海帶漂燙水中碘的空氣吹出法提取工藝研究*

張加幸，于躍芹

（青島科技大學化學與分子工程學院，山東青島266042）

海帶漂燙水中碘的空氣吹出法提取工藝研究*

張加幸，于躍芹

（青島科技大學化學與分子工程學院，山東青島266042）

采用空氣吹出法研究了海帶漂燙水中碘的提取工藝，并通過3因素4水平正交實驗對體系的pH、溫度、空氣通量等工藝條件做了優化，同時探討了不同氧化劑（NaNO2-H2O2、NaClO和NaNO2）對碘吹出效果的影響。實驗得到空氣吹出法提取海帶漂燙水中碘的最佳工藝條件：pH=2、溫度為70℃、空氣進量為2 L/min，此時碘的最終吹出率可達96.2%。在最佳工藝條件下，分別采用NaNO2-H2O2、NaClO和NaNO2作為氧化劑時，碘的吹出率均可達到90%，表明氧化劑種類對該工藝條件無顯著影響。

海帶漂燙水；碘；吹出；氧化反應

碘是人體內必需的微量元素之一，同時也是化工生產的重要原料。除部分鹵水及磷礦中存在部分碘資源外，目前主要依靠從海帶中提碘［1-2］。課題組長期從事食品海帶加工和碘提取工藝研究［3］，在食品海帶加工過程中產生的漂燙水中碘資源的利用率可達46%，改進碘的氧化工藝可達到較高的碘回收率［4］。筆者系統研究了海帶漂燙水中碘的空氣吹出法提取工藝，該工藝不受體系內雜質限制，可在較高溫度條件下使用，提取效率較高，操作相對簡單，較離子交換法［5-7］更適合海帶漂燙水中碘的提取回收。此外，還系統考察了不同實驗條件（溫度、pH、空氣吹出量）、不同氧化劑對碘回收率的影響，并通過正交實驗確定了最佳工藝條件，為海帶漂燙水中碘的空氣吹出提取工藝的建立提供了實驗基礎。

1　實驗部分

1.1原料、試劑與儀器

原料：海帶漂燙水采用7月份產自山東榮成的鮮海帶，模擬海帶加工過程，經5倍水漂燙所得的漂燙溶液。

試劑：濃鹽酸、30%（質量分數）雙氧水、氫氧化鈉、亞硝酸鈉、次氯酸鈉、硫代硫酸鈉、重鉻酸鉀、可溶性淀粉、碘化鉀、液溴、甲酸鈉，均為分析純。

儀器：BSA224S-CW型電子天平（精確度為0.000 1 g）、JJ-1型精密增力電動攪拌器、電子調溫專用爐、78-1型磁力加熱攪拌器、PB-10型酸度計。

1.2實驗方法

取一定體積海帶漂燙液，加入鹽酸調節系統的pH，加入一定量的亞硝酸鈉，將I-完全氧化為I2，再加入定量消泡劑。將溶液轉移到柱中，加熱至一定溫度，使用空氣泵定量將空氣由柱下端吹入，采用20%（質量分數）的亞硫酸鈉、氫氧化鈉溶液吸取尾氣。定時采集柱中樣品，采用硫代硫酸鈉滴定方法測定樣品中I-的含量，直至溶液顏色無明顯變化。

2　結果與討論

2.1不同實驗條件下對碘吹出效果的影響

2.1.1體系溫度對吹出效果的影響

調節體系pH=2，空氣進氣量為2 L/min，分別在實驗溫度為50、60、70、80℃下進行吹出實驗。圖1為不同體系溫度下，溶液中碘含量隨時間的變化趨勢。

圖1　體系溫度對碘吹出效果的影響

從圖1可以看出，溶液中碘含量隨著時間的延長逐漸減少，最終保持一定的濃度。隨著溫度的升高，吹出時間減少，吹出率明顯增加。在80℃下，12.5 min后溶液中碘含量降至59.4×10-6，吹出率可達到92%。隨著溫度下降，吹出時間延長，吹出率下降，這是因為溫度的增加會加速碘的蒸發。理論上溫度越高，碘的吹出效果越明顯?？紤]到工廠實際應用情況，實驗選擇適宜的體系溫度為70℃。

2.1.2體系pH對吹出效果的影響

調節體系溫度為60℃，空氣吹出量為3 L/min，分別在溶液pH為1、2、3、4的條件下進行吹出實驗。圖2為不同pH下，溶液中碘含量隨時間的變化趨勢。

圖2　體系pH對碘吹出效果的影響

從圖2可以看出，隨著時間的延長，溶液中碘含量逐漸降低，最終趨于平穩。隨著pH的增加，吹出時間無顯著變化，吹出效率明顯降低。pH=1、吹出時間為20 min時，吹出效率達到78.4%；pH=4、吹出時間為20 min時，吹出效率為36.7%。這是因為pH較高的時候，I-完全氧化為I2，無法吹出。pH=2時，吹出效率為78.3%，與pH=1時無明顯差距，說明pH=2時，溶液中的I-已達到最高氧化效率。

2.1.3體系空氣進量對碘吹出的影響

調節體系溫度為80℃，pH=2時，分別在空氣進量為1.5、2、2.5、3 L/min的條件下進行吹出實驗。圖3為不同空氣進量下，溶液中碘含量隨時間的變化趨勢。

圖3　體系空氣進量對碘吹出效果的影響

從圖3可以看出，隨著時間的延長，碘含量逐漸降低，最終趨于穩定。隨著空氣吹出量的增加最終吹出率并無明顯變化，吹出時間明顯縮短。吹出率達到95%時，不同空氣吹出量所用時間分別為15、15、12、10 min。這是因為隨著空氣進量的增加，相同時間內更多的氣體與溶液接觸，增加了溶液中碘單質的吹出速率。對比空氣吹出量為2.5 L/min與3 L/min時，影響效果的提升越來越不顯著，因此實際生產過程不必采用較高的空氣吹出量。

