沉淀法回收对甲酚模拟废水中酚的研究

2024-04-24杨鹏辉于洪丽潘昱晨蔡乾锋屈撑囤

石油化工应用 2024年3期

杨鹏辉，于洪丽，潘昱晨，蔡乾锋，屈撑囤

（1.西安石油大学化学化工学院，陕西西安 710065；2.陕西省油气田环境污染控制技术与储层保护重点实验室，陕西西安 710065；3.陕西亿佳瑞能源科技有限公司，陕西西安 710076）

含酚废水来源于石油化工、煤化工和制药等行业，具有来源广、产生量大、难降解等特征。如果处理不当，会造成严重的环境污染[1-2]。我国水中优先控制污染物黑名单中有6 种酚类化合物[3]，污水综合排放标准GB 8978—1996 中规定工业废水中酚的排放量不能超过0.5 mg/L[4]。同时，酚类化合物是重要的化工中间体。从废水的治理与再利用出发，能够回收含酚废水中酚类物质的资源化方法研究对于保护环境、节约资源具有重要的意义[5]。

从废水中回收酚类物质的方法主要有汽提法、萃取法和吸附法等[3]，但这些方法都存在一定的局限性。离子沉淀法与其他方法相比，具有工艺简单、成本低且污染小等优点，既能大幅度降低废水含酚量，减少对环境的污染，又能回收废水中的酚类物质、对粗酚继续进行精制，可以获得附加值更高的苯酚，邻、间、对甲酚等重要化工产品[6]，具有明显的优越性。朱锡锋等分别采用镁离子与钡离子沉淀法回收提取了生物油馏分中的酚类物质[7-8]。耿新华等[9]研究了氧化钙沉淀法回收陶瓷业废水中的酚类物质。

对甲酚是重要的精细化工中间体[6]，其工业废水中对甲酚含量常超过5 000 mg/L。本文利用金属离子与废水中对甲酚反应生成难溶的酚盐沉淀，使之从废水中分离出来，将沉淀用HCl 中和，游离出对甲酚，即可回收废水中的对甲酚，为高含酚废水的资源化利用提供了思路和方法。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

对甲酚、BaCl2、MgCl2、CaO、NaOH、HCl 均为分析纯试剂。

紫外可见分光光度计（T-2600 型）；精密电子天平（ME-204 型）；电热鼓风干燥箱（101-1AB 型）；电热恒温水浴（HH-S4 型）。

1.2 实验方法

移取浓度为5 000 mg/L 的对甲酚溶液50 mL 于250 mL 三口瓶中，用5 mol/L NaOH 调节溶液pH 值，加入一定量的金属离子溶液，在恒温水浴中搅拌反应。在一定时间取适量反应液过滤，适当稀释并用HCl 调节pH 值后用紫外可见分光光度计在277 nm 处测定其吸光度[10]，计算浓度并用式（1）计算对甲酚的去除率。

式中：E-去除率，%；c0、c1-分别为对甲酚的初始浓度与t 时刻对甲酚的浓度。

2 结果与讨论

2.1 沉淀剂的筛选

分别选择BaCl2、MgCl2、CaO 为沉淀剂进行对甲酚模拟废水的沉淀回收实验。当温度为25 ℃，pH 值为14，各沉淀剂加量均为1.0 当量时，实验结果见图1。BaCl2对废水中酚的去除率最高，为17.1%，因此，后续实验选择BaCl2为回收酚的沉淀剂。

图1 沉淀剂的筛选

2.2 BaCl2 溶液加量对酚去除率的影响

当温度为25 ℃，pH 值为14，酚去除率随沉淀剂BaCl2溶液加量变化的关系见图2。由图2 可以看出，当BaCl2溶液加量从2 mL 增加到18 mL 时，酚去除率迅速增加至52.3%，之后酚去除率随BaCl2溶液加量增加趋于平缓，因此，BaCl2溶液的最佳加量为18 mL。

图2 BaCl2 溶液加量对酚去除率的影响

2.3 pH 值对酚去除率的影响

当温度为25 ℃，BaCl2溶液加量为18 mL，酚去除率随pH 值变化的关系见图3。由图3 可以看出，当pH值从10 增加到14 时，酚去除率逐渐增大。当pH 值为14 时，酚去除率为52.3%[8]。

图3 pH 值对酚去除率的影响

由对甲酚与钡离子反应的原理可知，碱性条件有利于酚钡盐沉淀的生成。碱性越强，pH 值越高，越有利于提高对甲酚的去除率。

2.4 温度对酚去除率的影响

当pH 值为14，BaCl2溶液加量为18 mL，酚去除率随温度变化的关系见图4。由图4 可以看出，随着温度升高，酚去除率缓慢上升。一方面，温度升高，反应速率加快，更多的酚与钡离子生成沉淀，去除率上升；另一方面，随温度升高，酚随水蒸汽挥发加快，导致水中酚的浓度降低而表现出酚的去除率升高。考虑到升高温度会增加能耗，且酚类在高温下易于氧化[7]，所以选择反应温度为25 ℃。

图4 温度对酚去除率的影响

2.5 对甲酚的酸溶回收

由以上研究可知，对于50 mL 5 000 mg/L 的对甲酚模拟废水，当温度为25 ℃，pH 值为14，BaCl2溶液加量为18 mL 时，酚去除率可达52.3%。将生成的酚钡盐沉淀过滤，洗涤，用稀HCl 中和后，游离出对甲酚。用乙酸丁酯为萃取剂进行萃取，对甲酚的回收率达到99.69%。剩余水相中的BaCl2可以回用于含酚废水的处理。