络合萃取法处理二甲胺废水

第25卷第10期应用化学Vol.25No.10 2008年10月 CH I N ESE JOURNAL OF APP L I E D CHE M I ST RY Oct.2008

络合萃取法处理二甲胺废水

魏凤玉3　耿　军　张　利

(合肥工业大学化工学院　合肥230009)

摘　要　采用络合萃取法处理二甲胺(DMA)废水,考察了萃取剂的种类和用量、溶液pH值、油与水比对二甲

胺萃取效果的影响。实验结果表明,以P204为萃取剂、环己烷为稀释剂时,P204与DMA以1∶1形式络合,萃

取是一个放热且快速反应过程,反应热ΔH=-6150kJ/mol。在油与水比为1∶4、萃取剂稀释剂体积比为1∶9、废水pH=11187的条件下,DMA的一级萃取率为9310%。P204负载DMA的红外谱图研究表明,P204络合萃

取二甲胺同时存在离子缔合成盐机制和氢键缔合机制。

关键词　络合萃取,二甲胺,废水处理,P204

中图分类号:O652.6;T Q028.3 文献标识码:A 文章编号:100020518(2008)1021213204

二甲胺(DMA)是甲胺类物质中应用最广泛、需求量最大的一种,广泛应用于农药、制药、橡胶、皮革和有机化学工业中[1,2]。废水中二甲胺含量较低时有较难闻的鱼腥臭,浓度较高则会对眼和呼吸道有强烈的刺激作用。目前,工业生产中多采用精馏法[3,4]和吹脱法处理二甲胺废水,但精馏法设备投资大、能耗高,吹脱法只能将水中的二甲胺部分解吸到空气中,未能实现二甲胺的真正处理。因此,寻求一种简单、高效、节能的二甲胺废水处理技术已成为急待解决的研究课题。络合萃取法对于极性有机物的分离具有高效性和选择性等优点[5],已在酚类、有机磺酸类、有机羧酸类、有机胺类及带有两性官能团有机物废水的治理方面展现了良好的应用前景[6,7]。本文采用络合萃取法处理二甲胺废水,探讨了二(22乙基己基)磷酸(P204)萃取二甲胺的络合萃取机理,为络合萃取法处理二甲胺废水提供了依据。

1　实验部分

1.1　试剂和仪器

络合剂P204为化学纯试剂,磷酸三丁酯(T BP)、稀释剂环己烷等均为分析纯试剂,煤油为工业品。模拟废水采用33%二甲胺溶液(化学纯)配制。Spectrum100型傅立叶红外光谱仪(美国PE公司); pHS23C型精密酸度计(上海大普仪器有限公司);SP272型可见分光光度计(上海光谱仪器有限公司); UV260型紫外光谱仪(日本岛津公司)。

1.2　实验方法

将调好pH值的水样、V(萃取剂)∶V(稀释剂)=1∶9的比例加入分液漏斗中,振荡10m in,使油水充分接触。实验结果表明,P204萃取二甲胺是快速反应过程,振荡10m in能确保萃取反应完全。静置分层后,测定水中二甲胺含量和pH值。将上层萃取相和体积分数为10%的HCl溶液混合搅拌10m in后,静置分层,上层为回收的萃取剂,循环使用,下层为萃取出的二甲胺,拟回收利用。

1.3　分析方法

废水中的二甲胺浓度采用分光光度法测定[8],由紫外光谱仪测得二甲胺的最大吸收波长为580nm,萃取相中的二甲胺浓度通过物料衡算求得。

2　结果与讨论

2.1　萃取剂和稀释剂的选择

不同络合剂和稀释剂对二甲胺模拟废水的处理结果如表1所示。表中可见,P204的萃取效果明显

2007210207收稿,2008202230修回

合肥工业大学研究生创新基金(XS07036)资助项目

通讯联系人:魏凤玉,女,副教授;E2mail:weifyliuj@;研究方向:传质与分离,化工废水处理

优于T BP 。这是由于T BP 属于中强碱而二甲胺显碱性,二者间较难形成化学缔合键,但基于相似相溶原理,有机相仍萃取了一定量的二甲胺,所以选择P204作为络合剂。煤油和环己烷均可作为二甲胺良好

的稀释剂,环己烷对二甲胺的萃取效果略高于煤油,故本文选用环己烷作稀释剂。

表1　萃取剂和稀释剂的选择

Table 1　Selecti on of extract an t and d iluen t

Extractant D iluent Re moval of di m ethyla m ine η/%

pH 2.5～3.4

pH 6.4～7.0

pH 10.7～10.8

pH 11.7～11.9

T BP cycl ohexane 15.716.818.522.9P204cycl ohexane 18.521.687.093.7P204

ker osene

25.4

37.3

82.2

91.9

V (extractant )∶V (diluent )=1∶9,V (oil )∶V (water )=1∶1,c (DMA )=107.0mg/L .

2.2　萃取工艺条件的确定

探讨了水相pH 值、络合剂P204的质量浓度及油与水比对DMA 萃取分配系数D 的影响:D =

[(CH 3)2NH ・(P204)n ](o )

[(CH 3)2NH ](w )

(1)

式中,下标(w )代表水相,(o )代表油相。

由图1实验结果可以看出,随着水相pH 值的增加,二甲胺的分配系数D 逐渐增加,当pH 值为10～11时,D 急剧增加。这是因为在碱性条件下,DMA 以分子形式从水中游离出来,从而加快了DMA 与酸性络合萃取剂P204间的反应能力。由图1还可以看出,随着P204质量浓度的增加,分配系数D 增加;当P204体积分数为10%和20%时D 值变化不大。故选择体积分数10%P204+体积分数90%环己

烷的混合溶液作为萃取剂。

图1　废水pH 值和萃取剂P204体积分数φoil

对分配系数(D )的影响

Fig .1　Effects of pH and extractant concentrati on φoil

on the extracti on distributi on coefficient D

c (DMA )=107.0mg/L

φ(P204)/%:a .5;b .10;

c .20

图2　DMA 原始浓度及油与水比对

分配系数(D )的影响

Fig .2　Effects of the original concentrati on of DMA and

the volu me rati o of oil t o water on the extracti on

distributi on coefficient (pH =10.7)

c (DMA )/(mg ・L -1):a .53.5;b .107;c .161;

d .214

油与水比是指有机萃取相与废水体积比,它是影响萃取操作的重要因素之一。油与水体积比愈小,萃取操作费用愈低,但两相接触面积减小,萃取效果降低。不同油与水体积比对萃取效果的影响见图2。图中可见,二甲胺的分配系数随油水比的减小而增大,因此可选择较小油水比以获得较大分配系数。但二甲胺的去除率随油与水比的增大先增大后减小,当油与水体积比为1∶4时,二甲胺的去除率最高。

当废水原始pH =1118、油相中P204体积分数为10%、V (油)∶V (水)=1∶4时,P204萃取二甲胺的一级去除率可达9310%。实际废水经多次萃取后可直接回收利用或排放。2.3　萃合物组成的推测

采用双对数坐标法,可以推测P204络合萃取二甲胺的萃取物组成

[9]

。在萃取过程中,环己烷对分

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