2.2正交實驗

在單因素實驗的基礎上，對海帶漂燙水中碘的空氣吹出提取工藝做了優化，實驗設計3因素4水平正交實驗，見表1。表2為正交實驗安排及結果。

表1　正交實驗因素及水平

表2　碘的空氣吹出實驗正交實驗結果

由表2可以看出，對碘吹出效果的主次順序為pH、溫度、空氣流吹出量。pH不同，吹出結果有著明顯變化，這是因為pH影響I2的生成，隨著pH增大，溶液中剩余I-濃度增大，導致碘的吹出率明顯下降。溫度與空氣流量的不同對碘的吹出結果并沒有顯著影響，這是因為溫度與空氣進氣量對I2的生成影響不大，實驗過程中這2個因素所影響的只是實驗時間。正交實驗得到最優組合A4B1C4，即溫度為80℃、pH=2、空氣進氣量為3 L/min。在此條件下，可得到最高吹出率96.2%。

2.3不同氧化劑對碘單質吹出的影響

實驗主要考察了使用亞硝酸鈉作為氧化劑時，實驗條件對海帶漂燙液中碘吹出的影響。在工業生產中，還經常使用過氧化氫、次氯酸鈉等氧化劑，因此本實驗在體系pH=2、溫度為70℃、空氣進量為2 L/min下分別使用NaNO2-H2O2、NaClO和NaNO2做了對比實驗，以研究氧化劑種類對碘吹出效果的影響，結果見圖4。從圖4可以看出，隨著時間的增加，3種氧化劑均有良好的吹出效率。20 min時，3種氧化劑吹出效率均可達到95%，表明該工藝流程適用于當前工藝中常用的氧化劑。使用次氯酸鈉時，I-易被氧化為IO3-，因此吹出效率比其他2種氧化劑較低；使用亞硝酸鈉時，反應過程會伴隨NO的產生，對環境造成一定的污染；采用NaNO2-H2O2混合氧化劑時，將海帶漂燙液中的I-氧化為IO3-，并以其為氧化劑進一步氧化海帶漂燙液中的 I-生成單質碘，閆紹鵬等［5］系統考察了該混合氧化劑的最佳氧化條件。實驗證明氧化劑占料液總體積的20%時氧化效果最佳，且使用NaNO2-H2O2混合氧化劑更符合綠色化工的要求。

圖4　不同氧化劑對碘吹出效果的影響

3　結論

實驗得到空氣吹出法提取海帶漂燙水中碘的最佳工藝條件：pH=2、溫度為70℃、空氣進量為2 L/min，在此條件下碘的最終吹出率達到96.2%。分別采用NaNO2-H2O2、NaClO和NaNO2作為氧化劑，在空氣吹出法最佳工藝條件下，碘的吹出率均可達到95%，氧化劑種類對該工藝條件無顯著影響。

［1］蘇芳，顧明廣，馮獻起，等.碘制備方法進展［J］.化學工程與裝備，2013（2）：155-157.

［2］王景剛，馮麗娟，相湛昌，等.碘提取方法的研究進展［J］.無機鹽工業，2008，40（11）：11-14.

［3］苗鈞魁，冷凱良，許洋，等.活性炭吸附法回收海帶化工提碘廢水中的碘［J］.無機鹽工業，2010，42（10）：54-55.

［4］江秀芹.碘的回收與富集［D］.青島：中國海洋大學，2006.

［5］羅靜，鐘輝，徐粉燕.從鹵水中提取碘的研究進展［J］.內蒙古石油化工，2007，33（11）：3-5.

［6］閆紹鵬，苗鈞魁，蔣鵬，等.海帶浸泡液中碘離子的新型氧化工藝的研究［J］.無機鹽工業，2014，46（7）：27-29.

［7］高書寶，張雨山，張慧峰，等.提碘技術研究進展［J］.化學工業與工程，2010，27（2）：122-127.

聯系方式：qustyu@163.com

Research of iodine extraction process by air blow-out method from kelp blanching waste water

Zhang Jiaxing，Yu Yueqin
（College of Chemistry and Molecular Engineering，Qingdao University of Science and Technology，Qingdao 266042，China）

The air blow-out method was utilized to exact iodine from kelp blanching waste water and the experimental conditions，such as pH，temperature，and air flow，were optimized with 3 factors and 4 levels orthogonal tests to improve the iodine exaction rate.In addition，the effects of different oxidizers（NaNO2-H2O2，NaClO，and NaNO2）under the optimized conditions were investigated.Results showed that the optimum reaction conditions were pH of 2.0，temperature of 70℃，and air blow-in of 2 L/min.Under the optimized conditions，the exaction rate was up to 96.2%.There is no significant difference on the oxidizing effect among three oxidizers，and the exaction rate all could be up to 90%.Therefore，oxidizing agent′s kind had no obvious effect on the reaction.

kelp blanching water；iodine；blow-out；oxidation reaction

TQ124.61

A

1006-4990（2016）05-0027-03

“十二五”海洋領域國家科技支撐計劃（2013BAB01B03）、中國水產科學研究院黃海水產研究所基本科研業務費專項資金項目（20603022013031）。

2015-12-10

張加幸（1991—），男，碩士研究生，主要研究方向為海藻加工利用。

于躍芹