二苯甲酮腙生產廢渣處理工藝研究

代飛，薛飛，黃鵬，李忠銘

（江漢大學化學與環(huán)境工程學院，湖北武漢430056）

二苯甲酮腙生產廢渣處理工藝研究

代飛，薛飛，黃鵬，李忠銘*

（江漢大學化學與環(huán)境工程學院，湖北武漢430056）

以二苯甲酮腙（BPH）為例，探討將含有BPH的廢渣提純?yōu)榉瞎I(yè)要求的BPH的方法。利用活性炭脫色除雜的特點，通過溶劑的用量、活性炭的用量以及回流時間的篩選，使黃色廢渣轉變?yōu)榘咨呒兌鹊漠a品并得到最佳工藝條件：溶劑環(huán)己烷用量13∶1（與廢渣質量比）、活性炭用量5%（占廢渣質量百分數(shù)）、回流時間為2 h。

工業(yè)廢渣；二苯甲酮腙；工藝

工業(yè)廢渣的固體廢棄物長期堆存不僅占用大量土地，而且會造成對水系和大氣的嚴重污染和危害，如何合理地處理和利用廢渣是一個亟待解決的問題［1］。隨著二苯甲酮腙（BPH）需求量的增大，由此引發(fā)的生產廢渣問題也日趨嚴重。筆者以BPH為例，探討工業(yè)廢渣的提純處理方法。

1 實驗

1.1 試劑與儀器

環(huán)己烷（AR）（國藥），活性炭粉（AR）（國藥），BPH工業(yè)廢渣（某公司取樣）。

1.2 實驗儀器

傅里葉變換紅外光譜儀（TENSOR 27型，BRUKER公司）；集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（DF-101T型，鞏義市予華儀器有限責任公司）；高效液相色譜儀（UVD170U/P680 HPLC Pump/TCC100，DIONEX公司）；旋轉蒸發(fā)儀（RV10，IKA公司）。

1.3 操作步驟

經(jīng)過前期資料［2-5］查詢以及實驗探索，活性炭具有很強的脫色能力，擬采用活性炭吸附法去除廢渣中的雜質，使廢渣變廢為寶。經(jīng)過篩選，選擇成本較低、污染較小、溶解差異性較大的環(huán)己烷為溶劑，保持回流狀態(tài)（80℃左右）使活性炭與廢渣充分接觸。產品用紅外光譜表征結構，用高效液相色譜檢測純度，確定為符合工業(yè)標準的BPH。其工藝流程見圖1。

圖1 廢渣處理工藝流程圖Fig.1Flow chart of waste treatment process

2 結果與討論

為確定廢渣處理的最佳實驗條件，筆者將采用單因素實驗和正交實驗相結合的方式。單因素實驗可以在較大范圍內確定對實驗指標有較大影響的因素，正交實驗可以用部分實驗組來表征全部的實驗組，具有均衡分散性和整齊可比性的優(yōu)越性。

2.1 單因素實驗

單因素實驗是通過各個因素的改變而觀察對實驗指標的影響程度大小，選取以下3個因素：溶劑環(huán)己烷的用量、活性炭用量、回流時間長短。

2.2.1 溶劑環(huán)己烷用量采用溶劑環(huán)己烷與廢渣質量比的方法來衡量溶劑的用量：處理固定質量的廢渣25 g，活性炭用量固定為1.5 g（占廢渣質量百分數(shù)為6%），回流時間固定為2 h，溶劑的加入量與廢渣質量比為n∶1（n=5，7，9，11，13，15，17）。以最后產品的色澤度和質量為指標確定合適的溶劑投入量（結果見表1）。

表1 溶劑與廢渣的質量比對產品收率的影響Tab.1 Influence of mass ratio of solvent and waste to product yield

