一種紅松源木炭催化還原處理硝基苯廢水的方法
2023-07-01 15:15:31
專利名稱：一種紅松源木炭催化還原處理硝基苯廢水的方法
技術領域：
本發明屬於環境保護廢水處理技術領域，涉及一種紅松源木炭催化還原處理硝基苯廢水的方法。
背景技術：
硝基苯類有機物是一種重要的化工原料或中間體，廣泛地應用於燃料、醫藥、炸藥、農藥及高分子化學工業中，這類有機物及其在環境中轉化的產物大多是國際公認的危險化學品，它們對生物體有可疑致突變性和致癌性，能夠引起神經系統症狀、貧血、肝臟疾病等。硝基苯在水中具有極高的穩定性，由於其密度大於水，進入水體的硝基苯會沉入水底，又由於其在水中有一定的溶解度，所以，該物質造成的水體以及厭氧沉積物體系汙染會持續相當長的時間。美國環保局(us EPA)已把硝基苯、2-硝基苯酚、4-硝基苯酚、硝基甲苯類化合物列為環境優先汙染物。處理硝基苯廢水的方法主要分為物理法，生物降解法，化學法等。物理法最常用的是萃取法和吸附法，這些工藝流程相對較簡單，投資和運行成本也不高，但對如何防止被分離出來的化學物質的二次汙染等問題還需要進行進一步研究。生物降解法雖然環境安全性高、運行成本低，但因硝基苯、硝基酚的生物毒性較強，通常必須將硝基苯廢水與其他廢水混合、稀釋或作預處理後方可採用此法處理。近年來，國內外對於化學法，特別是高級化學氧化法的研究工作十分活躍，化學氧化法的處理成本相對較高，尤其是被認為具有良好發展前景的SCWO技術，其裝置需要承受高溫、高壓和強腐蝕，在國內實現工業化尚需時日。 如上所述，這些技術的發展為處理硝基苯廢水，減輕硝基苯類物質對環境的汙染提供了更多的手段，但這些方法均有一定的缺陷和局限性，因此有必要開發一種反應條件溫和，簡便易行快速高效的處理方法。近年來，化學還原法處理硝基苯類廢水的方法受到了人們的關注。KempeH2008) 研究發現在硫化物和黑炭的作用下環三亞甲基三硝胺(RDX)能發生快速的還原反應；0h， S. Y. (2009)研究在二硫叔糖醇作為還原劑時，環三亞甲基三硝胺和2，4-二硝基甲苯可以在黑炭的作用下發生快速的還原降解反應；以及發明「一種鐵粉還原硝基苯制氧化鐵黑聯產硫酸苯胺鹽的方法」(申請號200410061437. 2)等。
發明內容
本發明的目的就是提供一種紅松源木炭催化還原處理硝基苯廢水的方法。本發明的技術方案如下一種紅松源木炭催化還原處理硝基苯廢水的方法，包括以下步驟(A)根據需要稱取一定質量的紅松源木炭作為催化劑，並轉移到200mL的厭氧模擬反應器中；(B)將10-20mL、20mM的緩衝溶液和180ml —定濃度的硝基苯廢水加入到厭氧模擬
反應器中，並將反應器密封；
(C)用99. 99%的高純氮氣將反應器頂空及水溶液中的氧氣排盡，以確保厭氧狀態；(D)根據不同的需要用氣密性注射器將還原劑硫化物溶液加入到反應器中；(E)將反應器置於迴旋振蕩器上於常溫常壓(25°C，latm)下震蕩反應。本發明提供的催化劑為東北紅松木製備的黑炭粉末，其元素組成為，C元素 81. 38%，H 元素 13. 93%，N 元素 2. 83%，0 元素 1. 86%。本發明提供的催化劑的濃度為0. 1-1. Og/L。本發明提供的緩衝液為氯化鉀-鹽酸緩衝液，用以調節反應體系的PH值範圍在 1-2之間；鄰苯二甲酸氫鉀-氫氧化鉀緩衝液，用以調節反應體系的pH值範圍在3-5之間； 磷酸一氫鈉-磷酸二氫鈉緩衝液，用以調節反應體系的PH值範圍在5-9之間；硼砂-氫氧化鈉緩衝液，用以調節反應體系的PH值範圍在10-14之間。本發明處理的硝基苯廢水的濃度為10_200mg/L。本發明提供的還原劑為硫化鈉所配置的溶液，其濃度為35_240mg/L。本發明提供的震蕩反應的轉速為150-200轉/分鐘。與現有技術相比本發明具有以下優點1.反應體系溫和，均在常溫常壓下反應，不僅對反應設備要求不高，耗能也很低， 方法簡單易行，可操作性強，便於在實際中推廣應用；2.反應快速高效，對汙染物的還原轉化徹底，本發明對硝基苯的轉化率最高可達 100%，使其徹底還原轉化為苯胺，不會造成二次汙染；3.處理成本低，本發明所用還原劑為硫化物，催化劑為紅松源木炭，便宜易得，製備簡單且反應活性高，木炭清洗後可重複使用，節省成本，具有顯著的環境優勢和經濟優勢。
