一種低濃度水樣品萃取裝置對水質(zhì)中苯酚的萃取方法與流程

本發(fā)明屬于化工環(huán)保行業(yè)的液-液萃取設備領域，具體涉及一種低濃度水樣品萃取裝置對水質(zhì)中苯酚的萃取方法。
背景技術：
：蘭州黃河水的苯酚污染，主要來自石油化工廠、樹脂廠、塑料廠、合成纖維廠、煉油廠、焦化廠等化工企業(yè)，苯酚是水體的重要污染物之一。黃河地表水占甘肅蘭州日供水總量的91%，但近年來水污染日趨嚴重，每年都發(fā)生蘭州水污染事故，如2014年4月11日蘭州發(fā)生“局部自來水苯超標”事件，蘭州市威立雅水務集團公司出廠水及自流溝水樣中苯含量嚴重超標，苯檢測值為200微克/升，遠超出國家限值的10微克/升，屬于嚴重超標；2015年3月4日發(fā)生的蘭州市自來水異味事件，蘭州自來水被測出苯超標，極大的威脅了當?shù)氐挠盟踩?。苯是一種溶劑，是工業(yè)上的基礎原料，在建材方面使用最多。由于對人體有害，有毒，對神經(jīng)系統(tǒng)、造血系統(tǒng)有損害，是一種致癌物，長期接觸苯可引起白血病等病癥。酚類化合物可以通過皮膚、粘膜的接觸，不經(jīng)肝臟解毒直接進入血液循環(huán)，致使細胞破壞并失去活力，也可通過口腔侵入人體，造成細胞損傷。人如果長期飲用被酚類化合物污染過的水能引起慢性中毒，出現(xiàn)貧血、頭暈、記憶力衰退以及各種神經(jīng)系統(tǒng)的疾病，嚴重的會引起死亡。含酚類化合物的污水不僅對人類的健康帶來嚴重威脅，也對植物產(chǎn)生危害。水中酚含量達到一定含量時，魚類就會出現(xiàn)中毒癥狀或死亡，灌溉農(nóng)田，則會使農(nóng)作物減產(chǎn)或枯死。目前，低濃度大容量水樣品萃取，由于料液中需萃取成分含量低，研究工作者一般采用加大原料的方法進行實驗，一旦加大了原料，在萃取這一步驟經(jīng)常遇到待萃取的液體較多，用常規(guī)分液漏斗(100-2000ml)難以勝任，如果采用特制的5000ml或更大的分液漏斗，由于液體較多，質(zhì)量大，很難進行搖勻，操作困難；這種分液漏斗一般采用玻璃材料，容易碰碎，而且5000ml的體積仍然不足夠大，仍然難以勝任實驗室大體積液體的萃取。如果采用工業(yè)設備，則實驗室待萃取的液體又顯得過小?，F(xiàn)有的萃取設備不方便野外現(xiàn)場或?qū)嶒炇矣茫覍σ后w進行萃取不方便。蘭州黃河水中污染水質(zhì)的苯酚含量雖然可達200微克/升，但對分析檢測來說，濃度還是較低，導致采用加大原料的方法進行萃取，玻璃萃取器無法滿足要求，大型工業(yè)萃取設備又不方便的缺陷。景技術描述段落。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明為解決現(xiàn)有的低濃度大容量水樣品萃取時采用常規(guī)分液漏斗存在操作復雜，容易碰碎，體積較小的技術問題和蘭州黃河水中污染水質(zhì)的苯酚含量濃度還是較低，采用加大原料的方法進行萃取，玻璃萃取器無法滿足要求，大型工業(yè)萃取設備又不方便技術缺陷，提供一種結(jié)構簡單、安裝使用方便、提高工作效率的野外現(xiàn)場或?qū)嶒炇矣么笮洼腿⊙b置，并采用該裝置對蘭州黃河水質(zhì)中低濃度苯酚含量的快速高效準確的檢測方法。