L—薄荷醇氧化制备L—薄荷酮及铬废液的处理

付雨晨 王豪 胡开 吴帆 方瑞琴 汤丽霞

摘 要：文章以L-薄荷醇为原料，Jone's试剂为氧化剂制备L-薄荷酮。针对实验产生的大量含铬废液，用还原沉淀法处理，并将沉淀转化为重铬酸钾回收利用，同时通过DPCI分光光度法测定铬废液处理前后铬浓度，处理后铬浓度为0.03mg/L，达到国家排放标准。本实验将L-薄荷酮合成与后续铬废液处理结合，有效减少了铬废液的污染。

关键词：L-薄荷醇；L-薄荷酮；Jone's试剂；铬废液处理

中图分类号：O614.61 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）10-0008-03

Abstract： L-menthone was prepared using L-menthol as raw material and Jone's reagent as oxidant. A large amount of chromium-containing waste liquid produced in the experiment was treated by reductive precipitation method and converted into potassium dichromate for recovery and utilization. At the same time， chromium concentration was determined by DPCI spectrophotometry before and after treatment. After treatment， the chromium concentration is 0.03mg/L， which meets the national emission standard. In this experiment， the synthesis of L-menthone was combined with the subsequent treatment of chromium waste liquid， which effectively reduces the pollution of chromium waste liquid.

Keywords： L-menthol； L-mentone； Jone's reagent； chromium waste treatment

1 概述

薄荷酮因具有較弱的薄荷气味，较低的刺激性和持久的清凉作用，在医药、食品、化妆品产业中受到广泛关注[1]。本实验以Jone's试剂（酸性的铬酸水溶液）为氧化剂，将L-薄荷醇氧化来制备L-薄荷酮[2]。实验操作简单方便，然而会产生高浓度含Cr6+的酸性废液，毒性极强，具有致急性肾衰竭和致癌性，直接排放对环境和人体健康都有极大的危害[3]。2015年国家环保部规定了铬的最高排放浓度，其中Cr6+为0.1mg/L，总铬为1mg/L[4]。在目前含铬废水的处理中，还原沉淀法成本低廉，处理效果优良[5]，适用于实验室中对铬废液的小规模处理。本文采用该法使铬离子以Cr（OH）3沉淀的形式析出，再从沉淀中制备重铬酸钾晶体以回收利用，同时采用二苯基碳酰二肼（DPCI）分光光度法测定废液处理前后的铬含量，以确定是否达到排放标准。

2 实验部分

2.1 实验原理

2.1.1 L-薄荷醇氧化制备L-薄荷酮

本实验以Jone's试剂将L-薄荷醇氧化制备L-薄荷酮。反应式如下：

2.1.2 还原沉淀法处理铬废液原理

首先将废液中的Cr6+在酸性条件下充分还原为Cr3+，再加碱液调节pH使Cr3+以Cr（OH）3形式沉淀析出。该法以亚硫酸氢钠作还原剂[6-7]，反应式为：

2.1.3 DPCI分光光度法检测水中六价铬

本文采用改进的DPCI分光光度法[8]，在酸性条件下Cr6+将显色剂DPCI氧化，生成的二苯基卡巴腙与还原所得的Cr3+形成紫红色络合物，以分光光度法检测，最大吸收波长为540nm，吸光度-浓度关系符合Lambert-Beer定律。此波长条件下，只有Hg2+对其显色反应有干扰，故认为此显色反应是对Cr6+的特征反应[9]。

2.2 仪器和试剂

2.2.1 仪器

紫外可见分光光度计，电子天平，水浴锅，抽滤装置，恒压滴液漏斗，分液漏斗。

2.2.2 药品

L-薄荷醇，丙酮， 二氯甲烷，盐酸，KOH，双氧水，浓硫酸，浓磷酸，亚硫酸氢钠，无水硫酸钠，二苯基碳酰二肼，重铬酸钾。所用试剂为分析纯。

Jone's试剂：在100mL的烧杯中加入2.67g铬酐和10mL去离子水，再缓慢滴加2.3mL硫酸，搅拌使其溶解。

DPCI显色剂：称取0.20g二苯基碳酰二肼，溶于50mL丙酮中，加去离子水稀释后转移至100mL棕色容量瓶中，并向其中加入12.5mL硫酸和12.5mL磷酸，定容。

2.3 实验步骤

2.3.1 L-薄荷酮的制备

在100mL圆底烧瓶中加入1.24g（0.008mol）薄荷醇和20mL丙酮，磁力搅拌使其溶解。在冷水浴中，边搅拌边自恒压滴液漏斗滴加8ml Jone's试剂，滴加中可看到绿色Cr2（SO4）3沉淀生成。再加入25mL水，并转移至分液漏斗中，用10mL二氯甲烷分两次萃取有机相，再用5mL水洗有机相，合并有机相，在热水浴上蒸除溶剂并用无水硫酸钠干燥，即得L-薄荷酮的粗产品，计算产率。整个过程中，水相全部倒至事先准备好的铬废液杯中。用过的玻璃仪器每次用5mL水洗涤三次，倒入铬废液杯中。

2.3.2 铬废液的处理

将收集的铬废液（约77mL）加入1.5倍理论用量（约3.2g）的亚硫酸氢钠并不断搅拌，静置5分钟，观察到废液从橙色变为蓝绿色，说明废液中的Cr6+已被充分还原；用6mol/L KOH溶液调节pH值至8，静置12h使Cr3+完全沉淀为Cr（OH）3，抽滤，通过DPCI方法检测滤液中铬浓度是否达到排放标准。