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用松香胺萃取处理含酚废水的研究

用松香胺萃取处理含酚废水的研究

作者:余蜀宜,南京林业大学
期刊:化工环保,1999

摘要

用松香胺萃取处理模拟含酚废水。研究了萃取剂组成、油水比、废水酸度对分配系数的影响,萃取温度、萃取时间对脱酚效率的影响,以及反萃剂的浓度、用量和反萃温度对反萃率的影响。


关键词

松香胺、萃取、含酚废水


煤气厂、焦化厂、树脂厂、苯酚厂等企业排放大量的含酚废水,其酚含量从几百mg /L至十几万mg /L不等。生产酚醛树脂、酚醛塑料的工厂废水中酚含量高达20~ 50g /L。目前工业上处理含酚废水的方法很多,常用的方法为生化法、吸附法、萃取法、液膜分离法。对于高浓度含酚废水的处理,目前多采用萃取法回收酚或先加醛和酸进行缩聚预处理降低酚含量后再进一步处理。

我们用松香胺萃取处理高浓度含酚废水,酚去除率达99.9%以上。萃取液用NaOH溶液反萃回收酚,并回收萃取剂松香胺循环使用。由于松香胺在水中的溶解度非常小,故在萃取过程中损失很小。本研究用松香胺煤油溶液(松香胺的质量分数为30% )萃取处理模拟含酚废水,探讨了各种条件对分配系数及脱酚效率的影响。


1 试验部分

 

1.1 萃取剂和模拟废水

试验采用南京林业大学生产的总胺质量分数90%以上的歧化松香胺,配成松香胺煤油溶液(松香胺的质量分数为30% )作萃取剂。

模拟废水用苯酚(化学纯)配制,含酚30000mg /L。废水的pH用盐酸溶液调节。

无酚水为实验室自制,其它所用试剂为分析纯。

1.2 萃取试验

在常温下取一定量萃取剂及40ml模拟含酚废水置于150mL分液漏斗中,连续摇动一定时间后放置分层,取下层水相5mL测酚含量。

1.3 反萃试验

取一定量的NaOH水溶液(质量分数为20% ),加入40mL萃取液后搅拌并加热至50℃左右,反萃一定时间后放置分层,冷却至室温,放入50mL分液漏斗中分离,取上层溶剂5mL测酚含量。

1.4 分析方法

酚含量采用溴化滴定法测定。


2 结果与讨论

 

2.1 萃取剂中松香胺浓度对分配系数的影响

松香胺粘性大,影响其在废水中的扩散和传质,应加入稀释剂以改善其分散性。通过试验发现,煤油和甲苯对松香胺均具有很好的溶解性。考虑到甲苯毒性大、易挥发,而煤油挥发性低,在水中溶解度非常小,故选择脂肪烃煤油作松香胺的稀释剂。

在萃取温度为25℃ 、油水比(体积比)为1: 6.67、水相pH为4. 0、模拟废水含酚30000mg /L、松香胺在萃取剂中的质量分数为10%~100%的条件下,进行萃取试验,测定萃取剂中松香胺的质量分数(k)与酚的分配系数(k)之间的关系,试验结果见图1。

图 1 萃取剂中松香胺质量分数与分配系数的关系;余蜀宜,1999

图 1 萃取剂中松香胺质量分数与分配系数的关系;余蜀宜,1999

从图1可见,随着萃取剂中煤油加入量的增加,酚的分配系数增大。这是由于萃取剂粘度下降,松香胺在废水中的扩散和传质状况得以改善,因此使更多的酚进入萃取液。但由于煤油添加量的提高,松香胺在水中溶解的量也相应提高,故选择萃取剂中松香胺的质量分数为30%。

2.2 油水比对分配系数的影响

油水比是指萃取剂与水的体积比。在萃取温度为25℃ 、水相pH为4.0、模拟废水含酚30000mg /L、萃取剂中松香胺质量分数为30%的条件下,测定油水比与酚的分配系数的关系,试验结果见图2。

图 2 油水比与分配系数的关系;余蜀宜,1999

图 2 油水比与分配系数的关系;余蜀宜,1999

由图2可知,酚的分配系数随着油水比的减小而下降。从油水比与废水处理效果的关系来看,油水比越大废水处理效果越好,但废水处理成本将提高。本方法选择油水比为1∶ 6.67。当然,随着含酚废水浓度、萃取剂浓度等相关条件的变化,油水比需做相应的调整。

2.3 废水酸度对分配系数的影响

在萃取温度为25℃ 、模拟废水含酚30000mg /L、萃取剂中松香胺质量分数为30%、油水比为1∶ 6.67的条件下,测定模拟含酚废水的pH与酚的分配系数的关系,结果见图3。

图 3 废水酸度与分配系数的关系;余蜀宜,1999

图 3 废水酸度与分配系数的关系;余蜀宜,1999

由图3可见,废水pH从1至7,酚的分配系数变化不大,pH继续增大,分配系数则有所下降。但当废水pH为7~ 8.5时萃取剂的脱酚能力仍然很高。因此,萃取时废水pH控制在4.0为宜。

