天一萃取絡(luò)合萃取技術(shù)處理含酚廢水

????本論文以解化集團煤氣化車間產(chǎn)生的含酚廢水為處理對象，該廢水含酚量在4000mg/L~5000mg/L之間，屬于高濃度、難降解含酚廢水。然而酚類化合物是有機化工生產(chǎn)的基本原料，具有很高的經(jīng)濟價值，因此處理該類含酚廢水，一方面應(yīng)使其含酚量大幅度下降，減少對環(huán)境的污染，另一方面則應(yīng)盡量回收廢水中的酚類物質(zhì)，使其變廢為寶。

對于酚濃度高于1000mg/L的工業(yè)廢水，溶劑萃取法不失為一種經(jīng)濟高效的治理與回收技術(shù)。而基于可逆絡(luò)合反應(yīng)的有機物萃取分離技術(shù)對于極性有機物的分離具有高效性和高選擇性。苯酚屬于Ixwis酸性物質(zhì)，對苯酚溶液的絡(luò)合萃取不僅能提供很高的萃取脫酚效率，而且絡(luò)合萃取劑在水中的溶解度往往比通常的萃取劑小的多，使工藝過程中溶劑損失大大減少。因此，本論文擬定采用絡(luò)合萃取技術(shù)處理煤氣化含酚廢水，通過生產(chǎn)工藝與處理工藝的結(jié)合、處理技術(shù)與處理裝置的結(jié)合以及處理與回收的結(jié)合，使經(jīng)濟效益與社會效益同步上升。

1.1絡(luò)合萃取處理技術(shù)優(yōu)勢

????從萃取機理分析，液一液萃取過程可以分為簡單分子萃取、中性溶劑化絡(luò)合萃取、酸性絡(luò)合萃取、離子對締合萃取和協(xié)同萃取五個類型。如果按照萃取過程中萃取劑和待分離物質(zhì)之間是否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來分類，萃取分離可以分為物理萃取和化學(xué)萃取兩大類。

????許多液·液萃取體系，其過程伴有化學(xué)反應(yīng)，即存在溶質(zhì)與萃取劑之間的化學(xué)作用，這類傳質(zhì)過程一般稱為化學(xué)萃取。基于可逆絡(luò)合反應(yīng)的萃取分離方法(簡稱絡(luò)合萃取法)對于極性有機物稀溶液的分離具有高效性和高選擇性。在這類工藝過程中，稀溶液中待分離溶質(zhì)與含有絡(luò)合劑的萃取溶劑相接觸，絡(luò)合劑與待分離溶質(zhì)反應(yīng)形成絡(luò)合物，并使其轉(zhuǎn)移至萃取相內(nèi)，第二步則是進行逆向反應(yīng)使溶質(zhì)得以回收，萃取劑循環(huán)使用。絡(luò)合萃取技術(shù)與其他分離方法相比，具有明顯的優(yōu)勢:

????1)絡(luò)合萃取法具有高效性。由于分離過程的推動力是待分離溶質(zhì)和絡(luò)合劑的化學(xué)鍵能，即使極性有機物的濃度很低，化學(xué)萃取的分配系數(shù)也很大，回收率很高。

????2)絡(luò)合萃取法具有高選擇性。絡(luò)合萃取過程中的化學(xué)反應(yīng)是在絡(luò)合劑的特殊官能團和被萃取物質(zhì)相應(yīng)的官能團之間發(fā)生的，因而絡(luò)合萃取的選擇性很高。

????3)絡(luò)合萃取法實現(xiàn)反萃取和溶劑再生過程相對比較簡單。絡(luò)合萃取中的萃合物是可逆絡(luò)合反應(yīng)的產(chǎn)物。正確選擇絡(luò)合反應(yīng)中的反應(yīng)鍵能，靈活使用萃取過程的“擺動效應(yīng)”，可以十分順利的完成反萃取和溶劑再生過程，回收有價值物質(zhì)，使萃取劑循環(huán)使用。

????4)絡(luò)合萃取法的二次污染小、操作成本低。通常物理溶劑對極性有機物的高分配系數(shù)是以它在水中的大溶解損失為代價的。而絡(luò)合萃取溶劑在水中的溶解度一般比物理萃取劑小得多，萃取劑流失少，二次污染小，且萃取過程多數(shù)在常溫下操作，可連續(xù)作業(yè)，便于實現(xiàn)自動化操作和控制。

絡(luò)合萃取法也有它的不足之處。例如萃取過程需要正確選擇合適的絡(luò)合劑、助溶劑和稀釋劑，萃取體系相對比較復(fù)雜;絡(luò)合萃取劑的萃取能力受溶劑中絡(luò)合劑濃度的限制。用于生物制品分離時，需要考慮絡(luò)合劑和稀釋劑的生物相容性等等。

