郝 捷

（山西晉環(huán)科源環(huán)境資源科技有限公司，山西 太原 030024）

化工行業(yè)中所產(chǎn)生的固體廢棄物不僅會對環(huán)境造成污染，而且還會造成資源浪費。同時，固體廢棄物的存放不僅占用土地，還會對地下水、土壤造成二次污染。三聚氰胺作為化工行業(yè)中應(yīng)用較為廣泛的中間原料，在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生一定量的廢渣，在當前環(huán)保嚴峻形勢下實現(xiàn)對固態(tài)廢棄物的分離、回收以及資源化利用尤為重要[1]。本文將針對三聚氰胺廢渣的固態(tài)廢棄物進行無害化處理，對其進行回收、資源化利用展開研究，重點基于三聚氰胺廢渣制備三聚氰酸和三聚氰胺氰尿酸鹽，并重點對最佳制備工藝進行探討。

1 基于三聚氰胺廢渣制備三聚氰酸的工藝流程

1.1 實驗準備

經(jīng)分析可知，三聚氰胺廢渣中除包含有少量的三聚氰胺外，還包括有三聚氰酸-酰胺、三聚氰酸二酰胺以及三聚氰酸等成分。從理論上講，上述廢渣通過一定的水解反應(yīng)可以將氨基轉(zhuǎn)化為羥基，從而制備成三聚氰酸[2]。本文將采用實驗的方式對基于三聚氰胺廢渣制備三聚氰酸的最佳工藝進行探討。本實驗涉及到的實驗儀器和設(shè)備如表1 所示。

表1 三聚氰胺廢渣制備三聚氰酸關(guān)鍵儀器和設(shè)備

除了表1 中的儀器外，還包括有馬弗爐、過濾篩、研缽、布氏漏斗、石棉網(wǎng)以及電爐等。實驗需要提前準備98%的濃硫酸、酚酞指示劑、三聚氰胺、氫氧化鈉和硫酸氫鈉等。在制備之前需要充分對三聚氰胺廢渣的主要成分進行分析，采用事先準備的儀器和試劑，測得本文所研究三聚氰胺廢渣中主要包括有三聚氰胺、OAT、硅藻土三種物質(zhì)，占比分別為48%、40%和12%。為保證實驗效果，需要對廢渣進行預(yù)處理，主要目的是將廢渣中的硅藻土去除。

1.2 制備工藝過程

稱取預(yù)處理后的三聚氰胺廢渣15 g，并在其中加入800 mL 8%的硫酸溶液和100 g 硫酸氫鈉溶液；根據(jù)實際情況設(shè)定高壓反應(yīng)釜的攪拌速度和反應(yīng)溫度，在此初步設(shè)定攪拌速度為200 r/min，反應(yīng)溫度為160 ℃，并在此環(huán)境下恒溫反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后，在冷卻水的作用下對反應(yīng)釜進行快速冷卻，并將反應(yīng)所得的混合物去除[3]?；旌衔镌谑覝丨h(huán)境下靜態(tài)處理24 h 后對其進行真空抽濾操作，并采用300 mL 的蒸餾水進行洗滌處理，洗滌后的產(chǎn)物在120 ℃的環(huán)境下進行干燥處理，干燥時間為4 h。

本節(jié)通過單因素實驗法對基于三聚氰胺廢渣制備三聚氰酸的最佳工藝進行研究，重點對硫酸氫鈉的添加量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間這三個參數(shù)下三聚氰酸的回收率進行對比。

2 最佳工藝參數(shù)的確定

2.1 硫酸氫鈉用量對三聚氰酸回收率的影響

分別對硫酸氫鈉用量為20、40、60、80、100、120 g下三聚氰酸的回收率進行對比；其余工藝參數(shù)設(shè)定如下：添加8%硫酸800 mL，反應(yīng)溫度設(shè)定為120 ℃，反應(yīng)時間為2 h，原料用量為15 g 等。按照上述制備工藝流程制備三聚氰酸，并采用事先準備的儀器對三聚氰酸的回收率進行測定，測定結(jié)果如表2 所示。