本發(fā)明是一種采用低濃度大容量水樣品萃取裝置及其對蘭州黃河水質(zhì)中苯酚的萃取方法，該裝置主要由高效萃取設備和重力沉降分離器組成，所述高效萃取設備包括一個圓筒形外殼和圓筒兩端封閉的臥式萃取室，油相和水相由進液口通過進液控制閥和法蘭與置于臥式萃取室頂端的喇叭式進液口相連，兩個軸承安裝在臥式萃取室的圓筒兩端封閉板中央，傳動轉(zhuǎn)軸穿過兩個軸承架設固定，傳動轉(zhuǎn)軸在臥式萃取室外的一端與旋轉(zhuǎn)手動裝置通過聯(lián)軸器連接，置于臥式萃取室內(nèi)的圓盤與傳動轉(zhuǎn)軸同軸焊接相連，弧形漏斗式混合萃取部件底端下圓弧側(cè)面與圓盤圓弧接觸焊接相連，臥式萃取室內(nèi)混合萃取后液由其下端的出液管通過出液控制閥和法蘭與后續(xù)的常規(guī)的重力沉降油、水兩相分離器進液管相連；采用上述萃取裝置對蘭州黃河水質(zhì)中苯酚的萃取方法，包括萃取相和含苯酚的黃河水相通過進液口和相連的喇叭式進液口加到臥式萃取室內(nèi)，加到一定體積的處理液后，關閉進液控制閥，啟動旋轉(zhuǎn)手動裝置，帶動弧形漏斗式混合萃取部件組成的萃取單元一起旋轉(zhuǎn)，使得混合液在萃取部件的喇叭式進液口進入萃取部件漏斗式內(nèi)腔，由于離心力的作用，溶液通過萃取部件殼體上的圓形小孔以細流線型狀態(tài)快速流出萃取部件內(nèi)腔，微細的液絲被萃取部件腔外的大量的逆流液體快速沖刷分散成微小的液滴，進入萃取部件腔外的大量的逆流液體中，以此提高油水兩相的均混度和增大油水兩相的接觸面積，強化混合和萃取過程，使得油水兩相快速混合均勻和苯酚萃取快速達到平衡。之后，萃取后液由臥式萃取室下端的出液管通過出液控制閥進入后續(xù)的常規(guī)的重力沉降油、水兩相分離器分離，分離后形成萃取相含酚溶劑和萃余水相。進一步地，所述的高效萃取設備的為不銹鋼制作；所述的萃取室的容積為10L-100L。進一步地，弧形漏斗式混合萃取部件的離心旋轉(zhuǎn)是由旋轉(zhuǎn)手動裝置提供，為防止油水相混合易于乳化，不需要高速旋轉(zhuǎn)，在人工操作下低速旋轉(zhuǎn)即可滿足工況要求，人工容易實現(xiàn)的操作轉(zhuǎn)速20~40r/min即可。進一步地，待處理溶液和萃取劑按配比先后一次加入萃取設備腔體內(nèi)，腔體盛液量為總?cè)莘e的1/2~3/4為宜。進一步地，臥式萃取室上端設有排氣口，防止油水兩相混合萃取時產(chǎn)生氣體而無法及時排出，導致萃取室內(nèi)部氣壓升高而造成安全隱患。進一步地，臥式萃取室內(nèi)壁上水平方向均布至少焊接至少1塊逆流擋板，用以增大弧形漏斗式混合萃取部件的進液壓力和通過的流量，同時更易于及時把從弧形漏斗式混合萃取部件通過圓形小孔流出的微細的液絲被萃取器腔外的逆流液體快速沖刷分散成微小的液滴帶離小孔。進一步地，臥式萃取室內(nèi)壁上水平方向均布至少焊接至少1塊逆流擋板，用以增大弧形漏斗式混合萃取部件的進液壓力和通過的流量，同時更易于及時把從弧形漏斗式混合萃取部件通過圓形小孔流出的微細的液絲被萃取器腔外的逆流液體快速沖刷分散成微小的液滴帶離小孔。進一步地，弧形漏斗式混合萃取部件的橫截面為長方形、矩形、圓形、橢圓形任意一種，進液口呈放大喇叭口形，除進液口外，其它組合面有序開設圓形小孔，并且從進液口向后底延伸方向，開孔率逐漸增大，距離進液口五分之一段不開小孔，小孔總面積為進液口面積的1.5~3.0倍，小孔孔徑1~3mm。進一步地，根據(jù)液體處理量的多少，圓盤上可對稱焊接2~12個弧形漏斗式混合萃取器為一萃取單元，也可在傳動轉(zhuǎn)軸上焊接2~10個萃取單元并聯(lián)使用。進一步地，萃取室盛液量最好為總?cè)莘e的1/2~3/5，逆流擋板最好4~6塊，弧形漏斗式混合萃取器小孔孔徑最好2mm且總開小孔面積為進液口面積的2倍，萃取單元最好4-6個并聯(lián)使用，每一萃取單元的弧形漏斗式混合萃取器為4-6個。進一步地，萃取液為模擬不同濃度的含酚污水和正式受污染的蘭州黃河水，模擬的配置的水質(zhì)中苯酚含量為0~200mg/L。進一步地，所述的萃取劑是二異丙醚、醋酸丁脂、甲基異丁基甲酮、30%磷酸三丁酯和煤油混合物、煤油、重苯油中的一種或多種。進一步地，蘭州黃河水和萃取劑的混合體積比為100:1~1000:1。