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梁儒，劉國光，呂文英，孫斌
(廣東工業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣東廣州510006)
[摘要]用四丁基氯化銨(TBAC)對Cr(Ⅵ)進(jìn)行萃取，考察了稀釋劑、水相pH、萃取劑濃度、水相體積、萃取振蕩時間等因素對萃取效果的影響，得到最佳萃取條件，確定了萃取物中TBAC與Cr(Ⅵ)的物質(zhì)的量比為1∶2。用5mol/L的氫氧化鈉溶液對負(fù)載Cr(Ⅵ)的有機(jī)相進(jìn)行反萃取，反萃取率達(dá) 97%，濃縮結(jié)晶后以重鉻酸鈉的形式回收利用。
[關(guān)鍵詞]Cr(Ⅵ);四丁基氯化銨;電鍍廢水
[中圖分類號]X703[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A[文章編號]1005-829X(2011)09-0019-03
含鉻廢水中的Cr(Ⅵ)對人體及動物有毒害作用〔1〕，是環(huán)境污染物之一。含鉻廢水處理方法有化學(xué)沉淀法〔2-3〕、溶劑萃取法〔4-5〕、固相萃取法〔6〕、離子交換法〔7〕等。化學(xué)沉淀法易造成二次污染;離子交換法的交換容量有限，樹脂再生繁瑣;溶劑萃取法因選擇性及分離效率高，可回收被萃取物，且易實現(xiàn)連續(xù)操作，受到人們的重視。
筆者以四丁基氯化銨(TBAC)為萃取劑，分別以甲基異丁基酮(MIBK)、煤油、正己烷及三氯甲烷為稀釋劑，對含Cr(Ⅵ)水相進(jìn)行萃取。有機(jī)相中的Cr(Ⅵ)可用NaOH反萃取，在反萃取液中加入硫酸并濃縮結(jié)晶，最后鉻以Na2Cr2O7形式再生。
1·試驗部分
1.1試劑與儀器
試劑：K2Cr2O7、四丁基氯化銨、甲基異丁基酮、煤油、正己烷、三氯甲烷，均為分析純。儀器：T6紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器公司;pHS-3C型pH計，上海盛磁儀器有限公司;HZ-3恒溫水浴振蕩器，上海榮生生化儀器廠。
1.2試驗方法
取 2 mL 10 000 mg/L的K2Cr2O7溶液、1~12 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的TBAC溶液加入到錐形瓶中，用H2SO4調(diào)節(jié)pH，并保持水相體積為15 mL;再加入10 mL稀釋劑，恒溫(室溫)振蕩10 min，隨后將溶液轉(zhuǎn)移到分液漏斗中，靜置分層，移取一定量的萃取液，用分光光度法測定Cr(Ⅵ)。Cr(Ⅵ)的萃取率E及分配比D按下式計算：
E=(C0-C1)/C0
D=〔E/(1-E)〕×Vaq/Vorg
式中：C0、C1———Cr(Ⅵ)總濃度、萃余液的Cr(Ⅵ)濃度;Vaq、Vorg———水相、有機(jī)相的體積。
2·結(jié)果與討論
2.1稀釋劑對萃取效果的影響
考察了4種稀釋劑中TBAC對Cr(Ⅵ)的萃取效果，如圖1所示。從圖1可見，MIBK作稀釋劑時比煤油、正己烷及三氯甲烷的萃取效果要好，而且MIBK比煤油的抗氧化性能更好(萃取物在煤油中停留4 h以上時開始變?yōu)榫G色，說明有Cr(Ⅲ)生成，煤油被氧化，而萃取物在MIBK中沒有明顯變化)，因此選用 MIBK作為稀釋劑。
2.2 pH對萃取效果的影響
pH>8時，水相中的Cr(Ⅵ)主要以鉻的陰離子形式存在〔8〕。
用硫酸及氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH，考察pH在0.3～6范圍內(nèi)變化時對萃取效果的影響，結(jié)果見圖2。
