电化学控制分离溶液中苯酚的方法

摘要

一种电化学控制分离溶液中苯酚的方法是将沉积在导电基体表面的导电聚苯胺膜作为工作电极，在含苯酚溶液中通过调节电极的电位控制聚苯胺膜的氧化还原状态，在氧化状态下膜膨胀而吸入苯酚，还原状态下膜收缩而释放回收苯酚并使膜得到再生。本发明用于含酚废水处理并回收苯酚，膜的再生简单高效，消除了由化学再生带来的二次污染，是一种环境友好的高效分离技术。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电化学与膜分离技术处理含苯酚溶液及苯酚回收的方法，尤其是一种用导电聚苯胺膜处理含苯酚溶液及苯酚回收的方法。

背景技术

苯酚是石油化工、制药、塑料以及杀虫剂工业中的重要原料，也是石油炼制、石油化工、煤炭转化、酚醛树脂以及杀虫剂等工业产生的工业废水中常见的污染物。由于苯酚具有极高的毒性且难以生物降解，工业含酚废水处理及苯酚有效回收一直是环境污染领域中具有重要意义的课题。

现有的含酚废水处理技术如催化氧化(如中国专利ZL02144567.2、CN1017987B)以及生物法(如中国专利ZL200610012071.9)只能使废水中苯酚降解而不能回收苯酚；而传统的苯酚回收方法如溶剂萃取(CN1012209957、CN1450006)、活性碳或聚合物吸附(如ZL200510037861.8、ZL200310109698.2、CN1005914B)以及膜分离(如CN101077798)等技术也存在能耗大成本高，易产生二次污染且工艺流程复杂等缺点。

导电聚苯胺以其独特的掺杂现象、氧化还原可逆性、良好的导电及稳定性能成为最有实际应用价值的导电聚合物之一。聚苯胺具有共轭结构，能以不同的氧化还原状态存在且可以相互转化，如中间氧化状态的翠绿亚胺EB(Emeraldine)结构、还原态的LEB(Leucoemeraldine)结构以及氧化态的全苯胺黑PNB(Pernigraniline)结构。导电聚苯胺膜在氧化还原过程中为了保持膜的电中性会置入或释放离子同时伴随着物质的传递，局部化学环境的改变导致膜的体积膨胀性、选择渗透性、亲水性以及溶剂分配性能的剧烈变化(J.Phys.Chem.1987，91：5813；J.Electrochem.Soc，1999，146：4179)。这些特性可用于某些有机物或离子的分离过程中。

本发明根据导电聚苯胺以及导电聚苯胺膜的上述特点，将导电聚苯胺膜应用于含苯酚废水的处理及回收工艺过程中，具有处理含苯酚废水的现实意义。

发明内容

本发明的目的是处理现有含苯酚废水，并回收含苯酚废水中的苯酚，以解决含苯酚废水污染环境的问题，解决现有处理含苯酚废水工艺复杂、能耗大成本高，易产生二次污染的不足，进而提出一种电化学控制分离溶液中苯酚的方法。

本发明的目的是这样实现的：首先将沉积有导电聚苯胺薄膜的导电基体作为电化学反应器的工作电极，在pH值为5.0～6.5的含苯酚溶液中施加0.4～0.8V的电位于工作电极上，通过控制聚苯胺膜处于中间氧化状态使膜膨胀，从而将溶液中苯酚吸入膜中使苯酚得到分离；其次将吸附饱和后的导电聚苯胺膜电极置入pH值为2.0～6.5的酸性再生液中，然后施加-0.3～0.1V的电极电位于膜电极控制聚苯胺膜处于还原状态10～30min，薄膜通过收缩而将膜中苯酚释放，将不断浓缩的再生液回收可得到苯酚，同时导电聚苯胺膜得到再生可重复使用。

上述发明由三个步骤组成：一是控制聚苯胺膜处于中间氧化状态吸附苯酚；二是控制聚苯胺处于还原状态释放苯酚，膜再生后循环使用；三是再生液浓缩回收得到苯酚。

本发明通过实施上述技术方案的优点与创新之处在于：(1)利用导电聚苯胺膜在氧化与还原状态下对苯酚的吸附能力不同，通过调节薄膜的电极电位可准确控制苯酚的吸入和释放量；(2)电化学控制苯酚分离过程的主要推动力为电极电位，不受溶液中化学平衡的限制，尤其适合低浓度含酚废水处理及回收；(3)分离过程只需施加很低的电位，常温常压操作，废水处理成本低且高效；(4)膜的再生过程与再生液中苯酚浓度无关，再生过程也是苯酚的浓缩过程；(5)聚苯胺膜无需化学再生，消除了由化学再生剂产生的二次污染；(6)再生液回收即可得到浓缩的苯酚。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明的具体实施方式做出进一步的详细说明；

实施例1

在间歇电化学反应器中将沉积导电聚苯胺的铂片作为工作电极，大面积铂片为对电极，室温下通入含100ppm的苯酚溶液0.1L并用硫酸调节pH值为6.0，在工作电极上施加0.8V电位并维持在中间氧化状态5min；其后排尽含酚废水并通入pH值为6.5的含硫酸的弱酸溶液0.05L，在工作电极上施加-0.2V电位并维持还原状态10min。重复上述步骤5次含酚废水中苯酚浓度降为1ppm，再生液中苯酚浓度浓缩为190ppm。

实施例2

将沉积导电聚苯胺的多排石墨棒作为工作电极组成填充床电化学反应器，石墨板为对电极，室温下循环通入pH值为5.0、含20ppm的苯酚溶液0.1L，料液的床层停留时间控制为0.5min，在工作电极上施加0.6V电压并维持膜在中间氧化状态20min；其后以同样停留时间通入pH值为2.0、含苯酚50ppm的弱酸溶液0.1L，在工作电极上施加-0.1V电位并维持还原状态20min。含酚废水中苯酚浓度降为0.1ppm，再生液中苯酚浓度浓缩为70ppm。

实施例3

将沉积导电聚苯胺的导电玻璃基体作为工作电极组成填充床电化学反应器，石墨板为对电极，室温下循环通入pH值为6.5、含10ppm的苯酚溶液0.1L，料液的床层停留时间控制为2min，在工作电极上施加0.4V电压并维持膜在中间氧化状态20min；其后以同样停留时间通入pH值为3.0、含苯酚50ppm的溶液0.1L，在工作电极上施0.1V电位并维持还原状态20min。含酚废水中苯酚浓度降为0.05ppm，再生液中苯酚浓度浓缩为60ppm。

实施例4

将沉积导电聚苯胺的不锈钢丝网作为工作电极组成填充床电化学反应器，不锈钢板为对电极，室温下循环通入pH值为5.0、含50ppm的苯酚溶液0.1L，料液的床层停留时间控制为1min，在工作电极上施加0.7V电压并维持膜在中间氧化状态30min；其后以同样停留时间通入pH值为5.0、含苯酚100ppm的酸性溶液0.1L，在工作电极上施-0.3V电位并维持还原状态30min。含酚废水中苯酚浓度降为0.2ppm，再生液中苯酚浓度浓缩为149ppm。