本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是：該野外現(xiàn)場或?qū)嶒炇矣么笮洼腿⊙b置結(jié)構簡單，使用方便，無能耗、成本低廉、安全環(huán)保，根據(jù)需要設計不同體積規(guī)格的萃取室，通過弧形漏斗式混合萃取組件組成的萃取單元，在離心旋轉(zhuǎn)過程中快速混勻萃取液并快速完成萃取過程，具有處理量大、萃取效率均高達94%以上、苯檢測值低于國家限值的10微克/升標準，相比適應范圍寬等優(yōu)點和效果。適用于蘭州黃河水質(zhì)中低濃度苯酚含量的快速、高效、準確的檢測方法。附圖說明圖1是手動漏斗式萃取設備總裝置圖圖2是手動漏斗式萃取設備A-A剖視圖圖3是弧形漏斗式混合萃取部件結(jié)構圖圖1、2、3中：1-進液管；2-進液控制閥；3、17-法蘭；4-排氣口；5-蓮蓬式噴頭；6-逆流擋板；7-臥式萃取室；8-弧形漏斗式混合萃取部件；9-軸承；10-旋轉(zhuǎn)手動裝置；11-轉(zhuǎn)軸；12-固定圓盤；13-喇叭式進液口；14-萃取設備固定板；15-出液管；16-出液口控制閥；18-可移動支撐架19-圓形小孔；20-油、水相混合萃取液。具體實施方式為使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實施方式，進一步闡述本發(fā)明，并配合附圖詳細說明如下。請參閱圖1-2所示：該野外現(xiàn)場或?qū)嶒炇矣么笮洼腿⊙b置包括：進液管1、進液控制閥2、法蘭3、排氣口4；蓮蓬式噴頭5、逆流擋板6、臥式萃取室7、弧形漏斗式混合萃取部件8；軸承9、旋轉(zhuǎn)手動裝置10、轉(zhuǎn)軸11、固定圓盤12、萃取設備固定板14；出液管15；出液口控制閥16、法蘭17、可移動支撐架18；請參閱圖3所示：弧形漏斗式混合萃取部件結(jié)構包括：喇叭式進液口13、圓形小孔19；由圓筒形外殼和圓筒兩端封閉組成的臥式萃取設備的萃取室（7）上端貫穿依次從下往上連接有喇叭式進液口（5）、連接法蘭（3）、進液控制閥（2）和油水相進液口（1），臥式萃取室（7）水平中央通過軸承（9A）和軸承（9B）固定安裝有傳動轉(zhuǎn)軸（11），傳動轉(zhuǎn)軸（11）上固定的圓盤（12）與弧形漏斗式混合萃取組件（8）焊接相連，伸出臥式萃取室（7）外一端的傳動轉(zhuǎn)軸（11）與旋轉(zhuǎn)手動裝置相連（10），萃取室（7）內(nèi)壁上水平方向均布有多塊逆流擋板（6），萃取室（7）上端貫穿設有排氣口（4），萃取室（7）下端貫穿依次從上往下連接有出液管（15）、出液控制閥（16）和連接法蘭（17），該法蘭（17）與后續(xù)的重力沉降萃取液油、水分離設備進液管相連。本發(fā)明還可以采用如下技術措施：所述的萃取設備，采用不銹鋼、特種塑料材質(zhì)制作，但最好使用不銹鋼材質(zhì)制作。所述的萃取室的容積為10L—100L，從而適用于野外現(xiàn)場或?qū)嶒炇也煌腿◇w積的需要。所述的旋轉(zhuǎn)手動裝置，可以采用兩個大小不一的轉(zhuǎn)向齒輪垂直嚙合連接，增大放大級數(shù)，提高轉(zhuǎn)速，大轉(zhuǎn)向齒輪與旋轉(zhuǎn)手柄連接，小轉(zhuǎn)向齒輪與轉(zhuǎn)軸連接，增大放大級數(shù)可增大2-3倍，相應轉(zhuǎn)速可提高2-3倍，即，原來的到20~40r/min轉(zhuǎn)速可增大到60~120r/min，可滿足需要轉(zhuǎn)速較高的體系場合。所述的萃取室上端設有排氣口，防止油水兩相混合萃取時產(chǎn)生氣體而無法及時排出，導致萃取室內(nèi)部氣壓升高而造成安全隱患。排出的氣體可根據(jù)其性質(zhì)，導入吸收液吸收處理，防止對操作人員和環(huán)境的傷害和污染。