由圖2可見，隨著pH的增加，萃取率降低，當(dāng)pH<0.5時，萃取率基本不再變化，故最佳pH為0.5，此時萃取率達(dá)到97.5%。酸度不宜太高，否則易發(fā)生SO42-的競爭萃取，對Cr(Ⅵ)的萃取過程不利。
2.3萃取物的組成
Cr(Ⅵ)離子的萃取機(jī)理比較復(fù)雜，pH為0.5時，用斜率法〔9〕研究了萃取物中TBAC與Cr(Ⅵ)的關(guān)系，見圖3。
2.4 TBAC的用量對萃取效果的影響
以MIBK為稀釋劑，調(diào)節(jié)pH為0.5，考察TBAC的用量對Cr(Ⅵ)萃取效果的影響，見圖4。
從圖4可見，隨著TBAC用量的增加，萃取率也隨之增大;TBAC用量相同時，隨Cr(Ⅵ)初始質(zhì)量濃度的增加萃取率降低。TBAC用量為8 mL以上時，對Cr(Ⅵ)質(zhì)量濃度為4 000、7 000 mg/L溶液的萃取率為98.7%;對于質(zhì)量濃度為10 000 mg/L的Cr(Ⅵ)溶液，TBAC用量在10 mL以上時，萃取率為98.7%。
2.5振蕩時間對萃取效果的影響
在MIBK作稀釋劑，pH為0.5，TBAC投加量為10 mL的條件下，考察了振蕩時間對Cr(Ⅵ)萃取過程的影響，如表1所示。
從表1可以看出，萃取率隨振蕩時間的增加而提高，10 min時萃取率達(dá)97.6%，此后繼續(xù)延長時間萃取率變化不大，故振蕩時間取10 min。
2.6水相體積對萃取效果的影響
在MIBK為稀釋劑，pH為0.5，TBAC投加量為10 mL，振蕩時間為10 min的條件下，考察水相體積對Cr(Ⅵ)萃取效果的影響，結(jié)果如圖5所示。
從圖5可以看出，水相體積的增加會導(dǎo)致萃取率的降低。水相體積為15 mL時，萃取率為96.62%，40 mL時的萃取率僅為30.4%。因此水相體積宜取15 mL。
2.7反萃取條件的確定
為了回收有機(jī)相中的Cr(Ⅵ)，選擇兩種高效反萃取劑NaOH、Na2SO3，對負(fù)載Cr(Ⅵ)的有機(jī)相萃余液進(jìn)行反萃取對比試驗。
向萃余液中加入不同濃度(1～5 mol/L)的NaOH、Na2SO3溶液，保持有機(jī)相與水相的體積比為1∶2(反萃取劑用量為10 mL)，在恒溫水浴振蕩器中(溫度30℃)振蕩10 min，結(jié)果如圖6所示。
圖6表明：隨著反萃取劑濃度的增加，反萃取率逐漸增大，且兩種反萃取劑的效果相差不大，濃度為5 mol/L時，NaOH的反萃取率為97%，Na2SO3為92.3%。但Na2SO3的反萃取物以Cr(Ⅲ)形式出現(xiàn)，而NaOH的反萃取反應(yīng)為：
含有Na2CrO4的反萃余液先用體積分?jǐn)?shù)為30%的硫酸調(diào)節(jié)pH至2～3，再經(jīng)濃縮結(jié)晶使多余的Na+以硫酸鹽形式結(jié)晶去除，得到重鉻酸鈉溶液或晶體，可回收利用〔10〕。故選擇濃度為5 mol/L的NaOH溶液作為反萃取劑。
2.8實際含鉻廢水的處理
廣州市開發(fā)區(qū)某公司的電鍍含鉻廢水中Cr(Ⅵ)質(zhì)量濃度達(dá)9 350 mg/L，取2 mL該廢水，按實驗確定的最佳條件進(jìn)行萃取，同時進(jìn)行二次萃取試驗。結(jié)果表明：一次萃取和二次萃取后廢水的Cr(Ⅵ)分別為318、244 mg/L，其萃取率分別為96.6%和97.4%;反萃取率分別為96.2%和 98.6%，說明二次萃取比一次萃取的效果更好。
3·結(jié)論
(1)以四丁基氯化銨萃取含Cr(Ⅵ)廢水時，甲基異丁基酮作稀釋劑的萃取效果較好;
(2)最佳萃取pH為0.5，酸度越大，對SO42-的萃取率越高，將影響對Cr(Ⅵ)的萃取效果;
(3)采用四丁基氯化銨萃取Cr(Ⅵ)時，TBA+與HCr2O7-結(jié)合進(jìn)入有機(jī)相;
(4)用5 mol/L的NaOH溶液作反萃取劑時，反萃取效果比Na2SO3要好。
[參考文獻(xiàn)]：略
