二苯甲酮腙生产废渣处理工艺研究

代飞，薛飞，黄鹏，李忠铭

（江汉大学化学与环境工程学院，湖北武汉430056）

二苯甲酮腙生产废渣处理工艺研究

代飞，薛飞，黄鹏，李忠铭*

（江汉大学化学与环境工程学院，湖北武汉430056）

以二苯甲酮腙（BPH）为例，探讨将含有BPH的废渣提纯为符合工业要求的BPH的方法。利用活性炭脱色除杂的特点，通过溶剂的用量、活性炭的用量以及回流时间的筛选，使黄色废渣转变为白色高纯度的产品并得到最佳工艺条件：溶剂环己烷用量13∶1（与废渣质量比）、活性炭用量5%（占废渣质量百分数）、回流时间为2 h。

工业废渣；二苯甲酮腙；工艺

工业废渣的固体废弃物长期堆存不仅占用大量土地，而且会造成对水系和大气的严重污染和危害，如何合理地处理和利用废渣是一个亟待解决的问题［1］。随着二苯甲酮腙（BPH）需求量的增大，由此引发的生产废渣问题也日趋严重。笔者以BPH为例，探讨工业废渣的提纯处理方法。

1 实验

1.1 试剂与仪器

环己烷（AR）（国药），活性炭粉（AR）（国药），BPH工业废渣（某公司取样）。

1.2 实验仪器

傅里叶变换红外光谱仪（TENSOR 27型，BRUKER公司）；集热式恒温加热磁力搅拌器（DF-101T型，巩义市予华仪器有限责任公司）；高效液相色谱仪（UVD170U/P680 HPLC Pump/TCC100，DIONEX公司）；旋转蒸发仪（RV10，IKA公司）。

1.3 操作步骤

经过前期资料［2-5］查询以及实验探索，活性炭具有很强的脱色能力，拟采用活性炭吸附法去除废渣中的杂质，使废渣变废为宝。经过筛选，选择成本较低、污染较小、溶解差异性较大的环己烷为溶剂，保持回流状态（80℃左右）使活性炭与废渣充分接触。产品用红外光谱表征结构，用高效液相色谱检测纯度，确定为符合工业标准的BPH。其工艺流程见图1。

图1 废渣处理工艺流程图Fig.1Flow chart of waste treatment process

2 结果与讨论

为确定废渣处理的最佳实验条件，笔者将采用单因素实验和正交实验相结合的方式。单因素实验可以在较大范围内确定对实验指标有较大影响的因素，正交实验可以用部分实验组来表征全部的实验组，具有均衡分散性和整齐可比性的优越性。

2.1 单因素实验

单因素实验是通过各个因素的改变而观察对实验指标的影响程度大小，选取以下3个因素：溶剂环己烷的用量、活性炭用量、回流时间长短。

2.2.1 溶剂环己烷用量采用溶剂环己烷与废渣质量比的方法来衡量溶剂的用量：处理固定质量的废渣25 g，活性炭用量固定为1.5 g（占废渣质量百分数为6%），回流时间固定为2 h，溶剂的加入量与废渣质量比为n∶1（n=5，7，9，11，13，15，17）。以最后产品的色泽度和质量为指标确定合适的溶剂投入量（结果见表1）。

表1 溶剂与废渣的质量比对产品收率的影响Tab.1 Influence of mass ratio of solvent and waste to product yield

为便于直观分析，将上图溶剂与废渣质量比为横坐标，收率为纵坐标作图（见图2）。从图2可知，当溶剂环己烷与废渣的质量比在13∶1时产品收率是86.6%，此时产品外观为白色针状晶体，为最大收率。当质量比低于13时，处理后得到的产品略带黄色，不符合实验要求；若质量比大于13，溶剂过多，造成冷却结晶不完全，收率偏低。所以，获得符合实验要求的产品时的环己烷与废渣质量比为13∶1。

2.1.2 活性炭用量与处理效果之间的关系废渣处理的主要手段是应用活性炭对黄色杂质的吸附作用，所以活性炭的用量对实验有至关重要的影响。探讨活性炭用量对实验的影响的单因素实验方法如下：处理固定废渣量25 g，溶剂环己烷为325 g（与废渣质量比为13∶1），回流时间固定控制在2h，改变活性炭的加入量（以活性炭占废渣百分数（%）计算），由最终的产品色泽度和收率来筛选最合适的活性炭加入量。实验数据结果见表2。