表2 不同硫酸氫鈉用量對三聚氰酸回收率的影響

如表2 所示，隨著硫酸氫鈉用量的增加，對應(yīng)三聚氰酸的回收率不斷增加。需要注意的是，當硫酸氫鈉用量達到80 g 以后，隨著用量的增加，三聚氰酸的回收率增加不明顯。綜合考慮硫酸氫鈉用量增加會增加制備成本，將硫酸氫鈉的用量控制在80 g 為最佳。

2.2 反應(yīng)溫度對三聚氰酸回收率的影響

分別對反應(yīng)溫度為100、110、120、130、140、150、160、170 ℃下三聚氰酸的回收率進行對比；其余工藝參數(shù)設(shè)定如下：所添加8%硫酸800 mL，硫酸氫鈉用量為80 g，反應(yīng)時間為2 h，原料用量為15 g 等。按照上述制備工藝流程制備三聚氰酸，并采用事先準備的儀器對三聚氰酸的回收率進行測定，測定結(jié)果如表3所示。

表3 不同反應(yīng)溫度對三聚氰酸回收率的影響

如表3 所示，隨著反應(yīng)溫度的增加，對應(yīng)三聚氰酸的回收率不斷增加。需要注意的是，當反應(yīng)溫度達到160 ℃以后，隨著溫度的增加，三聚氰酸的回收率增加不明顯。綜合考慮反應(yīng)溫度過高會制備設(shè)備造成一定的負擔且對應(yīng)的成本較高的問題，將反應(yīng)溫度控制在160 ℃為最佳。

2.3 反應(yīng)時間對三聚氰酸回收率的影響

分別對反應(yīng)時間為1、2、3、4、5、6 h 下三聚氰酸的回收率進行對比。其余工藝參數(shù)設(shè)定如下：所添加8%硫酸800 mL，硫酸氫鈉用量為80 g，反應(yīng)溫度160 ℃，原料用量為15 g 等。按照上述制備工藝流程制備三聚氰酸，并采用事先準備的儀器對三聚氰酸的回收率進行測定，測定結(jié)果如表4 所示。

表4 不同反應(yīng)時間對三聚氰酸回收率的影響

如表3 所示，隨著反應(yīng)時間的增加，對應(yīng)三聚氰酸的回收率不斷增加。需要注意的是，當反應(yīng)時間達到3 h 以后，隨著時間的增加，三聚氰酸的回收率增加不明顯。綜合考慮反應(yīng)時間較長時會影響三聚氰酸的制備效率而且增加成本，將反應(yīng)時間控制在3 h 為最佳。

將上述經(jīng)單因素對比實驗研究所得的最佳工藝參數(shù)應(yīng)用于與實際生產(chǎn)中，對最終三聚氰酸的回收率進行測定。經(jīng)實驗表明，在上述最佳工藝參數(shù)下，基于三聚氰胺廢渣制備三聚氰酸的最高回收率約為69.5%，而且制備所得的三聚氰酸的純度約為97%左右[4]。

同理，采用單因素實驗法對基于三聚氰胺廢渣制備三聚氰胺氰尿酸的最佳工藝進行研究，不能夠得出最佳工藝參數(shù)：反應(yīng)溫度110 ℃，反應(yīng)時間9 h，三聚氰酸和三聚氰胺的質(zhì)量比1.05∶1；最終制備所得三聚氰胺氰尿酸的回收率為77%，純度為94%。

3 結(jié)語

三聚氰胺為化工行業(yè)中的關(guān)鍵中間產(chǎn)物，應(yīng)用較為廣泛。三聚氰胺在制備過程中會產(chǎn)生廢渣，對廢渣的無害化處理不僅可以解決資源浪費的問題，而且還能夠解決廢渣儲存的占地和對土壤、地下水污染的問題[5]。本文基于三聚氰胺廢渣制備三聚氰酸和三聚氰胺氰尿酸，實現(xiàn)對其固態(tài)廢棄物的無害化處理，并得出最佳工藝參數(shù)：

1）基于三聚氰胺廢渣制備三聚氰酸的硫酸氫鈉用量為80 g，反應(yīng)時間為3 h，反應(yīng)溫度為160 ℃；最高回收率約為69.5%，純度約為97%。

2）基于三聚氰胺廢渣制備三聚氰胺氰尿酸反應(yīng)溫度為110 ℃，反應(yīng)時間為9 h，三聚氰酸和三聚氰胺質(zhì)量比1.05∶1；最終制備所得三聚氰胺氰尿酸的回收率為77%，純度為94%。