L—薄荷醇氧化制備L—薄荷酮及鉻廢液的處理

付雨晨 王豪 胡開 吳帆 方瑞琴 湯麗霞

摘 要：文章以L-薄荷醇為原料，Jone's試劑為氧化劑制備L-薄荷酮。針對實驗產生的大量含鉻廢液，用還原沉淀法處理，并將沉淀轉化為重鉻酸鉀回收利用，同時通過DPCI分光光度法測定鉻廢液處理前后鉻濃度，處理后鉻濃度為0.03mg/L，達到國家排放標準。本實驗將L-薄荷酮合成與后續鉻廢液處理結合，有效減少了鉻廢液的污染。

關鍵詞：L-薄荷醇；L-薄荷酮；Jone's試劑；鉻廢液處理

中圖分類號：O614.61 文獻標志碼：A 文章編號：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氣味，較低的刺激性和持久的清涼作用，在醫藥、食品、化妝品產業中受到廣泛關注[1]。本實驗以Jone's試劑（酸性的鉻酸水溶液）為氧化劑，將L-薄荷醇氧化來制備L-薄荷酮[2]。實驗操作簡單方便，然而會產生高濃度含Cr6+的酸性廢液，毒性極強，具有致急性腎衰竭和致癌性，直接排放對環境和人體健康都有極大的危害[3]。2015年國家環保部規定了鉻的最高排放濃度，其中Cr6+為0.1mg/L，總鉻為1mg/L[4]。在目前含鉻廢水的處理中，還原沉淀法成本低廉，處理效果優良[5]，適用于實驗室中對鉻廢液的小規模處理。本文采用該法使鉻離子以Cr（OH）3沉淀的形式析出，再從沉淀中制備重鉻酸鉀晶體以回收利用，同時采用二苯基碳酰二肼（DPCI）分光光度法測定廢液處理前后的鉻含量，以確定是否達到排放標準。

2 實驗部分

2.1 實驗原理

2.1.1 L-薄荷醇氧化制備L-薄荷酮

本實驗以Jone's試劑將L-薄荷醇氧化制備L-薄荷酮。反應式如下：

2.1.2 還原沉淀法處理鉻廢液原理

首先將廢液中的Cr6+在酸性條件下充分還原為Cr3+，再加堿液調節pH使Cr3+以Cr（OH）3形式沉淀析出。該法以亞硫酸氫鈉作還原劑[6-7]，反應式為：

2.1.3 DPCI分光光度法檢測水中六價鉻

本文采用改進的DPCI分光光度法[8]，在酸性條件下Cr6+將顯色劑DPCI氧化，生成的二苯基卡巴腙與還原所得的Cr3+形成紫紅色絡合物，以分光光度法檢測，最大吸收波長為540nm，吸光度-濃度關系符合Lambert-Beer定律。此波長條件下，只有Hg2+對其顯色反應有干擾，故認為此顯色反應是對Cr6+的特征反應[9]。

2.2 儀器和試劑

2.2.1 儀器

紫外可見分光光度計，電子天平，水浴鍋，抽濾裝置，恒壓滴液漏斗，分液漏斗。

2.2.2 藥品

L-薄荷醇，丙酮， 二氯甲烷，鹽酸，KOH，雙氧水，濃硫酸，濃磷酸，亞硫酸氫鈉，無水硫酸鈉，二苯基碳酰二肼，重鉻酸鉀。所用試劑為分析純。

Jone's試劑：在100mL的燒杯中加入2.67g鉻酐和10mL去離子水，再緩慢滴加2.3mL硫酸，攪拌使其溶解。

DPCI顯色劑：稱取0.20g二苯基碳酰二肼，溶于50mL丙酮中，加去離子水稀釋后轉移至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 實驗步驟

2.3.1 L-薄荷酮的制備

在100mL圓底燒瓶中加入1.24g（0.008mol）薄荷醇和20mL丙酮，磁力攪拌使其溶解。在冷水浴中，邊攪拌邊自恒壓滴液漏斗滴加8ml Jone's試劑，滴加中可看到綠色Cr2（SO4）3沉淀生成。再加入25mL水，并轉移至分液漏斗中，用10mL二氯甲烷分兩次萃取有機相，再用5mL水洗有機相，合并有機相，在熱水浴上蒸除溶劑并用無水硫酸鈉干燥，即得L-薄荷酮的粗產品，計算產率。整個過程中，水相全部倒至事先準備好的鉻廢液杯中。用過的玻璃儀器每次用5mL水洗滌三次，倒入鉻廢液杯中。

2.3.2 鉻廢液的處理

將收集的鉻廢液（約77mL）加入1.5倍理論用量（約3.2g）的亞硫酸氫鈉并不斷攪拌，靜置5分鐘，觀察到廢液從橙色變為藍綠色，說明廢液中的Cr6+已被充分還原；用6mol/L KOH溶液調節pH值至8，靜置12h使Cr3+完全沉淀為Cr（OH）3，抽濾，通過DPCI方法檢測濾液中鉻濃度是否達到排放標準。