海带漂烫水中碘的空气吹出法提取工艺研究*

张加幸，于跃芹

（青岛科技大学化学与分子工程学院，山东青岛266042）

海带漂烫水中碘的空气吹出法提取工艺研究*

张加幸，于跃芹

（青岛科技大学化学与分子工程学院，山东青岛266042）

采用空气吹出法研究了海带漂烫水中碘的提取工艺，并通过3因素4水平正交实验对体系的pH、温度、空气通量等工艺条件做了优化，同时探讨了不同氧化剂（NaNO2-H2O2、NaClO和NaNO2）对碘吹出效果的影响。实验得到空气吹出法提取海带漂烫水中碘的最佳工艺条件：pH=2、温度为70℃、空气进量为2 L/min，此时碘的最终吹出率可达96.2%。在最佳工艺条件下，分别采用NaNO2-H2O2、NaClO和NaNO2作为氧化剂时，碘的吹出率均可达到90%，表明氧化剂种类对该工艺条件无显著影响。

海带漂烫水；碘；吹出；氧化反应

碘是人体内必需的微量元素之一，同时也是化工生产的重要原料。除部分卤水及磷矿中存在部分碘资源外，目前主要依靠从海带中提碘［1-2］。课题组长期从事食品海带加工和碘提取工艺研究［3］，在食品海带加工过程中产生的漂烫水中碘资源的利用率可达46%，改进碘的氧化工艺可达到较高的碘回收率［4］。笔者系统研究了海带漂烫水中碘的空气吹出法提取工艺，该工艺不受体系内杂质限制，可在较高温度条件下使用，提取效率较高，操作相对简单，较离子交换法［5-7］更适合海带漂烫水中碘的提取回收。此外，还系统考察了不同实验条件（温度、pH、空气吹出量）、不同氧化剂对碘回收率的影响，并通过正交实验确定了最佳工艺条件，为海带漂烫水中碘的空气吹出提取工艺的建立提供了实验基础。

1　实验部分

1.1原料、试剂与仪器

原料：海带漂烫水采用7月份产自山东荣成的鲜海带，模拟海带加工过程，经5倍水漂烫所得的漂烫溶液。

试剂：浓盐酸、30%（质量分数）双氧水、氢氧化钠、亚硝酸钠、次氯酸钠、硫代硫酸钠、重铬酸钾、可溶性淀粉、碘化钾、液溴、甲酸钠，均为分析纯。

仪器：BSA224S-CW型电子天平（精确度为0.000 1 g）、JJ-1型精密增力电动搅拌器、电子调温专用炉、78-1型磁力加热搅拌器、PB-10型酸度计。

1.2实验方法

取一定体积海带漂烫液，加入盐酸调节系统的pH，加入一定量的亚硝酸钠，将I-完全氧化为I2，再加入定量消泡剂。将溶液转移到柱中，加热至一定温度，使用空气泵定量将空气由柱下端吹入，采用20%（质量分数）的亚硫酸钠、氢氧化钠溶液吸取尾气。定时采集柱中样品，采用硫代硫酸钠滴定方法测定样品中I-的含量，直至溶液颜色无明显变化。

2　结果与讨论

2.1不同实验条件下对碘吹出效果的影响

2.1.1体系温度对吹出效果的影响

调节体系pH=2，空气进气量为2 L/min，分别在实验温度为50、60、70、80℃下进行吹出实验。图1为不同体系温度下，溶液中碘含量随时间的变化趋势。

图1　体系温度对碘吹出效果的影响

从图1可以看出，溶液中碘含量随着时间的延长逐渐减少，最终保持一定的浓度。随着温度的升高，吹出时间减少，吹出率明显增加。在80℃下，12.5 min后溶液中碘含量降至59.4×10-6，吹出率可达到92%。随着温度下降，吹出时间延长，吹出率下降，这是因为温度的增加会加速碘的蒸发。理论上温度越高，碘的吹出效果越明显。考虑到工厂实际应用情况，实验选择适宜的体系温度为70℃。

2.1.2体系pH对吹出效果的影响

调节体系温度为60℃，空气吹出量为3 L/min，分别在溶液pH为1、2、3、4的条件下进行吹出实验。图2为不同pH下，溶液中碘含量随时间的变化趋势。

图2　体系pH对碘吹出效果的影响

从图2可以看出，随着时间的延长，溶液中碘含量逐渐降低，最终趋于平稳。随着pH的增加，吹出时间无显著变化，吹出效率明显降低。pH=1、吹出时间为20 min时，吹出效率达到78.4%；pH=4、吹出时间为20 min时，吹出效率为36.7%。这是因为pH较高的时候，I-完全氧化为I2，无法吹出。pH=2时，吹出效率为78.3%，与pH=1时无明显差距，说明pH=2时，溶液中的I-已达到最高氧化效率。

2.1.3体系空气进量对碘吹出的影响

调节体系温度为80℃，pH=2时，分别在空气进量为1.5、2、2.5、3 L/min的条件下进行吹出实验。图3为不同空气进量下，溶液中碘含量随时间的变化趋势。

图3　体系空气进量对碘吹出效果的影响

从图3可以看出，随着时间的延长，碘含量逐渐降低，最终趋于稳定。随着空气吹出量的增加最终吹出率并无明显变化，吹出时间明显缩短。吹出率达到95%时，不同空气吹出量所用时间分别为15、15、12、10 min。这是因为随着空气进量的增加，相同时间内更多的气体与溶液接触，增加了溶液中碘单质的吹出速率。对比空气吹出量为2.5 L/min与3 L/min时，影响效果的提升越来越不显著，因此实际生产过程不必采用较高的空气吹出量。

