專(zhuān)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(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)廢水處理技術(shù)領(lǐng)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(shù)：
硝基苯類(lèi)有機(jī)物是一種重要的化工原料或中間體，廣泛地應(yīng)用于燃料、醫(yī)藥、炸藥、農(nóng)藥及高分子化學(xué)工業(yè)中，這類(lèi)有機(jī)物及其在環(huán)境中轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物大多是國(guó)際公認(rèn)的危險(xiǎn)化學(xué)品，它們對(duì)生物體有可疑致突變性和致癌性，能夠引起神經(jīng)系統(tǒng)癥狀、貧血、肝臟疾病等。硝基苯在水中具有極高的穩(wěn)定性，由于其密度大于水，進(jìn)入水體的硝基苯會(huì)沉入水底，又由于其在水中有一定的溶解度，所以，該物質(zhì)造成的水體以及厭氧沉積物體系污染會(huì)持續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。美國(guó)環(huán)保局(us EPA)已把硝基苯、2-硝基苯酚、4-硝基苯酚、硝基甲苯類(lèi)化合物列為環(huán)境優(yōu)先污染物。處理硝基苯廢水的方法主要分為物理法，生物降解法，化學(xué)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(duì)較簡(jiǎn)單，投資和運(yùn)行成本也不高，但對(duì)如何防止被分離出來(lái)的化學(xué)物質(zhì)的二次污染等問(wèn)題還需要進(jìn)行進(jìn)一步研究。生物降解法雖然環(huán)境安全性高、運(yùn)行成本低，但因硝基苯、硝基酚的生物毒性較強(qiáng)，通常必須將硝基苯廢水與其他廢水混合、稀釋或作預(yù)處理后方可采用此法處理。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)于化學(xué)法，特別是高級(jí)化學(xué)氧化法的研究工作十分活躍，化學(xué)氧化法的處理成本相對(duì)較高，尤其是被認(rèn)為具有良好發(fā)展前景的SCWO技術(shù)，其裝置需要承受高溫、高壓和強(qiáng)腐蝕，在國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化尚需時(shí)日。 如上所述，這些技術(shù)的發(fā)展為處理硝基苯廢水，減輕硝基苯類(lèi)物質(zhì)對(duì)環(huán)境的污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(kāi)發(fā)一種反應(yīng)條件溫和，簡(jiǎn)便易行快速高效的處理方法。近年來(lái)，化學(xué)還原法處理硝基苯類(lèi)廢水的方法受到了人們的關(guān)注。KempeH2008) 研究發(fā)現(xiàn)在硫化物和黑炭的作用下環(huán)三亞甲基三硝胺(RDX)能發(fā)生快速的還原反應(yīng)；0h， S. Y. (2009)研究在二硫叔糖醇作為還原劑時(shí)，環(huán)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(fā)生快速的還原降解反應(yīng)；以及發(fā)明“一種鐵粉還原硝基苯制氧化鐵黑聯(lián)產(chǎn)硫酸苯胺鹽的方法”(申請(qǐng)?zhí)?00410061437. 2)等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(fā)明的技術(shù)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(jù)需要稱取一定質(zhì)量的紅松源木炭作為催化劑，并轉(zhuǎn)移到200mL的厭氧模擬反應(yīng)器中；(B)將10-20mL、20mM的緩沖溶液和180ml —定濃度的硝基苯廢水加入到厭氧模擬
反應(yīng)器中，并將反應(yīng)器密封；
(C)用99. 99%的高純氮?dú)鈱⒎磻?yīng)器頂空及水溶液中的氧氣排盡，以確保厭氧狀態(tài)；(D)根據(jù)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(yīng)器中；(E)將反應(yīng)器置于回旋振蕩器上于常溫常壓(25°C，latm)下震蕩反應(yīng)。本發(fā)明提供的催化劑為東北紅松木制備的黑炭粉末，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(fā)明提供的催化劑的濃度為0. 1-1. Og/L。本發(fā)明提供的緩沖液為氯化鉀-鹽酸緩沖液，用以調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的PH值范圍在 1-2之間；鄰苯二甲酸氫鉀-氫氧化鉀緩沖液，用以調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH值范圍在3-5之間； 磷酸一氫鈉-磷酸二氫鈉緩沖液，用以調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的PH值范圍在5-9之間；硼砂-氫氧化鈉緩沖液，用以調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的PH值范圍在10-14之間。本發(fā)明處理的硝基苯廢水的濃度為10_200mg/L。本發(fā)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(fā)明提供的震蕩反應(yīng)的轉(zhuǎn)速為150-200轉(zhuǎn)/分鐘。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1.反應(yīng)體系溫和，均在常溫常壓下反應(yīng)，不僅對(duì)反應(yīng)設(shè)備要求不高，耗能也很低， 方法簡(jiǎn)單易行，可操作性強(qiáng)，便于在實(shí)際中推廣應(yīng)用；2.反應(yīng)快速高效，對(duì)污染物的還原轉(zhuǎn)化徹底，本發(fā)明對(duì)硝基苯的轉(zhuǎn)化率最高可達(dá) 100%，使其徹底還原轉(zhuǎn)化為苯胺，不會(huì)造成二次污染；3.處理成本低，本發(fā)明所用還原劑為硫化物，催化劑為紅松源木炭，便宜易得，制備簡(jiǎn)單且反應(yīng)活性高，木炭清洗后可重復(fù)使用，節(jié)省成本，具有顯著的環(huán)境優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。


