含酞废水的处理

案例分析案例分析 对新教材中含酚废水处理实验的改进 普通高中课程标准实验教科书 有机化学基础 江苏教育出版社 2004 年 12 月第 1 版 在介绍酚的性质和应用这一节内容时 设计了探究性实验让学生初步认识含酚废 水的处理 含酚 主要是苯酚和甲酚 废水的处理一直是人们密切关注的工业污染处理 问题之一 因为水体中含有少量的酚 会对人体 水生生物及附近的农作物造成一定的 危害 但实验区的许多教师在做该实验时 却反映教材上的实验步骤 实验现象及效果 都不甚理想 尤其是不能将工业上处理含酚废水的方法很好地表达清楚 教材中 P74 该实验的实验步骤如下 向 4mL 含苯酚的废水中滴加几滴 FeCl3溶 液 将得到的紫色溶液转移到两支试管中 分别加入约 0 5mL 苯或少量活性炭 振荡 观察实验现象 按教材上的实验步骤进行实验后 实验现象是 加入活性炭后 紫色可 褪去 加入苯后 振荡静置 溶液分层 上层为无色 下层为紫色 紫色并没褪去 实 验结果证明活性炭能使苯酚和 FeCl3反应后生成的紫色络合物 H3 Fe C6H5O 6 褪色 但是苯却没能使紫色褪去 在工业上 苯可以用作含酚废水的萃取剂 故教材上的该实 验的反常现象使不少教师颇感困惑 究其原因 一是没注意到苯酚和紫色络合物在苯中 的溶解性有很大差异 二是该实验的操作顺序设置不妥 笔者多次试做了教材上的实验 并对该实验作了改进 实验过程简述如下 1 实验用品实验用品 含苯酚废水 8000mg L 1 FeCl3溶液 苯 活性炭 2 实验步骤及现象实验步骤及现象 1 向 4mL 含苯酚废水加入约 10 滴左右 FeCl3 溶液显紫色 加入活性炭后 振荡 紫色褪去 2 向 4mL 含苯酚废水加入约 10 滴左右 FeCl3 溶液显紫色 加入约 2mL 苯 振荡后 静置 溶液分层 上层为无色苯层 下层为紫色水层 结论 I 活性碳的吸附能力较强 能够吸附该紫色物质 苯不易从水中萃取该紫色络合 物 H3 Fe C6H5O 6 既该紫色络合物在水中的溶解度远大于在苯中的溶解度 3 向 4mL 含苯酚废水加入约 2mL 苯后 振荡后静置 待溶液分层后 将苯层和水层 分开 在苯层中加入约 10 滴左右 FeCl3 水溶液 振荡后静置 溶液分层 上层为无色苯层 下 层为紫色水层 在水层中滴加约 10 滴左右 FeCl3 将其与含酚废水直接加 FeCl3后的紫色溶液颜色对照 其紫色明显变淡 3 实验结论实验结论 苯不易从水中萃取紫色络合物 苯能够萃取水中部分苯酚 通过实验改进 可使学生更好地了解并领会含酚废水处理的原理和方法 使学生对于活 性炭的吸附性能和萃取法在工业上的应用有更深刻的认识 让学生体会到了知识的实用 性 4 讨论讨论 1 含酚废水的浓度从几百毫克每升到几万毫克每升不等 浓度 1000mg L 的属于高浓 度含酚废水 工业上就要考虑酚的回收和再利用 在实验中 为了使现象更加明显 可 以配制高浓度的含酚废水 2 查阅文献可知 不同的萃取剂对于酚的萃取能力不同 萃取能力的大小主要以酚在 萃取剂和水中的浓度比 即分配系数 K 的大小来表示 如表 1 1 表表 1 酚在不同有机溶剂中的分配系数酚在不同有机溶剂中的分配系数 有机溶剂类型 芳香族 脂肪族 酯类 醚类 酮类 醇类 分配系数 K1 2 2 00 1 0 627 501 3010 1508 25 从表中数据可知 酯类和酮类有机物对于酚有较强的萃取能力 教材中选用的萃取 剂苯还不是最理想的萃取剂 根据文献提供的数据 我们用相同的方法探究了萃取能力较强的酯类有机物 乙酸 乙酯 重复了实验步骤 2 和 3 发现乙酸乙酯的萃取能力明显强于苯 实验步骤 和现象如下 向 4mL 含苯酚废水加入约 10 滴左右 FeCl3 溶液显紫色 加入约 2mL 乙酸乙酯 振荡后紫色立即褪去 静置 溶液分层 上层为无色 下层为黄色 向 4mL 含苯酚废水加入约 2mL 乙酸乙酯后 振荡后静置 待溶液分层后 将乙 酸乙酯层和下层溶液分开 在乙酸乙酯层中加入约 10 滴左右 FeCl3溶液 振荡后静置 无紫色出现 上层无色 下层显淡黄色 在下层溶液中滴加约 10 滴左右 FeCl3溶液 无 明显现象 通过实验步骤 和 可知 乙酸乙酯的强萃取能力使形成紫色络合物的化学平衡被 打破 反应方程式 6C6H5OH Fe3 Fe C6H5O 6 3 6H 即经乙酸乙酯萃取后 溶液中的苯酚大大减少 使平衡左移 并使溶液中微量苯酚含量达不到与 FeCl3起显色 反应的量的要求 故将乙酸乙酯加入紫色溶液时 振荡后紫色立刻褪去 下层的黄色既 为不溶于乙酸乙酯的 FeCl3溶液 因此我们可以引导学生通过选择中学实验条件下常用的 性质上较安全的有机溶剂 如乙酸乙酯较苯对人体毒性小 按照类似实验步骤 3 的实验方法 定性的探究不同 萃取剂对酚的萃取能力 从中得出较为理想的萃取剂 使学生对于工业上含酚废水的处 理知识能进一步加深 同时也使他们科学探究的水平得到进一步的提高 3 另外 活性炭作为一种良好的吸附剂 它不但能吸附含酚废水中的酚 还能吸 附多种有机物与重金属离子 所以在工业上用活性炭处理含酚废水不会造成由有机溶剂 作萃取剂引起的二次污染 因此在教学中 也可以借助活性炭与有机萃取剂的这种区别 渗透绿色化学的有关知识 使学生认识到绿色化学理念的运用在实际生产中的重要性 参考文献 参考文献 1 张芳西等主编 含酚废水的处理和利用 北京 化学工业