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超临界二氧化碳络合萃取技术是一种借助重金属与络合剂形成金属络合物来脱除如食品、医药中重金属离子的方法。然而,受金属络合物溶解度的影响,重金属离子的脱除受到限制。通过引入反胶团,增加重金属络合物在超临界流体中的溶解度,有望高效解决超临界二氧化碳脱除重金属离子。
以二乙基二硫代氨基甲酸钠和8-羟基喹啉等为复合络合剂、二辛酯琥珀酸磺酸钠(AOT)为表面活性剂,形成反胶团-络合萃取体系,对以乳酸钙为原料的超临界反胶团-络合萃取重金属离子进行了研究,获得了反胶团-络合萃取最优工艺,研究了萃取过程动力学和传质过程,提出了反应级数和反应速率常数。具体内容如下:
利用HA121-50-01型超临界萃取实验装置,在二氧化碳流速为13L/m、二乙基二硫代氨基甲酸钠与8-羟基喹啉的质量比为1:1的复合络合剂下,考察了不同萃取压力(10~30MPa)、萃取时间(30~150min)、萃取温度(35~55℃)、二辛酯琥珀酸磺酸钠(AOT)乙醇溶液的浓度(0.10~0.20mol/L),对萃取乳酸钙中重金属离子(Pb、ng、As)进行单因素实验。结果表明,Pb、ng、As萃取率受压力影响明显,随压力增加而增大,压力达到20~30MPa后,萃取率基本保持不变;萃取温度存在一个最佳范围为40~45℃;当萃取时间大于90min后,萃取率维持不变;受AOT的浓度影响较小。
正交实验表明,萃取压力为20MPa、萃取温度为50℃、表面活性剂AOT的浓度为0.10mol/L、萃取时间为90min时,Pb、Hg、As萃取率分别为93.50%、95.36%、90.47%。
在上述基础上,进行了萃取动力学研究,在萃取温度45℃~55℃和萃取压力15MPa~25MPa条件下,反应级数的范围是1.66~1.72,反应速率常数的范围是0.008~0.009。其线性相关系数均高于0.99。
为了进一步弄清超临界二氧化碳流体对乳酸钙载体内重金属的萃取影响,研究了超临界二氧化碳流体萃取的传质规律,建立相应的传质模型。结果表明,流体在滞流层的传质系数和金属离子的萃取速率均随温度的增加而增加;当萃取温度在35~45℃时,超临界二氧化碳流体在载体内传质系数随萃取温度的增加而增加,当萃取温度高于45℃后,超临界二氧化碳流体在载体内传质系数随萃取温度的增加而减小;萃取过程中,内扩散是萃取过程的控制步骤。