生產α-乙酰-γ-丁內酯廢水的資源化利用

王偉，張生萬，馮彥琳，李美萍

（1.山西大學化學化工學院，山西 太原 030006；2.山西大學生命科學學院）

生產α-乙酰-γ-丁內酯廢水的資源化利用

王偉1，張生萬2，馮彥琳1，李美萍2

（1.山西大學化學化工學院，山西 太原 030006；2.山西大學生命科學學院）

以生產α-乙酰-γ-丁內酯的磷酸鹽廢水為原料，通過對磷酸鹽廢水的成分分析，調節pH、脫水、聚合將其轉化成磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、磷酸三鈉、酸式焦磷酸鈉、焦磷酸鈉、三偏磷酸鈉、六偏磷酸鈉和三聚磷酸鈉，并對制得的磷酸鹽的指標進行了分析。結果表明，上述產物均達到了相應的工業磷酸鹽標準要求。該方法不僅提高了工業生產效益，而且達到了保護環境、節能減排的目的，實現了廢物資源化利用。

磷酸鈉；磷酸鹽廢水；α-乙酰-γ-丁內酯

磷酸鹽是重要的化工原料，在洗滌、水處理、石油鉆井、食品工業、選礦、冶金、金屬防腐、彩色片沖洗、放印、纖維和造紙工業等領域有著廣泛的用途［1］。近年來，隨著市場需求不斷擴大，磷酸鹽的使用量也日益增長。在化工行業中，每生產1 t的α-乙酰-γ-丁內酯可產生約2.1 t磷酸鹽廢水溶液，特別是以甲苯為溶劑的合成工藝，磷酸鹽廢水中夾帶少量的甲苯導致環境污染和企業大量資金積壓，使企業蒙受較大的經濟損失，且增加了生產成本，降低了市場競爭能力。筆者選用生產α-乙酰-γ-丁內酯的副產物磷酸鹽廢水溶液為原料，通過對副產物磷酸鹽的成分分析，調節pH、脫水、聚合將其轉化成磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、磷酸鈉、酸式焦磷酸鈉、焦磷酸鈉、三偏磷酸鈉、六偏磷酸鈉和三聚磷酸鈉。該方法不僅提高了工業生產效益，而且達到了保護環境、節能減排的目的。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

試劑：硝酸、氯化鋇、鹽酸、氨水、硝酸銀、硝酸鉀、鉬酸銨、鉬酸鈉、檸檬酸、檸檬酸鈉、喹啉、丙酮、鹽酸、鄰菲啰啉、十二水硫酸鐵銨、硫酸、抗壞血酸、醋酸、醋酸鈉、六偏磷酸鈉、碘化鉀、氯化亞錫、鋅、乙酸鉛、乙酸銨、溴化汞、砷單質、甲基橙、溴酚藍、氫氧化鈉、溴鉀酚綠、苯酚紅、硫酸鋅、鹽酸羥胺、2，2’-聯吡啶、十水合四硼酸鈉、高錳酸鉀、過氧化氫、3，4-二甲基苯酚，均為分析純；水經MILLI-Q型超純水器處理。

儀器：Nicolet380型紅外光譜儀、UV-2550型紫外可見分光光度計、PHS-4CT型臺式精密pH計、YF 6.5/13Q-YC型箱式電阻爐、GZX-GF101-MBS型電熱恒溫鼓風干燥箱、sartorius型分析天平、玻璃砂心漏斗（5～15 μm）。

1.2 磷酸鹽廢液組分測定

磷酸鹽廢液的pH（80℃）采用pH計直接測定；采用酸堿滴定方法測定磷酸鹽廢液中磷酸二氫鈉和磷酸一氫鈉的含量；參考HG/T 2767—2009的方法測定磷酸鹽廢液中總磷含量。

磷酸鹽廢液中微量有機酸的測定：將磷酸鹽廢液用磷酸調節pH至強酸性，在105℃脫水得到無水磷酸鹽，用粉碎機粉碎，準確稱取無水磷酸鹽10.0 g于100 mL的錐形瓶中，加入50 mL無水乙醇，超聲波處理20 min，再用玻璃砂坩堝過濾，濾液濃縮脫去無水乙醇得有機酸0.05 g。

1.3 磷酸鹽廢液的資源化利用

1.3.1 制備磷酸二氫鈉、酸式焦磷酸鈉、三偏磷酸鈉和六偏磷酸鈉

稱取磷酸鹽廢液30.0g，用質量分數為51%的磷酸調節至pH=3.0，濃縮、降溫至室溫，減壓過濾得產品二水合磷酸二氫鈉21.10 g，繼續在120℃下恒溫30 min脫水得無水磷酸二氫鈉16.23 g。取5.0 g無水磷酸二氫鈉在195℃下［2］恒溫聚合2 h，得到4.44 g無水酸式焦磷酸鈉。取5.0 g無水磷酸二氫鈉在550℃下［3］恒溫聚合5 h，制得4.10 g三偏磷酸鈉。取5.0 g無水磷酸二氫鈉在700℃下［1］恒溫聚合30 min，制得4.08 g六偏磷酸鈉。