2.2正交实验

在单因素实验的基础上，对海带漂烫水中碘的空气吹出提取工艺做了优化，实验设计3因素4水平正交实验，见表1。表2为正交实验安排及结果。

表1　正交实验因素及水平

表2　碘的空气吹出实验正交实验结果

由表2可以看出，对碘吹出效果的主次顺序为pH、温度、空气流吹出量。pH不同，吹出结果有着明显变化，这是因为pH影响I2的生成，随着pH增大，溶液中剩余I-浓度增大，导致碘的吹出率明显下降。温度与空气流量的不同对碘的吹出结果并没有显著影响，这是因为温度与空气进气量对I2的生成影响不大，实验过程中这2个因素所影响的只是实验时间。正交实验得到最优组合A4B1C4，即温度为80℃、pH=2、空气进气量为3 L/min。在此条件下，可得到最高吹出率96.2%。

2.3不同氧化剂对碘单质吹出的影响

实验主要考察了使用亚硝酸钠作为氧化剂时，实验条件对海带漂烫液中碘吹出的影响。在工业生产中，还经常使用过氧化氢、次氯酸钠等氧化剂，因此本实验在体系pH=2、温度为70℃、空气进量为2 L/min下分别使用NaNO2-H2O2、NaClO和NaNO2做了对比实验，以研究氧化剂种类对碘吹出效果的影响，结果见图4。从图4可以看出，随着时间的增加，3种氧化剂均有良好的吹出效率。20 min时，3种氧化剂吹出效率均可达到95%，表明该工艺流程适用于当前工艺中常用的氧化剂。使用次氯酸钠时，I-易被氧化为IO3-，因此吹出效率比其他2种氧化剂较低；使用亚硝酸钠时，反应过程会伴随NO的产生，对环境造成一定的污染；采用NaNO2-H2O2混合氧化剂时，将海带漂烫液中的I-氧化为IO3-，并以其为氧化剂进一步氧化海带漂烫液中的 I-生成单质碘，闫绍鹏等［5］系统考察了该混合氧化剂的最佳氧化条件。实验证明氧化剂占料液总体积的20%时氧化效果最佳，且使用NaNO2-H2O2混合氧化剂更符合绿色化工的要求。

图4　不同氧化剂对碘吹出效果的影响

3　结论

实验得到空气吹出法提取海带漂烫水中碘的最佳工艺条件：pH=2、温度为70℃、空气进量为2 L/min，在此条件下碘的最终吹出率达到96.2%。分别采用NaNO2-H2O2、NaClO和NaNO2作为氧化剂，在空气吹出法最佳工艺条件下，碘的吹出率均可达到95%，氧化剂种类对该工艺条件无显著影响。

［1］苏芳，顾明广，冯献起，等.碘制备方法进展［J］.化学工程与装备，2013（2）：155-157.

［2］王景刚，冯丽娟，相湛昌，等.碘提取方法的研究进展［J］.无机盐工业，2008，40（11）：11-14.

［3］苗钧魁，冷凯良，许洋，等.活性炭吸附法回收海带化工提碘废水中的碘［J］.无机盐工业，2010，42（10）：54-55.

［4］江秀芹.碘的回收与富集［D］.青岛：中国海洋大学，2006.

［5］罗静，钟辉，徐粉燕.从卤水中提取碘的研究进展［J］.内蒙古石油化工，2007，33（11）：3-5.

［6］闫绍鹏，苗钧魁，蒋鹏，等.海带浸泡液中碘离子的新型氧化工艺的研究［J］.无机盐工业，2014，46（7）：27-29.

［7］高书宝，张雨山，张慧峰，等.提碘技术研究进展［J］.化学工业与工程，2010，27（2）：122-127.

联系方式：qustyu@163.com

Research of iodine extraction process by air blow-out method from kelp blanching waste water

Zhang Jiaxing，Yu Yueqin
（College of Chemistry and Molecular Engineering，Qingdao University of Science and Technology，Qingdao 266042，China）

The air blow-out method was utilized to exact iodine from kelp blanching waste water and the experimental conditions，such as pH，temperature，and air flow，were optimized with 3 factors and 4 levels orthogonal tests to improve the iodine exaction rate.In addition，the effects of different oxidizers（NaNO2-H2O2，NaClO，and NaNO2）under the optimized conditions were investigated.Results showed that the optimum reaction conditions were pH of 2.0，temperature of 70℃，and air blow-in of 2 L/min.Under the optimized conditions，the exaction rate was up to 96.2%.There is no significant difference on the oxidizing effect among three oxidizers，and the exaction rate all could be up to 90%.Therefore，oxidizing agent′s kind had no obvious effect on the reaction.

kelp blanching water；iodine；blow-out；oxidation reaction

TQ124.61

A

1006-4990（2016）05-0027-03

“十二五”海洋领域国家科技支撑计划（2013BAB01B03）、中国水产科学研究院黄海水产研究所基本科研业务费专项资金项目（20603022013031）。

2015-12-10

张加幸（1991—），男，硕士研究生，主要研究方向为海藻加工利用。

于跃芹