為便于直觀分析，將上圖溶劑與廢渣質量比為橫坐標，收率為縱坐標作圖（見圖2）。從圖2可知，當溶劑環(huán)己烷與廢渣的質量比在13∶1時產品收率是86.6%，此時產品外觀為白色針狀晶體，為最大收率。當質量比低于13時，處理后得到的產品略帶黃色，不符合實驗要求；若質量比大于13，溶劑過多，造成冷卻結晶不完全，收率偏低。所以，獲得符合實驗要求的產品時的環(huán)己烷與廢渣質量比為13∶1。

2.1.2 活性炭用量與處理效果之間的關系廢渣處理的主要手段是應用活性炭對黃色雜質的吸附作用，所以活性炭的用量對實驗有至關重要的影響。探討活性炭用量對實驗的影響的單因素實驗方法如下：處理固定廢渣量25 g，溶劑環(huán)己烷為325 g（與廢渣質量比為13∶1），回流時間固定控制在2h，改變活性炭的加入量（以活性炭占廢渣百分數(shù)（%）計算），由最終的產品色澤度和收率來篩選最合適的活性炭加入量。實驗數(shù)據(jù)結果見表2。

圖2 溶劑用量對處理效果圖Fig.2Solvent usage and treatment effect

表2 活性炭投入量對產品收率的影響Tab.2 Influence of active carbon amount to product yield

為便于直觀分析，將表2活性炭與廢渣質量比為橫坐標，產品收率為縱坐標作圖（圖3）。從圖3可知，當活性炭占處理廢渣的百分比在5%的時候，得到的產品收率最大，色澤度也比較好，產品外觀為白色針狀晶體。當百分比低于5%時，活性炭對雜質的吸附不完全，造成處理后的產品色澤度不理想，產物收率低。隨著活性炭百分比增加，產品的色澤度和收率逐漸提高，并在5%時達到峰值。但是，當百分比持續(xù)增大后，活性炭會吸附部分產物，造成收率降低，不利于實驗。因此，要獲得較好的廢渣處理效果，活性炭占廢渣的百分比為5%。

圖3 活性炭用量與處理效果圖Fig.3Active carbon amount and treatment effect

2.1.3 回流時間對實驗處理效果的影響在本實驗中，回流時間較大地影響了活性炭對廢渣中雜質的程度，因此，確定適宜的回流時間也可以節(jié)省實驗的耗時耗能。為探究回流時間與廢渣處理效果的關系，實驗方法如下：廢渣處理量固定為25 g，固定溶劑環(huán)己烷用量325 g（與廢渣質量比為13∶1），活性炭投入量固定為1.25 g（即占廢渣質量百分數(shù)為5%），控制不同的回流時間（1、1.5、2、2.5、3、3.5、4 h）。最終根據(jù)產品的色澤度和收率來判斷實驗的完成的程度，進而確定最適宜的反應回流時間。實驗數(shù)據(jù)結果見表3。

表3 回流時間對產品收率的影響Tab.3 Influence of reflux time on product yield

為便于直觀分析，以表3實驗的回流時間為橫坐標，產品收率為縱坐標作圖（圖4）。從圖4可知回流時間的長短對廢渣的處理效果有較大的影響，當回流時間小于2 h時，廢渣處理后的產品色澤度和收率都比較低，這是因為回流時間短，活性炭對廢渣中的雜質吸附不完全，反應不徹底；隨著回流時間的逐漸增加，產品的收率和色澤度有所好轉，回流時間在2 h時達到峰位；當回流時間大于2 h時，產品的色澤度和收率無顯著改變。所以，加熱回流時間為2 h最適宜。

圖4 回流時間與處理效果圖Fig.4Reflux time and treatment effect

通過上述單因素實驗對因素溶劑環(huán)己烷用量、活性炭用量、回流時間的探究，初步確立的最適宜實驗條件為：溶劑環(huán)己烷與廢渣質量比為13∶1，活性炭占廢渣百分數(shù)為5%，回流時間為2 h。

