NaSCN和Na2 S2 O3在水-乙醇混合溶劑中的溶解性能研究

王光輝,張勝蘭,張春桃,萬(wàn) 勝,陳雪勇

(武漢科技大學(xué)煤轉(zhuǎn)化與新型炭材料湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢,430081)

NaSCN是貴重的化工原料,主要用做聚丙烯纖維抽絲溶劑,同時(shí)在醫(yī)藥、印染、橡膠、彩色膠卷、農(nóng)藥等行業(yè)有著重要的用途[1]。工業(yè)上合成NaSCN以高純度的HCN為原料,其工藝復(fù)雜、成本高、條件苛刻。煤氣廠改良ADA法脫硫廢液中含有硫氰酸鈉、硫代硫酸鈉等多種鹽份。對(duì)改良ADA法脫硫廢液進(jìn)行分離的傳統(tǒng)方法為甲醇萃取法[2-3],由于甲醇易揮發(fā)且具有毒性,所產(chǎn)生的硫氰酸鈉、硫代硫酸鈉廢液直接外排將造成嚴(yán)重的環(huán)境污染與資源浪費(fèi)。為此,本文嘗試采用乙醇溶析結(jié)晶法從脫硫廢液中分離出NaSCN,測(cè)定在不同溫度、不同溶劑體系下Na2S2O3和NaSCN的溶解度,以期為提高結(jié)晶產(chǎn)率和優(yōu)化結(jié)晶條件提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)

1.1 試劑與測(cè)試裝置

試劑:硫氰酸鈉、硫代硫酸鈉、無(wú)水乙醇、硝酸銀、重鉻酸鉀(以上均為分析純);去離子水。

采用平衡法測(cè)定NaSCN和Na2S2O3在水及水-乙醇混合溶劑中的溶解度。測(cè)試裝置如圖1所示,其中超級(jí)恒溫水浴和水銀溫度計(jì)的溫度測(cè)量誤差為±0.1 K。

1.2 試驗(yàn)步驟

開啟恒溫系統(tǒng)使體系溫度達(dá)到設(shè)定值,先后加入一定量的溶劑(水)或混合溶劑(水和乙醇)與過(guò)量的溶質(zhì)(NaSCN或Na2S2O3);恒溫?cái)嚢? h,直至達(dá)到溶解平衡;取上清液,用0.45μm的微孔濾膜過(guò)濾后轉(zhuǎn)移至容量瓶中;定容后滴定測(cè)定NaSCN和Na2S2O3在水及水-乙醇混合溶劑中的溶解度。SCN-的濃度采用Volhard法測(cè)定[4];的濃度采用碘量法測(cè)定[5]。

圖1 溶解度測(cè)量裝置示意圖Fig.1 Schema of equipment for solubility measurement

2 結(jié)果與討論

2.1 NaSCN和Na2 S2 O3在水中的溶解度

NaSCN和Na2S2O3在水中的溶解度S(定義為溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù))隨溫度T的變化如圖2所示。對(duì)溶解度與溫度的關(guān)系進(jìn)行曲線擬合,得到NaSCN和Na2S2O3在水中的溶解度經(jīng)驗(yàn)公式,分別如式(1)、式(2)所示。

圖2 NaSCN、Na2 S2 O3在水中的溶解度與溫度的關(guān)系Fig.2 Effects of temperature on solubility of NaSCN and Na2 S2 O3 in water

式中:R為相關(guān)系數(shù)。R的數(shù)值表明,所擬合的函數(shù)模型與溶解度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相吻合。

由圖2可以看出,NaSCN和Na2S2O3在水中的溶解度均隨溫度的升高而增大,且在同一溫度時(shí),NaSCN的溶解度比Na2S2O3的溶解度大,二者的差值隨溫度的升高先增大、后減小,在308.15 K時(shí)達(dá)到最大值。這表明溫度對(duì)NaSCN和Na2S2O3在水中的溶解度影響均較大,若是單純采用降溫結(jié)晶,不能得到純度較高的NaSCN。

2.2 NaSCN和Na2 S2 O3在水-乙醇混合溶劑中的溶解度

在T為293.15、308.15、323.15 K的條件下,NaSCN和Na2S2O3在水-乙醇混合溶劑中的溶解度S與乙醇體積分?jǐn)?shù)φ之間的關(guān)系如圖3所示。

分別對(duì)不同溫度下NaSCN和Na2S2O3在水-乙醇混合溶劑中的溶解度與乙醇體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系進(jìn)行曲線擬合,得到如式(3)～式(8)所示的溶解度經(jīng)驗(yàn)公式,式中相關(guān)系數(shù)表明所擬合的函數(shù)模型與溶解度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相吻合。

圖3 不同溫度下NaSCN和Na2 S2O3的溶解度與乙醇體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系Fig.3 Relationship between solubility of NaSCN,Na2 S2O3 and volume fraction of ethanol at different tempratures

從圖3中可以看出,不同溫度下,NaSCN和Na2S2O3在水-乙醇混合溶劑中的溶解度隨乙醇體積分?jǐn)?shù)的增大而減小。當(dāng)φ>0.5時(shí),Na2S2O3的溶解度很小,而NaSCN的溶解度還相對(duì)較大,利用這一特性可以得到純度較高的NaSCN。故在水溶液中加入乙醇進(jìn)行溶析結(jié)晶可以較好地實(shí)現(xiàn)NaSCN與Na2S2O3的分離。

當(dāng)溶析結(jié)晶溫度為308.15 K時(shí),NaSCN與Na2S2O3在水-乙醇混合溶劑中的溶解度之差ΔS隨乙醇體積分?jǐn)?shù)的變化規(guī)律如圖4所示。

圖4 NaSCN和Na2 S2O3的溶解度之差與乙醇體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系Fig.4 Relationship between solubility difference of NaSCN,Na2 S2O3 and volume fraction of ethanol

從圖4中可以看出,NaSCN和Na2S2O3的溶解度之差隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增大呈先增大后減小的趨勢(shì)。當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)為0.2～0.3時(shí),其差值達(dá)到最大。

2.3 工業(yè)廢液處理結(jié)果

對(duì)從工廠取回的脫硫廢液進(jìn)行脫色預(yù)處理,加入粒狀活性炭(用量為10 g/100 mL),脫色10 min。處理后的廢液,在最佳工藝條件(結(jié)晶溫度為35℃,流加速度為80 m L/h,V(乙醇)∶V(廢液)=3.5∶1,φ(乙醇)=0.78)下進(jìn)行乙醇溶析結(jié)晶,可以得到純度為93.37%的硫氰酸鈉晶體。對(duì)生產(chǎn)廢液的處理效果與本文試驗(yàn)結(jié)果是一致的。

3 結(jié)論

(1)溫度對(duì)NaSCN和Na2S2O3在水中的溶解度影響均較大。溫度相同時(shí),NaSCN的溶解度比Na2S2O3的溶解度大,二者的差值隨溫度的升高先增大、后減小。

(2)NaSCN和Na2S2O3在水-乙醇混合溶劑中的溶解度均隨乙醇體積分?jǐn)?shù)的增大而減小。當(dāng)乙醇的體積分?jǐn)?shù)為0.2～0.3時(shí),Na2S2O3和NaSCN的溶解度差值最大。

(3)當(dāng)水-乙醇混合溶劑中乙醇體積分?jǐn)?shù)大于0.5時(shí),采用溶析結(jié)晶法能從脫硫廢液中分離出純度較高的NaSCN。

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