圖1為本發明提供的還原硝基苯的具體反應步驟。圖2為實施例1序號6條件下的反應溶液的HPLC光譜圖。
具體實施例方式以下通過實施例對本發明提供的紅松源木炭催化還原硝基苯廢水的方法及效果進行進一步說明，但並不因此而限制本發明。實施例1 硫化物還原硝基苯在8個200ml厭氧模擬反應器中，加入pH為7的磷酸鹽緩衝液和濃度為100mg/L 的硝基苯廢水，向反應器中充入高純氮氣(以去除反應體系中的氧氣，形成厭氧環境)，向反應器中分別加入35mg/L、100mg/L、170mg/L、240mg/L還原劑硫化物，然後，1-4號反應器中不加催化劑，在5-8號反應器中分別加入60mg紅松源木炭作為反應催化劑。將反應器密封置於旋轉振蕩器中，於常溫常壓下以150-200轉/分鐘的轉速震蕩反應72小時，反應後還原產物為苯胺，硝基苯的轉化率見表1。表1硫化氫還原條件下硝基苯的轉化率
權利要求
1.一種紅松源木炭催化還原處理硝基苯廢水的方法，其特徵在於包括以下步驟(A)根據需要稱取一定質量的紅松源木炭作為催化劑，並轉移到200mL的厭氧模擬反應器中；(B)將10-20mL、20mM的緩衝溶液和180ml—定濃度的硝基苯廢水加入到厭氧模擬反應器中，並將反應器密封；(C)用99.99%的高純氮氣將反應器頂空及水溶液中的氧氣排盡，以確保厭氧狀態；(D)根據不同的需要用氣密性注射器將還原劑硫化物溶液加入到反應器中；(E)將反應器置於迴旋振蕩器上於常溫常壓(25°C，latm)下震蕩反應。
2.根據權利要求1所述紅松源木炭催化還原處理硝基苯廢水的方法，其特徵在於步驟(A)所述催化劑為東北紅松木製備的黑炭粉末，其元素組成為，C元素81. 38%，H元素 13. 93%，N 元素 2. 83%，0 元素 1. 86%。
3.根據權利要求1所述紅松源木炭催化還原處理硝基苯廢水的方法，其特徵在於步驟(A)所述催化劑的濃度為0. 1-1. Og/L。
4.根據權利要求1所述紅松源木炭催化還原處理硝基苯廢水的方法，其特徵在於步驟(B)所述緩衝液為氯化鉀-鹽酸緩衝液，用以調節反應體系的pH值範圍在1-2之間； 鄰苯二甲酸氫鉀-氫氧化鉀緩衝液，用以調節反應體系的PH值範圍在3-5之間；磷酸一氫鈉-磷酸二氫鈉緩衝液，用以調節反應體系的PH值範圍在5-9之間；硼砂-氫氧化鈉緩衝液，用以調節反應體系的PH值範圍在10-14之間。
5.根據權利要求1所述紅松源木炭催化還原處理硝基苯廢水的方法，其特徵在於步驟(D)所述硝基苯廢水的濃度為10-200mg/L。
6.根據權利要求1所述紅松源木炭催化還原處理硝基苯廢水的方法，其特徵在於步驟(D)所述還原劑為硫化鈉所配置的溶液，其濃度為35-240mg/L。
7.根據權利要求1所述紅松源木炭催化還原處理硝基苯廢水的方法，其特徵在於步驟(E)所述震蕩反應的轉速為150-200轉/分鐘。
全文摘要
本發明屬於環境保護廢水處理技術領域，涉及一種紅松源木炭催化還原處理硝基苯廢水的方法。本發明主要步驟如下在含有預先稱重的黑炭粉末的厭氧模擬反應器中，加入緩衝溶液和一定濃度的硝基苯廢水，向反應體系中充入99.99％高純氮氣(以除去體系中的氧氣，形成厭氧環境)，向此反應器中加入一定濃度的還原劑硫化物。最後將反應器置於旋轉振蕩器中，於常溫常壓下震蕩反應。本發明反應體系溫和，反應快速高效，處理成本低，是一種能夠解決實際問題，具有顯著經濟優勢和環境優勢的處理方法。
文檔編號C02F101/38GK102531141SQ20111036211
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月16日 優先權日2011年11月16日
發明者於曉東, 何慧, 劉新會, 鞏文雯, 戴國華 申請人:北京師範大學