所述的萃取室內(nèi)壁上水平方向均布至少焊接至少1塊逆流擋板，阻止和改變流體方向，用以增大弧形漏斗式混合萃取部件（8）的進液壓力和通過的流量，同時更易于及時把從弧形漏斗式混合萃取部件（8）上的小孔（19）流出的微細的液絲被萃取室的逆流液體快速沖刷分散成微小的液滴并被帶離小孔。所述的弧形漏斗式混合萃取部件的橫截面為長方形、矩形、圓形、橢圓形等，進液口呈放大喇叭口形，除進液口外，其它組合面都開小孔，并且從進液口向后底延伸方向，開孔率逐漸增大，距離進液口五分之一段不開小孔，小孔孔徑1~3mm，小孔總面積為進液口面積的1.5~3.0倍為宜。所述的萃取單元，由4—6個弧形漏斗式混合萃取部件組成。傳動轉(zhuǎn)軸（11）上焊接2~10個萃取單元并聯(lián)使用。所述的萃取單元，根據(jù)萃取室的容積的大小，可在傳動轉(zhuǎn)軸上焊接1~10個萃取單元并聯(lián)使用。所述的蘭州黃河水質(zhì)中苯酚的萃取方法，萃取液為模擬的不同濃度的含酚污水和正式受污染的蘭州黃河水，模擬的配置的水質(zhì)中苯酚含量為0~200mg/L（受污染的蘭州黃河水質(zhì)中苯酚含量最高檢測為200mg/L，pH值為6.5~6.7為依據(jù)）。所述的萃取劑是二異丙醚、醋酸丁脂、甲基異丁基甲酮、30%磷酸三丁酯和煤油混合物、煤油、重苯油中的一種或多種。根據(jù)含酚量的不同，蘭州黃河水和萃取劑的混合體積比為100:1~1000:1。原則上：含酚量高時，混合體積比大，含酚量低時，混合體積比小。本發(fā)明的具體操作步驟：油相和水相混合體系依次經(jīng)過進液口（1）、進液控制閥（2）和蓮蓬式噴頭（5）進入萃取設備萃取室（7）內(nèi)呈一定體積的處理液，關閉進液控制閥（2）。啟動旋轉(zhuǎn)手動裝置（10），帶動弧形漏斗式混合萃取部件（8）組成的萃取單元一起旋轉(zhuǎn)，使得混合液在萃取部件（8）的喇叭式進液口（13）進入萃取部件漏斗式內(nèi)腔，由于離心力的作用，溶液通過萃取部件（8）殼體上的圓形小孔（19）以細流線型狀態(tài)快速流出萃取部件（8）內(nèi)腔，微細的液絲被萃取部件（8）腔外的大量的逆流液體（20）快速沖刷分散成微小的液滴，并進入大量的逆流液體（20）?；旌戏磻欢〞r間后，停止旋轉(zhuǎn)手動裝置（10），完成混合萃取過程。打開出液管上的控制閥（16），把萃取后液排入后續(xù)的重力沉降萃取液油水分離設備中，進一步萃取液沉降油相和水相分離過程。之后，進行下一輪的混合萃取過程。實施例一：取20升模擬的配置的水質(zhì)中苯酚含量為0~200mg/L（0、0.1、1.0、5.0、10.0、20.0、30.0、40.0、50.0、60.0、70.0、80.0、90.0、100.0、120.0、140.0、160.0、180.0、200.0mg/L）提取液(水相)，通過進液口1導入萃取室7，然后將0.1~0.2升煤油（苯酚含量＜100.0mg/L時，取0.1升煤油；苯酚含量為≥100.0mg/L時，取0.2升煤油）通過進液口1導入萃取室7，緩慢啟動旋轉(zhuǎn)手動裝置10，使轉(zhuǎn)軸11的轉(zhuǎn)速為20轉(zhuǎn)/分，攪拌5分鐘，靜置2分鐘后，萃取完成。打開出液管上的控制閥16，把萃取后液排入后續(xù)的重力沉降萃取液油水分離設備中，進一步萃取液沉降油相和水相分離過程。分離后形成萃取相含酚溶劑和萃余水相。用721型分光光度計對萃取相含酚溶劑的吸光度進行分析檢測，用插值法列出吸光度與苯酚含量的對應關系，并求得萃取率。先測得吸光度與模擬的配置的水質(zhì)中苯酚含量的對應關系如下表1所示。吸光度與萃取相含酚溶劑中苯酚含量（兌水到20升檢測）的對應關系和萃取率計算如下表2所示。萃取效率均高達94%以上、苯檢測值低于國家限值的10微克/升標準。