MIBK對(duì)苯酚、鄰甲基苯酚的萃取性能研究

李檸菡，孫天宇，邢書源，王 欣，李 華，伍 儆，蔡衛(wèi)濱

(中國礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083)

煤化工是實(shí)現(xiàn)煤炭清潔高效利用、保障我國能源安全的一個(gè)有效途徑，在我國獲得了較大的發(fā)展。但是，煤化工項(xiàng)目的生產(chǎn)過程中，會(huì)排放大量高濃度含酚廢水。酚類化合物是原質(zhì)型毒物，降解難，對(duì)生物活體具有很強(qiáng)的毒害作用［1－3］，也對(duì)環(huán)境和健康有重大危害［4］。含酚廢水的處理工藝包括萃取法、生化法、吸附法［5］等，但對(duì)高濃度的含酚廢水，常常無法直接生化處理［6］。由于萃取方法具有溶質(zhì)可回收也即資源再利用的特點(diǎn)，得到了廣泛的重視和應(yīng)用［7］。目前，對(duì)煤化工廢水等高濃度含酚廢水，工業(yè)處理首先采用萃取法除去大部分的酚類，隨后再用生化法等工藝進(jìn)一步處理，使之達(dá)標(biāo)排放或回用。

萃取法所用萃取劑大多為甲基異丁基酮(MIBK)，它對(duì)一些典型酚類的萃取效果如表1所示［9－10］。

表1 MIBK對(duì)酚類的分配系數(shù)Table1 Distribution coefficients of phenols for MIBK

由表1可見，對(duì)于苯酚，MIBK具有較好的萃取效果，根據(jù)不同文獻(xiàn)，分配系數(shù)在70～100之間;對(duì)間苯二酚，萃取效果明顯降低，分配系數(shù)下降到17.9;對(duì)間苯三酚，萃取效果進(jìn)一步降低，分配系數(shù)下降到5.0。這是由于，隨著苯環(huán)上羥基的增多，酚類的親水性增強(qiáng)而親油性減弱，降低了酚類與MIBK之間的疏水作用，因此分配系數(shù)下降。

實(shí)際煤化工廢水中的酚類組成非常復(fù)雜，除了表1中的幾種典型酚類，還有較多的鄰甲基苯酚(鄰甲酚)、間甲基苯酚(間甲酚)、對(duì)甲基苯酚(對(duì)甲酚)等甲基苯酚，以及甲基鄰苯二酚等。這其中，甲基苯酚的含量較高。以西田煤氣水為例，甲基苯酚的含量占酚類總含量的34.6 wt%。然而，從文獻(xiàn)看，MIBK對(duì)甲基苯酚萃取效果的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)還十分缺乏。因此，本文以鄰甲基苯酚為例，研究不同濃度和溫度下，MIBK對(duì)鄰甲基苯酚的萃取性能。為方便對(duì)比，本文同時(shí)給出了MIBK對(duì)苯酚的萃取性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

試劑:苯酚、鄰甲酚、氯化銨、4－氨基安替比林、鐵氰化鉀。常用試劑均從商業(yè)渠道購買，除非特別說明，均為分析純品。

實(shí)驗(yàn)中相比(水相∶油相)為3∶2，采用恒溫水浴振蕩器在一定溫度下振蕩萃取，轉(zhuǎn)速300 r/min，振蕩時(shí)間為120min。萃取完成后，在相同溫度下靜置分層，隨后取水相分析酚類濃度，油相酚類濃度采用物料平衡計(jì)算。酚類濃度采用紫外分光光度法在堿性環(huán)境下測定，以鐵氰化鉀為氧化劑，4－氨基安替比林為顯色劑。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 酚類濃度的影響

分別配制不同濃度的苯酚和鄰甲酚溶液，萃取平衡后，油相酚類濃度(Co)隨水相酚類濃度(Cw)的變化如圖1所示。可以看出，隨平衡時(shí)水相酚類濃度的增大，油相中酚類濃度基本線性增加，其比值即為分配系數(shù)D:

MIBK對(duì)苯酚的分配系數(shù)約為78左右，與文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)一致［9－10］;而MIBK對(duì)鄰甲酚的分配系數(shù)則升高到了252左右，大大高于對(duì)苯酚的分配系數(shù)，也就是說，MIBk對(duì)鄰甲酚的萃取效果要大大優(yōu)于苯酚。這是由于，相比于苯酚，鄰甲酚在羥基邊上多了一個(gè)甲基，一方面，部分屏蔽了羥基的親水性，另一方面，甲基的存在增強(qiáng)了鄰甲酚的疏水性，使鄰甲酚與MIBK的相互作用更強(qiáng)。

2.2 溫度的影響

分別采用苯酚和鄰甲酚溶液，調(diào)節(jié)不同的萃取溫度，測量溫度對(duì)MIBK對(duì)酚類的萃取效果，結(jié)果如圖2所示。

圖2 溫度對(duì)MIBK萃取酚類的影響Fig.2 Effect of temperature on phenols extraction by MIBK

由圖2可以看出，溫度對(duì)MIBK萃取酚類的影響較大，隨溫度增加，分配系數(shù)皆有較大下降。當(dāng)溫度從298K升到343K時(shí)，對(duì)苯酚的分配系數(shù)從78.1下降到35.6，下降54%;而對(duì)鄰甲酚的分配系數(shù)從252.7下降到105.8，下降58%。由此可見，MIBK對(duì)鄰甲酚和苯酚的萃取是一個(gè)放熱過程，低溫更有利于萃取。

3 結(jié)論

MIBK對(duì)苯酚及鄰甲酚都有較好的萃取性能，室溫下平衡時(shí)，油相中酚類濃度隨水相濃度線性增加，對(duì)苯酚和鄰甲酚的分配系數(shù)分別為78和252。溫度對(duì)酚類萃取性能的影響較大，隨萃取溫度的增加，MIBK對(duì)苯酚和鄰甲酚的分配系數(shù)皆有較為明顯的下降，低溫有利于萃取。