1.3.2 制備十二水合磷酸氫二鈉和焦磷酸鈉

稱取磷酸鹽廢液30.0 g，用質量分數為20%的氫氧化鈉調pH=8.6，自然冷卻至室溫，減壓過濾，得到十二水合磷酸氫二鈉45.18 g。制得的十二水合磷酸氫二鈉在120℃下恒溫40 min脫水得到17.2 g無水磷酸氫二鈉，取10.0 g無水磷酸氫二鈉在560℃下恒溫2 h［4］，制得9.02 g焦磷酸鈉。

1.3.3 制備十二水合磷酸三鈉

稱取磷酸鹽廢液30.0 g，用質量分數為20%的氫氧化鈉調至pH=12.3，自然冷卻至室溫，減壓過濾得到十二水合磷酸三鈉47.97 g。

1.3.4 制備三聚磷酸鈉

稱取磷酸鹽廢液30.0 g，用質量分數為20%的氫氧化鈉調至pH=6.8，在120℃恒溫40 min脫水，在400℃下恒溫2 h聚合得到三聚磷酸鈉，冷卻至室溫后，用粉碎機破碎至粒徑小于425nm，得到三聚磷酸鈉16.52g。

2 結果與討論

2.1 磷酸鹽廢水溶液的組成及pH測定結果（表1）

表1 磷酸鹽廢水中的化學組成及pH測定結果 %

2.2 磷酸鹽廢水溶液的資源化利用

磷酸鹽廢水溶液經調節pH、濃縮、減壓過濾等步驟可得二水合磷酸二氫鈉、酸式焦磷酸鈉、三偏磷酸鈉、六偏磷酸鈉、十二水合磷酸氫二鈉、十二水合磷酸三鈉、三聚磷酸鈉和焦磷酸鈉，上述產品可分別按照HG/T 2767—2009、GB 25567—2010、文獻［5］、HG/T 2519—2007、HG/T 2965—2000、HG/T 2517—2009、GB/T 9983—2004和HG/T 2968—1999的方法測定。結果見表2。

表2 磷酸鹽廢水制得的磷酸鈉產品的分析指標 %

Θ從表2中可以看出，磷酸鹽廢水制備二水合磷酸二氫鈉、酸式焦磷酸鈉、三偏磷酸鈉、六偏磷酸鈉、十二水合磷酸氫二鈉、焦磷酸鈉、十二水合磷酸三鈉和三聚磷酸鈉的指標均達到了工業品標準的要求。實現了α-乙酰-γ-丁內酯的磷酸鹽廢水資源化利用。

［1］陳華東，曾波，戴元華，等.六偏磷酸鈉的應用及制備技術［J］.無機鹽工業，2010，42（2）：9-11.

［2］化學工業出版社編.中國化工產品大全上卷［M］.北京：化學工業出版社，2005：260-261.

［3］郭舉，周貴云，徐艷麗.由磷酸二氫鈉制高純度三偏磷酸鈉的試驗研究［J］.硫磷設計與粉體工程，2009（2）：17-20.

［4］張凌，陳維貴，馬功富，等.用濕法磷酸為原料制備焦磷酸鈉的工藝：中國，101121506［P］.2008-02-13.

［5］郭舉，周貴云，牟昇茂，等.工業級三偏磷酸鈉含量測定方法的研究［J］.磷肥與復肥，2009，24（3）：68-69.

聯系人：張生萬

聯系方式：zswan@sxu.edu.cn

Recovery of wastewater from production of α-acetyl-γ-butyrolactone

Wang Wei1，Zhang Shengwan2，Feng Yanlin1，Li Meiping2
（1.School of Chemistry and Chemical Engineering，Shanxi University，Taiyuan 030006，China；
2 School of Life Science，Shanxi University）

With phosphate wastewater from the production of α-acetyl-γ-butyrolactone as raw material，through the composition analysis of phosphate wastewater，pH adjustment，dehydration，and polymerization，the phosphate in the wastewater was converted into sodium dihydrogen phosphate，disodium phosphate，trisodium phosphate，sodium acid pyrophosphate，sodium pyrophosphate，sodium trimetaphosphate，sodium hexametaphosphate，and sodium tripolyphosphate.The indexes of the prepared phosphate products were analyzed and the results showed all of them met the requirements of corresponding industrial phosphate standards.This method not only improves the industrial productivity effect，but also achieves the purpose of environmental protection，energy saving-and-emission reduction，and waste recovery.

sodium phosphate；wastewater；α-acetyl-γ-butyrolactone

TQ126.35

A

1006-4990（2013）02-0048-02

2012-08-13

王偉（1980—），男，博士，主要研究方向為食品化學、化學工程和工藝，已公開發表論文10余篇。