图2 溶剂用量对处理效果图Fig.2Solvent usage and treatment effect

表2 活性炭投入量对产品收率的影响Tab.2 Influence of active carbon amount to product yield

为便于直观分析，将表2活性炭与废渣质量比为横坐标，产品收率为纵坐标作图（图3）。从图3可知，当活性炭占处理废渣的百分比在5%的时候，得到的产品收率最大，色泽度也比较好，产品外观为白色针状晶体。当百分比低于5%时，活性炭对杂质的吸附不完全，造成处理后的产品色泽度不理想，产物收率低。随着活性炭百分比增加，产品的色泽度和收率逐渐提高，并在5%时达到峰值。但是，当百分比持续增大后，活性炭会吸附部分产物，造成收率降低，不利于实验。因此，要获得较好的废渣处理效果，活性炭占废渣的百分比为5%。

图3 活性炭用量与处理效果图Fig.3Active carbon amount and treatment effect

2.1.3 回流时间对实验处理效果的影响在本实验中，回流时间较大地影响了活性炭对废渣中杂质的程度，因此，确定适宜的回流时间也可以节省实验的耗时耗能。为探究回流时间与废渣处理效果的关系，实验方法如下：废渣处理量固定为25 g，固定溶剂环己烷用量325 g（与废渣质量比为13∶1），活性炭投入量固定为1.25 g（即占废渣质量百分数为5%），控制不同的回流时间（1、1.5、2、2.5、3、3.5、4 h）。最终根据产品的色泽度和收率来判断实验的完成的程度，进而确定最适宜的反应回流时间。实验数据结果见表3。

表3 回流时间对产品收率的影响Tab.3 Influence of reflux time on product yield

为便于直观分析，以表3实验的回流时间为横坐标，产品收率为纵坐标作图（图4）。从图4可知回流时间的长短对废渣的处理效果有较大的影响，当回流时间小于2 h时，废渣处理后的产品色泽度和收率都比较低，这是因为回流时间短，活性炭对废渣中的杂质吸附不完全，反应不彻底；随着回流时间的逐渐增加，产品的收率和色泽度有所好转，回流时间在2 h时达到峰位；当回流时间大于2 h时，产品的色泽度和收率无显著改变。所以，加热回流时间为2 h最适宜。

图4 回流时间与处理效果图Fig.4Reflux time and treatment effect

通过上述单因素实验对因素溶剂环己烷用量、活性炭用量、回流时间的探究，初步确立的最适宜实验条件为：溶剂环己烷与废渣质量比为13∶1，活性炭占废渣百分数为5%，回流时间为2 h。

2.2 正交实验

鉴于单因素实验的局限性，为了进一步验证单因素实验的结果，下面将通过正交实验进一步各个因素间的相互关系。在正交实验中仍然采用溶剂环己烷与废渣的质量比、活性炭占废渣百分数、回流时间3个因素，并从上述每个因素中筛选出3个水平来进行正交实验。因此，可以采用L9（33）的正交表（表4）。

表4 实验因素水平表Tab.4 Factors and levels table of experiment

根据上面的正交实验因素水平表制得正交实验表（表5）。

表5 实验安排结果及结果分析Tab.5 Experimental arrangement and results

从表5可知，极差R的大小顺序是：R1＞R3＞R2，即影响废渣处理实验收率大小的因素顺序依次是溶剂环己烷用量、回流时间、活性炭用量。得出的最适宜实验条件为：溶剂环己烷用量13∶1（与废渣质量比）、回流时间2 h、活性炭用量5%（占废渣质量百分数）。

3 小结

通过上述单因素实验和正交实验验证，控制合适的溶剂环己烷用量、活性炭投入量和回流时间可以极大的提高实验的效果，增大产品的收率。最后得出的最优化实验条件为：溶剂环己烷用量13∶1（与废渣质量比）、回流时间2 h、活性炭用量5%（占废渣质量百分数），且废渣处理效果实验因素的大小次序依次是溶剂用量、回流时间、活性炭用量。其中，选择回流温度能加强传质，增加活性炭与溶液的接触，提高吸附能力；环己烷对有色杂质和BPH的溶解差异性加强了杂质的脱出。此外，溶剂和活性炭的回收再利用也大大降低了处理的成本，增加的该工艺的实用性。工业生产中没有真正的废物，关键在于如何去利用，从而达到资源的最大利用和环境的最小污染。

（References）

［1］黄弘，唐明亮，沈晓冬.工业废渣资源化及其可持续发展（1）——典型工业废渣的物性和利用现状［J］.材料导报，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］陈孝云，林秀兰，魏起华.活性炭表面化学改性及应用研究进展［J］.科学技术与工程，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.

（责任编辑：叶冰）

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

代飞（1989—），男，硕士生，研究方向：医药中间体的研制和开发。

*通讯作者：李忠铭（1959—），女，教授，硕士生导师。研究方向：医药中间体的合成与开发。E-mail：Lizhongm@jhun.edu.cn