液液萃取技術(shù)處理含酚廢水試驗研究

本文采用吡啶-中油作為含酚廢水脫酚萃取劑，對4000mg/L苯酚模擬廢水進行萃取脫酚試驗研究。通過單因素影響試驗以及正交試驗分析方法考察萃取劑組成以及操作條件如pH、萃取相比、溫度、反應時間、振蕩強度對含酚廢水脫酚效率和分配系數(shù)的影響，篩選最佳比例的萃取劑組成，并確定萃取脫酚過程的最佳工藝條件，從而達到有效治理含酚廢水，指導工業(yè)生產(chǎn)的目的。

1萃取試驗方法

1.1試驗方法

將中油萃取劑與配制的4000mg/L苯酚模擬廢水于錐形瓶中按比例混合，置于恒溫空氣搖床中，調(diào)節(jié)搖床轉(zhuǎn)速及溫度，振蕩搖勻。待反應完全后將錐形瓶中反應物移入分液漏斗，靜置分層，記錄分層時間及中油情況。取下層澄清水樣測定含酚量，考察萃取各影響因素對含酚廢水脫酚效率以及分配系數(shù)的影響。

1.2苯酚標準曲線

????苯酚濃度采用4-氨基安替比林直接光度法測定。測得標準溶液酚濃度C對吸光度E的關(guān)系如表5.1所示。

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根據(jù)表中測定數(shù)據(jù)，繪制苯酚標準曲線如下(圖5.1)，經(jīng)擬合得到標準曲線方程為:C=0.11E+0.0013(相關(guān)系數(shù)r=0.99975 ) 。

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2萃取單因素影響試驗

2.1吡啶含量對萃取效率的影響

????煤焦油中油的大部分堿類物質(zhì)在酸洗精制過程被脫除，因此需添加一定量有機堿以滿足中油萃取劑對苯酚的去除效果。吡啶屬于Lewis堿，酚類物質(zhì)屬于Lewis酸，二者同時存在時，鹽基和酚發(fā)生絡(luò)合反應生成分子化合物:

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????上述反應過程是可逆的，其平衡狀態(tài)與酚和鹽基含量比例直接有關(guān)。

????試驗取50mI中油，采用添加純毗淀的方法改變萃取劑的組成，以達到提高萃取效率的目的。在其他萃取操作因素不變的條件下，分別考察了萃取劑中毗淀堿含量為0, 2%, 4%, 6%, 8%, 10%, 12%, 15%, 20%時，中油萃取劑對4g/L苯酚模擬廢水的萃取效率以及分配系數(shù)變化情況，試驗條件及結(jié)果列于表5.2中。繪制萃取效率以及分配系數(shù)曲線如下。

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????從圖5.2曲線可以看出，中油萃取劑中添加一定量毗淀對苯酚模擬廢水的萃取效率有顯著影響，萃取效率隨著砒睫堿含量的增加而提高。當毗陡含量在6%時已經(jīng)達到拐點，脫酚效率為90.72 %。當吡啶含量為8%時，脫酚效率達到峰值91.31 %，此后再增加其含量對萃取效果無顯著提高。這可能是由于中油萃取劑在此時已達到對苯酚的飽和萃取容量;另一方面，增加吡啶含量，使得有機相體積減少，影響了中油對苯酚的物理溶解能力，從而使萃取劑對水樣酚萃取效率以及分配系數(shù)都有略微降低情況。

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而且，毗淀堿含量過高，使得萃取劑毒性增大，中油在反萃再生過程易產(chǎn)生乳化現(xiàn)象，影響反萃取效率。因此，對于中油萃取劑的組成，毗淀堿含量宜控制在4~6%

2.2 ?pH值對萃取效率影響

????溶劑萃取過程中，通常情況下待分離物質(zhì)是以分子形態(tài)進入有機相或與絡(luò)合劑反應生成萃合物而轉(zhuǎn)入有機相的。隨pH值的增大，苯酚在水中的解離程度亦增大，分子形態(tài)的苯酚摩爾含量減小，萃取效率和分配系數(shù)也隨之減小。

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從圖5.3可以清楚的發(fā)現(xiàn)，當苯酚模擬廢水呈酸性時，中油萃取劑對水樣的酚萃取效率較高，維持在90%左右，基本沒有太大變化。當pH值上升到10附近時，苯酚在水中的解離程度增大，分子形態(tài)的苯酚摩爾含量減小，萃取劑對苯酚模擬廢水的萃取效率急劇下降，pH值增高到12以后，有機相和水相已經(jīng)不能分層，中油失去了對苯酚的萃取性能。實驗室配置的苯酚模擬廢水pH值為6.8，可不調(diào)節(jié)水樣pH直接進行萃取操作。

2.3相比對萃取效率的影響

????理論上，隨著毗陡堿一中油萃取劑和苯酚模擬廢水相比的增大，苯酚在有機相中的分散效果更好，有利于分層，縮短分層時間，萃取效率隨著油水比增大而提高。然而油水萃取相比過大，會導致毗陡堿一中油萃取劑的循環(huán)使用量增加，工業(yè)費用加大。且萃取后中油萃取劑含酚量較低，堿洗再生過程中，酚鈉鹽不易飽和，影響中油萃取劑的再生效率。

????萃取脫酚試驗過程，取50ml苯酚模擬水樣與不同體積萃取劑混合，保持恒溫空氣搖床轉(zhuǎn)速為160r/min,溫度50℃，改變油水相比，反應5min后分離出下層澄清水樣測定酚濃度。試驗數(shù)據(jù)列于表5.3，并計算中油萃取劑對苯酚模擬廢水的脫酚效率。

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????根據(jù)萃取過程的油水相比與萃取效率關(guān)系繪制曲線如圖5.4所示，隨著中油相體積增加，油水相比的增大，萃取劑對苯酚的萃取效率亦提高。油水相比為1.4:1時，對苯酚的萃取效率達到了91.32% 。

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此后再增加中油體積，萃取劑的脫酚效率提高不明顯。因此，綜合工業(yè)生產(chǎn)的能耗考慮，油水相比保持1.2:1~1.4:1之間，即可滿足萃取脫酚要求，中油脫酚效率可達90%以上。

2.4溫度對萃取效率的影響

????適宜的萃取操作溫度可加快溶液分子的運動速率和傳質(zhì)過程，利于中油萃取劑與酚水分離。萃取過程溫度太低，兩相接觸不好，反應不完全，使得脫酚效率下降。而溫度過高，萃取劑在水中的溶解度增大，隨水帶走的損失量增加，還易產(chǎn)生液泛影響效率。當萃取溫度超過70℃時，溶液中的酚類物質(zhì)大量揮發(fā)，影響試驗結(jié)果。

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由圖5.5可以發(fā)現(xiàn)，當溫度為45~50℃之間時，萃取劑對苯酚模擬廢水的萃取效率和分配系數(shù)都達到最高值，脫酚效率可達到90%以上。一般來說，工廠的出口酚水溫度在45~50℃之間，可直接進行萃取脫酚操作。

2.5時間對萃取效率的影響

????試驗考察了不同反應時間對萃取效率的影響，結(jié)果顯示，苯酚在中油萃取體系中的平衡速度較快，中油萃取劑對苯酚模擬廢水的萃取效率在3min之后即無明顯變化，因此可推斷在一定時間內(nèi)萃取時間對酚萃取率無影響。考慮到脫酚效率和工業(yè)能耗的結(jié)合，將反應時間控制在5min較為適合。

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2.6振蕩強度對萃取效率的影響

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