浅谈含低浓度全氟酸铵废水的处理

浅谈含低浓度全氟酸铵废水的处理

刘小星

乳源东阳光电化厂

摘要：本文主要通过全氟辛酸酸铵对环境的危害性、全氟辛酸的合成、废水处理试验以及全氟辛酸回收分析，对含低浓度全氟酸铵废水的处进一步的分析和了解。通过分析获得有效的废水处理方法，使处理后的废水达到国家废水排放标准同时对废水处理时所得的废渣中的全氟辛酸铵回收进行研究。

关键词：废水处理；全氟辛酸铵；危害；实验；回收分析

一、全氟辛酸铵对环境的危害性

由于含氟有机化合物是人工合成的有机物，与天然存在的化合物相比，环境中的微生物不能将它们降解。随着国内含氟聚合物生产的发展，全氟辛酸铵作为含氟分散聚合不可替代的分散剂而被大量使用，使它们在环境中长期存留，逐步累积，其致癌性和致突变性对人类的生存环境和人体健康构成严重威胁。近年来，关于卤素化合物对环境的毒性影响及卤素化合物生物降解实验研究报道的较多，并在微生物的驯化、分离，生物脱卤降解机理研究等方面取得了一些成果。但这些研究主要集中于氯代有机化合物，而氟代有机物很少被选取作为微生物降解研究的对象。同时由于有机氟化合物C一F键的键能比C一H键、C一CI键的键能大，键长短，且氟原子的屏蔽效应，还使C一C键变牢固，使与氟原子结合的部位稳定性增高，因此，氟化合物分子被认为是生物惰性的，难以被生物降解的。

二、全氟辛酸的用途

正因为全氟辛酸具有良好的热稳定性和化学稳定性，低的表面张力、高的表面活性等特性，所以常常被用做高效的表面活性剂、分散剂、添加剂等。全氟辛酸及其作为中间体所产生的下游产品有着广泛的用途：机械和冶金工业，金属表面处理剂、电镀液添加剂以及泡沫浮选剂、消泡剂。电气工业，电子元件助焊剂、高压绝缘子、保护涂料添加剂、碱性电池电解液添加剂。纺织工业，织物防水防油整理剂、防污整理剂、纤维加上助剂和地毯土的光蜡剂、洗涤剂和毛发调理剂。造纸工业，纸张防水防油整理剂。颜料和涂料工业，水性涂料乳化剂、涂膜改进剂、颜料表面处理剂和油墨改进剂。玻璃和陶瓷工业，清洗剂、添加剂、防水防油和防污处理剂。燃料工业，集油剂、燃料增效剂和原油蒸发抑制剂。感光材料工业，感光胶片助剂涂料、感光乳液乳化剂和消泡剂。建筑工业，水泥制品添加剂和石棉润湿剂。消防部门，蛋白泡沫灭火剂和轻水泡沫灭火剂的添加剂。航空航天工业，密封剂和固体推动剂的添加剂。农业，除荞剂及杀虫剂及其添加剂等。

三、全氟辛酸的合成简述

全氟辛酸的合成通常采用电解氟化法，即将辛酞氯分散在无水氢氟酸中，在低于8V的直流电压下进行电解，电解过程中在阴极产生氢气，在阳极有机物被氟化，氟化后的产物再经碱解、酸化再提纯得到全氟辛酸。

由于电解氟化反应激烈，容易发生C一C链的断裂，因此会产生其他的短链化合物和支链化合物，总的产物收率很低，故生产成本很高，价格昂贵。

主要化学反应：

（1）氟化氢电解生成氢气和氟：

（2）氟取代辛酞氯分子中全部的氢原子和一个氯原子生成全氟辛酞氟，氟化氢和氯化氢：

（3）全氟辛酞氟碱解生成全氟辛酸钠和氟化钠

（4）全氟辛酸钠酸化生成全氟辛酸和硫酸钠

四、全氟辛酸回收分析

通过实验我们采用如下的回收方法即先将沉淀物酸化，以便将沉淀物中的全氟辛酸游离出来，然后将沉淀物干燥，再将干燥物在高温、高真空度下升华而得全氟辛酸。实验流程如下图所示：

对酸化酸的选择；首先将废水处理过程中所得的沉淀物进行酸化，酸化的目的是用强酸将沉淀物中的全氟辛酸按置换出来，成为游离状态的全氟辛酸。其原因是全氟辛酸沸点比全氟辛酸铵低，同时全氟辛酸的热稳定性比全氟辛酸铵大。这里选用无机强酸，才能将全氟辛酸置换出来。由于后续实验采用真空升华来回收全氟辛酸，因此所选的无机强酸应是高沸点的酸，故这里采用硫酸来做酸化酸。

五、废水处理试验分析

由于作为乳化剂的全氟辛酸非常昂贵，它在分散聚合制造PTFE的总成本中占较大的部分，因此从降低的制造成本方面，对全氟辛酸铅的回收是十分必要的。同时，全氟辛酸铵具有生物不可降解性，从环保上来说，对废水中的全氟辛酸铵进行回收能起到保护环境的作用。

实验目的：寻找一种二价金属盐和三价铝盐加入到溶液中进行吸附沉淀，来处理含低浓度的全氟辛酸铵的水溶液，通过正交设计试验确定最佳因素，从而有效地吸附沉淀有机氟化物，使处理后的含氟溶液完全达到国家排放标准的要求。

实验部分：一是试剂与仪器。试剂：全氟辛酸，直链加支链纯度95%，上海实业前联精细化工有限公司；浓氨水，分析纯无水硫酸镁，分析纯；上海试剂四厂无水氯化钙，分析纯，浙江省兰溪市化工试剂厂；氯化锌，分析纯；硫酸铝，分析纯，上海美兴化工有限公司。仪器：HITAIUU一3400紫外分光光度计，日本津岛。二是，全氟辛酸铵分析测试方法。采用紫外分光光度计来分析全氟辛酸铵水溶液的浓度。方法为先确定在什么波长下，全氟辛酸铵对紫外线的吸收较大配制一系列标准溶液，再在此波长下测定吸光度，做出标准工作曲线；再以此工作曲线为标准来确定未知溶液的浓度。

二价金属盐和三价铝盐与溶液中的全氟辛酸根阴离子能形成沉淀物，通过正交试验的优化，能够使处理后的含低浓度有机氟化合物废水含氟化物的浓度低于10mg/L，完全可以满足国家环保总局的排放标准。进而能够回收有机氟化合物，从而能够成为处理含低浓度有机氟化合物废水的有效途径。

参考文献：

[1]含氟表面活性剂的结构、特性及应用研究[J].周晓东.有机氟工业.2004（02）

[2]氟表面活性剂的研究与应用现状[J].王大喜，杜永顺.有机氟工业.2001（02）

[3]高浓度乳化废水处理研究[D].靳航标.江汉大学2017

[4]化工DMF废水的回收利用研究[D].董建民.北京化工大学2017