表1吸光度與模擬的配置的水質(zhì)中苯酚含量的對應關系吸光度A0.0310.0690.3993.7587.49111.22414.95818.69122.424模擬水苯酚濃度c(mg/L)00.11.010.020.030.040.050.060.0吸光度A26.15729.89033.85137.35644.82252.28959.75567.22174.687模擬水苯酚濃度c(mg/L)70.080.090.0100.0120.0140.0160.0180.0200.0表2吸光度與與萃取相含酚溶劑中苯酚含量的對應關系和萃取率吸光度A0.0300.0660.3943.7457.47311.20014.92518.65022.37520L萃取相苯酚濃度c(mg/L)00.0960.9879.96519.95229.93239.91149.89059.868萃取率（%）-9698.799.6599.799.899.799.799.7吸光度A25.02827.71331.02833.64144.10750.71256.94763.81570.18420L萃取相苯酚濃度c(mg/L)66.97874.17382.49490.055118.086135.778152.482170.884188.012萃取率（%）95.792.7291.6690.0698.497.095.394.994.0實施例二：基本同實施例一，取50升模擬的配置的水質(zhì)中苯酚含量為0~200mg/L（0、0.1、1.0、5.0、10.0、20.0、30.0、40.0、50.0、60.0、70.0、80.0、90.0、100.0、120.0、140.0、160.0、180.0、200.0mg/L）提取液(水相)，通過進液口1導入萃取室7，然后將0.2~0.5升醋酸丁脂（苯酚含量＜100.0mg/L時，取0.2升醋酸丁脂；苯酚含量為≥100.0mg/L時，取0.5升醋酸丁脂）通過進液口1導入萃取室7，緩慢啟動旋轉(zhuǎn)手動裝置10，使轉(zhuǎn)軸11的轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/分，攪拌3分鐘，靜置2分鐘后，萃取完成。打開出液管上的控制閥16，把萃取后液排入后續(xù)的重力沉降萃取液油水分離設備中，進一步萃取液沉降油相和水相分離過程。分離后形成萃取相含酚溶劑和萃余水相。分光光度計對萃取相含酚溶劑的吸光度進行分析檢測，用插值法列出吸光度與苯酚含量的對應關系，并求得萃取率。萃取效率均高達94%以上、苯檢測值低于國家限值的10微克/升標準。本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是：該野外現(xiàn)場或?qū)嶒炇矣么笮洼腿⊙b置結(jié)構簡單，使用方便，無能耗、成本低廉、安全環(huán)保，根據(jù)需要設計不同體積規(guī)格的萃取室，通過弧形漏斗式混合萃取組件組成的萃取單元，在離心旋轉(zhuǎn)過程中快速混勻萃取液并快速完成萃取過程，具有處理量大、萃取效率均高達98%以上、相比適應范圍寬等優(yōu)點和效果。適用于蘭州黃河水質(zhì)中低濃度苯酚含量的快速、高效、準確的檢測方法。以上所述僅是對本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改，等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術方案的范圍內(nèi)。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都納入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。當前第1頁1 2 3