2.4 温度对萃取脱酚效率的影响

在模拟废水含酚30000mg /L、pH为4.0、萃取剂中松香胺质量分数为30%、油水比为1∶ 6.67的条件下,测定在不同温度下的萃取脱酚效率。试验结果表明,温度升高,萃取脱酚效率下降,但变化不大。因此选择萃取温度为25℃左右。

2.5 萃取时间对脱酚效率的影响

在萃取温度为2 5℃ 、模拟废水含酚30000mg /L、pH为4.0、萃取剂中松香胺质量分数为30%、油水比为1∶ 6.67的条件下,测定萃取脱酚效率随时间的变化,结果见图4。

图 4 萃取时间与脱酚效率的关系;余蜀宜,1999

图 4 萃取时间与脱酚效率的关系;余蜀宜,1999

由图4可见,脱酚效率随萃取时间的延长而提高。萃取时间超过35s后,脱酚效率增长较缓。本方法选择萃取时间为2min。

2.6 反萃温度对反萃率的影响

反萃是用NaOH使萃取液中的酚全部转变成酚钠,酸转变成盐,酚钠与盐易溶于水,从而使其从萃取液中全部分离出来,使萃取剂得以回收。用NaOH溶液(质量分数为20% )为反萃剂,在油碱比为1∶ 1.5的条件下,反萃处理萃取液,测定温度对萃取剂回收率和两相分离时间的影响,试验结果见图5。

图 5 反萃温度对萃取剂回收率和分离时间的影响;余蜀宜,1999

图 5 反萃温度对萃取剂回收率和分离时间的影响;余蜀宜,1999

由图5可见,萃取剂回收率随温度升高而下降,当温度超过100℃时,反萃温度对萃取剂回收率影响很大。这主要是由于松香胺与苯酚在温度高于100℃时很容易发生反应生成松香胺酚盐,致使萃取剂回收率大大降低。反萃温度对两相分离时间的影响较大,温度升高有利于两相分离时间的缩短。本方法选择反萃温度为40℃ 。

2.7 反萃用碱量与反萃率的关系

在反萃剂中NaOH质量分数为20%、温度为25℃条件下,测定实际用碱量与理论碱量之比与反萃率的关系,试验结果见图6。理论碱量是指在反萃过程中使萃取液中的酚全部转变为酚钠理论上所需要的NaOH量。

图 6 反萃用碱量与理论碱量之比与反萃率的关系;余蜀宜,1999

图 6 反萃用碱量与理论碱量之比与反萃率的关系;余蜀宜,1999

由图6可见,反萃率随用碱量的增加而提高,但当反萃用碱量与理论碱量之比超过1.4时,反萃率提高的很少。试验同时还表明,随着用碱量增加,反萃速度加快,两相分离时间缩短。在保证反萃效果的前提下,应尽可能地减少反萃用碱量。本方法选择反萃用碱量与理论碱量之比为1.5。

2.8 反萃剂中NaOH浓度与反萃率的关系

在反萃用碱量是理论碱量的1.4倍、温度为25℃条件下,测定反萃剂中NaOH浓度的变化对反萃率的影响,结果表明,反萃剂中碱浓度对反萃率的影响不大。但试验也表明,反萃剂碱浓度的提高,有利于酚类的回收,但不利于两相的分离和萃取剂的回收,故选择反萃剂中NaOH的质量分数为20%。

2.9 实际含酚废水的处理

从南京某化工厂210树脂生产车间取含酚废水,在萃取温度为25℃ 、萃取时间为40s、油水比为1∶ 7的条件下,用松香胺煤油溶液(松香胺质量分数为30%)为萃取剂,进行3级萃取处理,结果见表1。

表1 实际含酚废水萃取处理试验数据
萃取次数 d(酚)/(mgL-1 脱酚率/% 累计脱酚率/% 分配系数
0 37820
1 1176.20 96.89% 96.89% 31.15%
2 121.03 89.71% 99.68% 8.72%
3 18.91 84.38% 99.95% 5.40%
注:ρ为质量浓度符号

由表1可见,废水处理前含酚37820mg /L,经3级萃取处理后,酚含量降至18.91mg /L,3级萃取的总脱酚率为99.95%。处理后的废水再经吸附处理就可达到排放标准。

萃取液用NaOH质量分数为20%的水溶液作反萃剂,在反萃温度为50℃ ,反萃用碱量与理论碱量之比为1。4∶ 1的条件下,经2级反萃处理后,松香胺的回收率达99% ,酚的回收率达98%左右。


3 结语

试验结果说明,用松香胺萃取酚选择性好;松香胺在水中溶解度小,无毒,化学性质稳定, 价格低廉,在萃取过程中损失少,无二次污染;松香胺质量分数为30%的煤油溶液对高浓度和低浓度含酚废水中的酚均具有很强的萃取能力,而且分层迅速,无明显夹带,两相均清澈,无第三相生成;处理实际工业废水时,脱酚工艺操作简便,可以不进行缩合预处理而直接萃取,减少了设备投资费用和处理费用,分离效果明显;萃取液用NaOH溶液反萃,回收酚,分离出的萃取剂可循环使用,复用性较好。也可以直接将萃取液加热至100℃以上,制取高价值的杀菌防腐剂松香胺酚盐。用松香胺煤油溶液萃取处理含酚废水是可行的,值得进一步研究和推广。


参考文献

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