2基本概念

溶劑萃取又稱液一液萃取，它是依據(jù)待分離溶質(zhì)在兩個基本上互不相溶的液相(料液相和萃取相)間分配的差異來實現(xiàn)傳質(zhì)分離。換句話說，實現(xiàn)液一液萃取過程，進行接觸的兩種液體必須是互不相溶的，或者存在足夠的兩相區(qū)域，待分離溶質(zhì)從料液相轉(zhuǎn)入萃取相實現(xiàn)傳質(zhì)分離。

2.1分配常數(shù)和分配系數(shù)

????1891年Nernst提出了有名的分配定律，闡明液一液分配平衡關(guān)系。Nernst定律的基本內(nèi)容是:當(dāng)某一溶質(zhì)溶解在兩個互不相溶的溶劑中，若溶質(zhì)在兩相中的分子狀態(tài)相同，在給定溫度下，當(dāng)兩相接觸達到平衡后，溶質(zhì)在兩相中的平衡濃度的比值為一常數(shù)，且不隨溶質(zhì)濃度的變化而變化。這一平衡關(guān)系可表示為:

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??式中，A為Nernst分配常數(shù);}A}cWo }A}co}分別表示被萃取組分A在料液相和萃取相中達到平衡時的濃度。實際上，被萃取組分在兩相中的存在狀態(tài)相同及處于低濃度狀態(tài)的前提條件對于大多數(shù)萃取體系和萃取過程而言，往往是不成立的。因此，在實際萃取過程中，被萃取組分在兩相平衡時的濃度比值不可能保持常數(shù)，為此，人們引入分配系數(shù)(又稱分配比)來表征被萃取組分在兩相的平衡分配關(guān)系。體系的分配系數(shù)(distribution ratio)可以定義為:在一定條件下，當(dāng)萃取體系達到平衡時，被萃取物質(zhì)在萃取相的((o)中的濃度與料液相(w)中的總濃度之比，用D表示:

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????從分配系數(shù)的定義可知，D值越大，即被萃取物質(zhì)在萃取相中的濃度越大，萃取劑的萃取能力越強。極端情況下???D=0表示完全不被萃取，D}}表示完全被萃取。這兩種情況在實際萃取過程是不可能發(fā)生的。

????對于可逆絡(luò)合萃取過程，由于被萃取物質(zhì)在料液相和萃取相中的形態(tài)不一致，其分配系數(shù)不能簡單用式(C 3.2 )來直接計算，必須考慮萃取平衡方程式。相間的絡(luò)合反應(yīng)可以用簡單的反應(yīng)萃取平衡方程式加以描述:

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2.2萃取率

????萃取率表示萃取過程中被萃取物質(zhì)由料液相轉(zhuǎn)入萃取相的量占被萃取物質(zhì)在原始料液相中的總量的百分比，它代表萃取分離的完全程度。萃取率p(%)的計算公式為:

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????對于兩個互不相溶液相的一次接觸萃取平衡過程，若料液相體積為L m3，萃取相體積為V m3，則分配系數(shù)和萃取率之間的關(guān)系可用式((3.7 )表示:

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2.3相比

????對于間歇萃取過程，萃取相體積(V)和料液相體積(L)之間的比值稱為相比(phaseratio )，用R表示:

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分配系數(shù)D越大，萃取率就越高。D值的大小是由被萃取物質(zhì)本身性質(zhì)及萃取劑等多種因素決定的。相比越大，即萃取劑的相對用量越多，萃取率也就越高，因此，為了提高萃取率p，尋找合適的萃取劑以及確定最佳工藝操作條件是十分重要的。

2.4萃取相平衡

????從本質(zhì)上說，萃取過程是一個由多種組分構(gòu)成的兩相平衡過程，研究這一過程的相平衡，為萃取工藝和設(shè)備的設(shè)計提供必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是十分重要的。被萃取組分的兩相平衡關(guān)系可以用一般直角坐標(biāo)(McCabeThele圖)表示。直角坐標(biāo)中的橫坐標(biāo)表示被萃取組分i在料液相中的平衡濃度xi，縱坐標(biāo)表示被萃取組分在萃取相中的平衡濃度Ya，濃度單位可以是質(zhì)量分?jǐn)?shù)或摩爾分?jǐn)?shù)。

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首先是在一定溫度下通過實驗測定一系列萃取平衡時的兩相溶質(zhì)濃度，根據(jù)其中一組數(shù)據(jù)，可以確定直角坐標(biāo)中相應(yīng)的縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)的數(shù)值，直角坐標(biāo)平面上的相應(yīng)點就表示一個平衡點，把一系列處于平衡狀態(tài)的兩相濃度值標(biāo)