2.2 正交實驗

鑒于單因素實驗的局限性，為了進一步驗證單因素實驗的結果，下面將通過正交實驗進一步各個因素間的相互關系。在正交實驗中仍然采用溶劑環(huán)己烷與廢渣的質量比、活性炭占廢渣百分數(shù)、回流時間3個因素，并從上述每個因素中篩選出3個水平來進行正交實驗。因此，可以采用L9（33）的正交表（表4）。

表4 實驗因素水平表Tab.4 Factors and levels table of experiment

根據(jù)上面的正交實驗因素水平表制得正交實驗表（表5）。

表5 實驗安排結果及結果分析Tab.5 Experimental arrangement and results

從表5可知，極差R的大小順序是：R1＞R3＞R2，即影響廢渣處理實驗收率大小的因素順序依次是溶劑環(huán)己烷用量、回流時間、活性炭用量。得出的最適宜實驗條件為：溶劑環(huán)己烷用量13∶1（與廢渣質量比）、回流時間2 h、活性炭用量5%（占廢渣質量百分數(shù)）。

3 小結

通過上述單因素實驗和正交實驗驗證，控制合適的溶劑環(huán)己烷用量、活性炭投入量和回流時間可以極大的提高實驗的效果，增大產品的收率。最后得出的最優(yōu)化實驗條件為：溶劑環(huán)己烷用量13∶1（與廢渣質量比）、回流時間2 h、活性炭用量5%（占廢渣質量百分數(shù)），且廢渣處理效果實驗因素的大小次序依次是溶劑用量、回流時間、活性炭用量。其中，選擇回流溫度能加強傳質，增加活性炭與溶液的接觸，提高吸附能力；環(huán)己烷對有色雜質和BPH的溶解差異性加強了雜質的脫出。此外，溶劑和活性炭的回收再利用也大大降低了處理的成本，增加的該工藝的實用性。工業(yè)生產中沒有真正的廢物，關鍵在于如何去利用，從而達到資源的最大利用和環(huán)境的最小污染。

（References）

［1］黃弘，唐明亮，沈曉冬.工業(yè)廢渣資源化及其可持續(xù)發(fā)展（1）——典型工業(yè)廢渣的物性和利用現(xiàn)狀［J］.材料導報，2006 (20)：450-454.

［2］NAMASIVAYAM C，KAVITHA D.Removal of Congo Red from water by adsorption onto activated carbon prepared from coir pith，an agricultural solid waste［J］.Dyes and Pigments，2002，54（1）：47-58.

［3］陳孝云，林秀蘭，魏起華.活性炭表面化學改性及應用研究進展［J］.科學技術與工程，2008，8（19）：5463-5467.

［4］MATTHEW T S，MIKHAIL K.Separating Proteins with Activated Carbon［J］Langmuir，2014，30（27）：8046-8055.

［5］BORKAR C，TOMAR D，GUMMA S.Adsorption of Dichloromethane on Activated Carbon［J］J Chem Eng Data，2010，55（4）：1640-1644.

（責任編輯：葉冰）

Treatment Technology of Production Waste of Benzophenone Hydrazone

DAI Fei,XUE Fei,HUANG Peng,LI Zhongming*
（School of Chemistry and Enviromental Engineering，Jianghan University，Wuhan 430056，Hubei，China）

Taking benzophenone hydrazone（BPH）as an example，explores the method of purifying BPH waste residue to BPH complying with industrial standard.With the decoloring and edulcorating feature of active carbon，chooses the amount of solvent，the amount of active carbon，the reflux time，obtains the white highly purified product from yellow waste residue and the suitable technologi?cal conditions：solvent cyclohexane 13∶1（mass ratio with waste residue），active carbon 5%（mass fraction of waste residue），reflux time 2 hours.

industrial residue；benzophenone hydrazone；technology

G252.8

A

1673-0143（2014）06-0040-05

2014-10-21

代飛（1989—），男，碩士生，研究方向：醫(yī)藥中間體的研制和開發(fā)。

*通訊作者：李忠銘（1959—），女，教授，碩士生導師。研究方向：醫(yī)藥中間體的合成與開發(fā)。E-mail：Lizhongm@jhun.edu.cn