協(xié)同一絡合萃取法回收含酚廢水中的酚類

協(xié)同一絡合萃取法回收含酚廢水中的酚類

摘要

????在現(xiàn)有的各種回收處理高濃度含酚廢水的方法中，溶劑萃取法最為有效.但現(xiàn)有常用脫酚萃取劑分別存在著萃取;;低等諸多缺點.萃殘液中一般尚存有幾十至幾百mg·L-1的酚類，本文提出了協(xié)同絡合萃取法、并按該法原理研制了HC-1--HC-4四類新型協(xié)同絡介萃取劑.

????酚類化合物大量存在于煤焦油及各種煤的液化、氣化產(chǎn)物中，是煤加工過程中主要副產(chǎn)物之一，酚類化合物在化學工業(yè)中有著廣泛的用途，但卻具有較強的毒性.含酚廢水是一種常見的工業(yè)廢水，來源廣、毒性大，嚴重地危害生態(tài)和環(huán)境.隨著煤炭轉(zhuǎn)化、化學工業(yè)的發(fā)展及環(huán)境保護嚴格標準的實施，含酚廢水的治理已成為人們高度重視的環(huán)保問題。

溶劑萃取法是國內(nèi)外處理工業(yè)含酚廢水最廣泛和處理高濃度含酚廢水最為有效的方法，但現(xiàn)有的方法目前往往只用作含酚廢水的一級處理，萃取殘液中一般尚存有幾十至幾百mg·L-1的酚類。因此溶劑萃取法脫酚只能為二次生化處理提供基礎(chǔ)，很難一步達到排放標準.迄今，還未見有溶劑萃取法一次處理達到環(huán)境排放標準的報道.本研究依據(jù)協(xié)同萃取理論和可逆絡合萃取理論，提出了絡合萃取法回收含酚廢水中酚類，取得了理想的結(jié)果，從而為有效地回收含酚廢水中寶貴資源酚類和一步脫酚達標提供一了可能性.

實驗部分

1.儀器與試劑

????將苯酚o一甲酚，m一甲酚，p一甲酚四種常見酚類按一定比例配成200-8000mg ·L-1的酚水溶液·焦化含酚廢水從合鋼、銅陵焦化廠取樣·試劑為色譜級或CP和AR級.

?2.絡合萃取原理

????萃取理論認為，兩種或兩種以上萃取劑混合在一起進行萃取時，萃取分配比D協(xié)顯著大于每一萃取劑在相同條件下單獨使用時的分配比D加合(D1+D2?+D3 + …?)，即D協(xié)≥D加合.

萃取分離可分為物理萃取和化學萃取兩大類.物理萃取基本上不涉及化學反應.對于許多液液萃取體系，特別是若干金屬的溶劑萃取體系，其過程多伴有化學作用.這類過程是伴有化學反應的傳質(zhì)過程，一般稱作化學萃取，也稱絡合萃取.在這類工藝過程中，稀溶液中待分離溶質(zhì)與含有絡合劑的萃取溶劑相接觸，絡合劑與待分離溶質(zhì)反應形成絡合物，并使其轉(zhuǎn)移至萃取相內(nèi);然后進行逆向反應使溶質(zhì)得以回收，萃取劑循環(huán)使用.相間發(fā)生的絡合反應可以用下述簡單的平衡式加以描述:

溶質(zhì)+n·絡合劑＝絡合物

????某一萃取體系若具有協(xié)同、絡合雙重作用，則稱之為協(xié)同一絡合萃取.協(xié)同一絡合萃取兼具協(xié)同萃取、絡合萃取二者的優(yōu)點，具有更顯著的高效性和高選擇性.

????3.絡合萃取劑的研制

????在研制某一物質(zhì)的新萃取劑時，必須結(jié)合該物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點和物理、化學性質(zhì).以下以HC-1為例具體闡述協(xié)同一絡合萃取劑的研制過程.

????3. 1酚類物質(zhì)的特點分析

????由于酚類具有苯環(huán)結(jié)構(gòu)、酸性、極性的特點，因此下列三類溶劑均可作為酚類萃取劑:a.苯及其同系物;b.堿性有機溶劑;C.含氧或極性有機溶劑.將a, b, c三類物質(zhì)按一定比例和種類進行組合，則可形成具有協(xié)同萃取效應的多官能基萃取劑;又由于酚類具有可與b類等物質(zhì)反應的酚性一OH官能團，因此，當萃取劑含有可與酚類起絡合反應的b類或c類時，則進行絡合萃取.

