量分布。即LMS-3和LMA-1都是由不同相對分子質(zhì)量表面活性劑分子構(gòu)成的混合物,在應(yīng)用中可起到混合乳化劑的效果。因此,與通常表面活性劑的復(fù)配類似,通過對LMS-3､LMA-1制備工藝的調(diào)節(jié)和控制,可使產(chǎn)品具有極好的復(fù)配效果。

2.2 LMS-3和LMA-1所制液膜的穩(wěn)定性

液膜的穩(wěn)定性是影響液膜過程的重要因素之一,性能優(yōu)良的表面活性劑必須能制成穩(wěn)定的液膜乳液。表1為比較了幾種不同表面活性劑所制液膜穩(wěn)定性的結(jié)果。

由此可見,不論膜內(nèi)包酸還是包堿,LMS-3和LMA-1均能形成穩(wěn)定的液膜乳液,明顯優(yōu)于蘭113A和ENJ-3029。當(dāng)膜內(nèi)包堿時,LMA-1制成的液膜稍優(yōu)于LMS-3;而當(dāng)膜內(nèi)包酸時則相反。因此,LMS-3和LMA-1可以滿足不同條件下液膜技術(shù)實際應(yīng)用的需要。

2.3 LMS-3和LMA-1所制液膜的溶脹

理想的液膜用表面活性劑除了能制備穩(wěn)定的液膜乳液外,產(chǎn)生的液膜溶脹還必須盡可能地小。表2比較了幾種不同表面活性劑對液膜溶脹的影響。

表2實驗結(jié)果表明,高分子表面活性劑LMS-3和LMA-1構(gòu)成的液膜穩(wěn)定性高,溶脹小,性能明顯優(yōu)于市售表面活性劑Span-80､蘭113A､ENJ-3029等,確為性能優(yōu)良的液膜用高分子表面活性劑。我們認(rèn)為LMS-3和LMA-1的優(yōu)良性能與它們的高分子量及合適的相對分子質(zhì)量分布有關(guān),特別是當(dāng)陰離子型高分子表面活性劑LMS-3和非離子型高分子表面活性劑LMA-1混合使用時可取得更好的復(fù)配效果,進(jìn)一步提高液膜的穩(wěn)定性,降低溶脹。利用LMS-3和LMA-1混合表面活性劑液膜體系富集稀土已取得了令人滿意的效果。

2.4 LMS-3—LMA-1—P204液膜體系自離子礦浸滲液生產(chǎn)混合稀土

用于富集分離稀土的液膜體系,要求對酸穩(wěn)定,溶脹小,稀土離子遷移速度快,同時達(dá)到盡可能高的富集濃度。對于該類液膜體系,表面活性劑是關(guān)鍵因素。而市售Span 80､蘭113A等表面活性劑用于液膜法富集稀土,當(dāng)內(nèi)水相酸度較高時易破損,使外水相酸度升高,必須加入醋酸鈉作緩沖劑以維持較高的遷移率,經(jīng)濟(jì)上很不合算。同時,Span 80､蘭113A液膜體系用于稀土富集,溶脹很大,因此很難同時獲得高的稀土遷移率和高的富集濃度。我們曾以本所研制的高分子表面活性劑LMS-2用于液膜法生產(chǎn)稀土中試取得了良好的效果。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),在新型高分子表面活性劑LMS-3為主的液膜體系中,加入適量的LMA-1可取得更為滿意的效果。

表3列出了采用不同表面活性劑時稀土的遷移率和內(nèi)水相稀土富集濃度的變化。

由表3可見,在LMS-3為主的液膜體系中加入適量的LMA-1不但提高了稀土的遷移率,而且可獲得更大的富集倍數(shù)和內(nèi)相富集濃度。這是因為LMA-1的加入在使稀土遷移率升高的同時,進(jìn)一步降低了液膜溶脹的結(jié)果(見表2)。因此,以系列高分子表面活性劑LMS-3和LMA-1構(gòu)成的液膜體系能更有效地與載體P₂₀₄匹配,使稀土的遷移率和富集濃度同時得以提高,對液膜法自離子礦浸出液中富集分離稀土的工業(yè)化具有極為明顯的積極意義。