MIBK对苯酚、邻甲基苯酚的萃取性能研究

2018-12-28李柠菡孙天宇邢书源蔡卫滨

山东化工 2018年23期

李柠菡，孙天宇，邢书源，王欣，李华，伍儆，蔡卫滨

(中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院，北京 100083)

煤化工是实现煤炭清洁高效利用、保障我国能源安全的一个有效途径，在我国获得了较大的发展。但是，煤化工项目的生产过程中，会排放大量高浓度含酚废水。酚类化合物是原质型毒物，降解难，对生物活体具有很强的毒害作用［1－3］，也对环境和健康有重大危害［4］。含酚废水的处理工艺包括萃取法、生化法、吸附法［5］等，但对高浓度的含酚废水，常常无法直接生化处理［6］。由于萃取方法具有溶质可回收也即资源再利用的特点，得到了广泛的重视和应用［7］。目前，对煤化工废水等高浓度含酚废水，工业处理首先采用萃取法除去大部分的酚类，随后再用生化法等工艺进一步处理，使之达标排放或回用。

萃取法所用萃取剂大多为甲基异丁基酮(MIBK)，它对一些典型酚类的萃取效果如表1所示［9－10］。

表1 MIBK对酚类的分配系数Table1 Distribution coefficients of phenols for MIBK

由表1可见，对于苯酚，MIBK具有较好的萃取效果，根据不同文献，分配系数在70～100之间;对间苯二酚，萃取效果明显降低，分配系数下降到17.9;对间苯三酚，萃取效果进一步降低，分配系数下降到5.0。这是由于，随着苯环上羟基的增多，酚类的亲水性增强而亲油性减弱，降低了酚类与MIBK之间的疏水作用，因此分配系数下降。

实际煤化工废水中的酚类组成非常复杂，除了表1中的几种典型酚类，还有较多的邻甲基苯酚(邻甲酚)、间甲基苯酚(间甲酚)、对甲基苯酚(对甲酚)等甲基苯酚，以及甲基邻苯二酚等。这其中，甲基苯酚的含量较高。以西田煤气水为例，甲基苯酚的含量占酚类总含量的34.6 wt%。然而，从文献看，MIBK对甲基苯酚萃取效果的实验数据还十分缺乏。因此，本文以邻甲基苯酚为例，研究不同浓度和温度下，MIBK对邻甲基苯酚的萃取性能。为方便对比，本文同时给出了MIBK对苯酚的萃取性能。

1 实验部分

试剂:苯酚、邻甲酚、氯化铵、4－氨基安替比林、铁氰化钾。常用试剂均从商业渠道购买，除非特别说明，均为分析纯品。

实验中相比(水相∶油相)为3∶2，采用恒温水浴振荡器在一定温度下振荡萃取，转速300 r/min，振荡时间为120min。萃取完成后，在相同温度下静置分层，随后取水相分析酚类浓度，油相酚类浓度采用物料平衡计算。酚类浓度采用紫外分光光度法在碱性环境下测定，以铁氰化钾为氧化剂，4－氨基安替比林为显色剂。

2 实验结果与讨论

2.1 酚类浓度的影响

分别配制不同浓度的苯酚和邻甲酚溶液，萃取平衡后，油相酚类浓度(Co)随水相酚类浓度(Cw)的变化如图1所示。可以看出，随平衡时水相酚类浓度的增大，油相中酚类浓度基本线性增加，其比值即为分配系数D:

MIBK对苯酚的分配系数约为78左右，与文献中的数据一致［9－10］;而MIBK对邻甲酚的分配系数则升高到了252左右，大大高于对苯酚的分配系数，也就是说，MIBk对邻甲酚的萃取效果要大大优于苯酚。这是由于，相比于苯酚，邻甲酚在羟基边上多了一个甲基，一方面，部分屏蔽了羟基的亲水性，另一方面，甲基的存在增强了邻甲酚的疏水性，使邻甲酚与MIBK的相互作用更强。

2.2 温度的影响

分别采用苯酚和邻甲酚溶液，调节不同的萃取温度，测量温度对MIBK对酚类的萃取效果，结果如图2所示。

图2 温度对MIBK萃取酚类的影响Fig.2 Effect of temperature on phenols extraction by MIBK

由图2可以看出，温度对MIBK萃取酚类的影响较大，随温度增加，分配系数皆有较大下降。当温度从298K升到343K时，对苯酚的分配系数从78.1下降到35.6，下降54%;而对邻甲酚的分配系数从252.7下降到105.8，下降58%。由此可见，MIBK对邻甲酚和苯酚的萃取是一个放热过程，低温更有利于萃取。