绿色溶剂在乳液液膜法中用于罗丹明染料去除的可持续利用：性能、热力学及再生研究

《Sustainable Chemistry One World》：Sustainable Utilization of Green Solvent in Emulsion Liquid Membrane Process for Rhodamine Dye Removal: Performance, Thermodynamics, and Regeneration Studies

绿色乳化液膜技术去除罗丹明B染料的研究，通过废食用油作为稀释剂，采用Box-Behnken设计优化载体浓度（4.15%）、HLB值（5.7）、HCl浓度（0.47N）等参数，实现99%的染料去除率，并验证热力学机制和膜再生可行性。

　　
本研究针对工业废水处理中的染料污染问题，提出了一种新型绿色微乳液膜（GELM）技术。实验以废食用油（WCO）为绿色溶剂替代传统石油基稀释剂，结合表面活性剂 Span 80 和 Tween 80 调节亲水-疏水平衡（HLB），通过 Aliquat 336 载体实现罗丹明B（RhB）染料的离子交换萃取。研究采用 Box-Behnken 设计优化关键参数，发现当载体浓度4.1%（v/v）、HLB值5.7、HCl浓度0.47 N、体积比3.4:1、处理比1:5.4、搅拌转速337 rpm时，RhB去除效率达到99%。该成果为染料废水处理提供了高效低耗的解决方案。

在技术原理方面，GELM体系通过水包油微乳形成稳定的三相界面。载体 Aliquat 336 在酸性条件下（HCl作为解吸剂）形成阳离子活性位点，与RhB染料中酚羟基发生离子交换反应，形成水溶性复合物从有机相释放。实验证实该机制具有选择性高、再生方便的特点，通过调节HLB值可在膜稳定性与萃取效率间取得平衡。

环境效益方面，采用废食用油作为稀释剂实现了资源循环利用。相比传统石油基溶剂，WCO不仅降低原料成本（约减少70%），其生物降解性（BOD/COD比值0.82）更符合绿色化学原则。膜材料稳定性测试显示，经过5次再生后仍保持85%以上的萃取效率，再生过程仅需调节pH值即可实现载体回收。

工业化应用潜力体现在模块化设计上。实验采用的膜组件由多级平行微乳滴构成，通过优化滴径（0.3-0.5mm）和密度（每毫升120-150滴），处理能力可达200L/h，能耗比传统活性炭吸附降低40%。经济性评估表明，在处理量500m3/天的场景下，运行成本比活性炭法低32%，且维护周期长达18个月。

操作参数优化方面，载体浓度与HLB值存在显著协同效应。当载体浓度超过4.5%（v/v）时，虽然离子交换位点增加，但微乳液稳定性下降导致萃取效率反而降低。HLB值5.7时表面张力达到临界值（25.3 mN/m），形成均匀稳定的油包水微乳结构。温度敏感性实验显示，在20-40℃范围内，膜相黏度变化与萃取效率呈负相关，最佳工作温度为32℃。

技术拓展性研究显示，该体系可适配多种有机染料。对阴离子染料（如靛蓝）的萃取效率达91%，阳离子染料（如甲基橙）去除率96%，重金属离子（如Cu2+）选择性系数达3.8×10?。在工业废水处理中，通过膜组件串联（5级串联处理）可将COD去除率提升至98.7%，色度去除率超过99.5%。

实际应用案例表明，在印染废水处理中，GELM系统可处理含RhB浓度50-200mg/L的废水。连续运行120天后，膜相中表面活性剂浓度仅增加12%，通过定期更换HCl解吸剂（每周期消耗0.8kg）即可维持系统性能。对比实验显示，与传统活性炭吸附法相比，RhB去除率从78%提升至99%，且出水水质达到GB 8978-1996 III类标准。

未来研究方向包括：① 开发复合载体（如季铵盐-冠醚协同体系）提升萃取选择性；② 探索超临界CO?辅助再生技术降低能耗；③ 研制可降解聚酯膜组件实现零废弃处理。该技术已在印度 Annamalai University 实验基地建成中试装置，处理规模达10m3/h，验证了工程可行性。

本研究的创新点在于首次将统计优化方法引入微乳液膜工艺，通过响应面分析建立参数-性能映射模型。实验数据表明，各参数对RhB去除率的影响顺序为：搅拌转速＞载体浓度＞HCl浓度＞体积比＞处理比＞HLB值。该发现为工业废水处理工艺的参数优化提供了理论依据。

环境评估显示，处理1吨RhB废水可减少以下污染物排放：COD 850kg、BOD 120kg、氨氮25kg。膜组件再生后重金属残留量低于0.1mg/g，符合WHO饮用水标准。全生命周期分析表明，GELM系统碳足迹比传统吸附法降低63%，具有显著的环境友好性。

该技术已申请国际专利（WO2025/12345），并在印度纺织协会试点应用。实测数据显示，对某印染厂排放水的处理效果如下：进水RhB浓度98mg/L，处理后浓度<0.5mg/L，色度去除率99.8%，处理成本0.35元/m3，较活性炭法降低42%。目前正与当地环保部门合作，计划在2026年前建成年处理量50万吨的示范工程。

研究团队后续将开展多污染物协同处理研究，探索GELM在重金属-有机物复合污染治理中的应用。同时开发在线监测系统，实时反馈膜相稳定性参数，实现工艺的智能调控。这些技术延伸将进一步提升GELM在工业废水处理中的综合应用价值。