????3. 2 ?HC-1絡合劑的選擇

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毗吮的結(jié)構(gòu)式為

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毗吮環(huán)上的碳原子與氮原子均以sp“雜化軌道成未因鍵，每個原子上有一個P軌道，P型封閉的共扼體系，具有芳香性.軌道中有一個P電子，共有(4n-}2)個P電子形成環(huán)氮原子上還有一個spz雜化軌道，被一對電子占據(jù)，參與成鍵，可與質(zhì)子結(jié)合，具有堿性.又由于毗吮環(huán)上誘導效應與共扼效應方向一致，而偶極矩較高，即極性較強·另外，毗吮的堿性使之易于酚形成絡合物因此，毗吮為兼具a, b, c三類性質(zhì)特點的酚類絡合劑.

3. 3 ?HC-1協(xié)同劑的選擇

由于苯((a類)可作為酚類萃取劑，毗吮具???芳香性，可溶于苯，因此可選苯為協(xié)同劑.將毗陡與苯以一定比例互溶后，則形成協(xié)同一絡合脫酚萃取劑.3. 4萃取的傳質(zhì)過程苯與酚類主要發(fā)生溶解的傳質(zhì)過程，毗咤與酚類的相間絡合反應為:當協(xié)同一絡合萃取體系中的物理傳質(zhì)過程和化學傳質(zhì)過程達到平衡時，則完成了萃取過程.

3. 5酚類的回收及絡合劑再生

酚的毗陡絡合物可與比酚酸性更強的無機酸反應釋出酚類和毗陡鹽基:

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????油層通過蒸餾可分別得到協(xié)同劑苯和酚類，毗陡成鹽后進入水相.水相用堿液調(diào)至pH9. 0左右，可釋出CSHSN，使絡合劑得以再生:

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依據(jù)以上原理，還研制了HC-2- --H('}-4一三類協(xié)同一絡合萃取劑，其中HC-1--HC-3均含有芳香性絡合劑，可選擇苯及其同系物作協(xié)同劑;HC-4中含一>P}，官能團，可選擇具有沐}O官能團的酮類等作協(xié)同劑·絡合劑在HC-1---HC-4中最佳比例分別為25V%，25V%，20wt%，25wt%

二結(jié)果與討論

????1.四種協(xié)同一絡合萃取劑的萃取性能

????四種協(xié)同一絡合萃取劑HC-1-HC--4對苯酚水溶液的萃取平衡常數(shù)(K0)見表1，為便于比較，將幾種常用萃取劑的萃取平衡常數(shù)列于表2.

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????由表1,2可知，四種協(xié)同一絡合萃取劑與常用萃取劑相比，具有較高或很高的萃取平衡常數(shù)，尤其HC-3和HC-4的萃取平衡常數(shù)分別高達612. 4和487. 3，為目前國內(nèi)大量使用性能優(yōu)良的萃取劑N-503的萃取平衡常數(shù)的4一5倍.同時表1,2還表明協(xié)同一絡合萃取劑比單一溶劑苯類或酮類的萃取平衡常數(shù)高至數(shù)十倍乃至數(shù)百倍.

????2.四種協(xié)同一絡合萃取劑的pH適宜性

????從酚類的角度看，酚類具有弱酸性，在水溶液中存在著不同程度的電離:

????由上式可知，隨著溶液中仁H十〕濃度的降低(即pH增大)，上式的化學平衡向右移動，增加了酚在水中的溶解度和水中的A r一0一濃度.因此，從化學平衡和電荷平衡的角度看，如果萃取劑不同時具有萃取Ar一OH和Ar)一的作用，將Ar--O一也“捕”入萃取相，將影響脫酚效果.因此，通常情況下堿性介質(zhì)中不利于萃取脫酚.

????從萃取劑的角度看，協(xié)同一絡合萃取劑一般含有N或O等官能基原子.而不同官能基的萃取劑在不同的pH范圍內(nèi)的化學穩(wěn)定性和對酚類的萃取平衡常數(shù)(Ko)具有較大的變化.然而含酚廢水由于產(chǎn)生的方式不同，其pH變化范圍較大.因此，在萃取脫酚時，掌握萃取劑的pH適宜性顯得十分重要。

????含N的有機堿類易與質(zhì)子成鹽而進入水相，如毗