圖1為本發(fā)明提供的還原硝基苯的具體反應(yīng)步驟。圖2為實(shí)施例1序號(hào)6條件下的反應(yīng)溶液的HPLC光譜圖。
具體實(shí)施例方式以下通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)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(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，但并不因此而限制本發(fā)明。實(shí)施例1 硫化物還原硝基苯在8個(gè)200ml厭氧模擬反應(yīng)器中，加入pH為7的磷酸鹽緩沖液和濃度為100mg/L 的硝基苯廢水，向反應(yīng)器中充入高純氮?dú)?以去除反應(yīng)體系中的氧氣，形成厭氧環(huán)境)，向反應(yīng)器中分別加入35mg/L、100mg/L、170mg/L、240mg/L還原劑硫化物，然后，1-4號(hào)反應(yīng)器中不加催化劑，在5-8號(hào)反應(yīng)器中分別加入60mg紅松源木炭作為反應(yīng)催化劑。將反應(yīng)器密封置于旋轉(zhuǎn)振蕩器中，于常溫常壓下以150-200轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速震蕩反應(yīng)72小時(shí)，反應(yīng)后還原產(chǎn)物為苯胺，硝基苯的轉(zhuǎn)化率見(jiàn)表1。表1硫化氫還原條件下硝基苯的轉(zhuǎn)化率
權(quán)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，其特征在于包括以下步驟(A)根據(jù)需要稱取一定質(zhì)量的紅松源木炭作為催化劑，并轉(zhuǎn)移到200mL的厭氧模擬反應(yīng)器中；(B)將10-20mL、20mM的緩沖溶液和180ml—定濃度的硝基苯廢水加入到厭氧模擬反應(yīng)器中，并將反應(yīng)器密封；(C)用99.99%的高純氮?dú)鈱⒎磻?yīng)器頂空及水溶液中的氧氣排盡，以確保厭氧狀態(tài)；(D)根據(jù)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(yīng)器中；(E)將反應(yīng)器置于回旋振蕩器上于常溫常壓(25°C，latm)下震蕩反應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)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，其特征在于步驟(A)所述催化劑為東北紅松木制備的黑炭粉末，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(jù)權(quán)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，其特征在于步驟(A)所述催化劑的濃度為0. 1-1. Og/L。
4.根據(jù)權(quán)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，其特征在于步驟(B)所述緩沖液為氯化鉀-鹽酸緩沖液，用以調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH值范圍在1-2之間； 鄰苯二甲酸氫鉀-氫氧化鉀緩沖液，用以調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的PH值范圍在3-5之間；磷酸一氫鈉-磷酸二氫鈉緩沖液，用以調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的PH值范圍在5-9之間；硼砂-氫氧化鈉緩沖液，用以調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的PH值范圍在10-14之間。
5.根據(jù)權(quán)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，其特征在于步驟(D)所述硝基苯廢水的濃度為10-200mg/L。
6.根據(jù)權(quán)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，其特征在于步驟(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(jù)權(quán)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，其特征在于步驟(E)所述震蕩反應(yīng)的轉(zhuǎn)速為150-200轉(zhuǎn)/分鐘。
全文摘要
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)廢水處理技術(shù)領(lǐng)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(fā)明主要步驟如下在含有預(yù)先稱重的黑炭粉末的厭氧模擬反應(yīng)器中，加入緩沖溶液和一定濃度的硝基苯廢水，向反應(yīng)體系中充入99.99％高純氮?dú)?以除去體系中的氧氣，形成厭氧環(huán)境)，向此反應(yīng)器中加入一定濃度的還原劑硫化物。最后將反應(yīng)器置于旋轉(zhuǎn)振蕩器中，于常溫常壓下震蕩反應(yīng)。本發(fā)明反應(yīng)體系溫和，反應(yīng)快速高效，處理成本低，是一種能夠解決實(shí)際問(wèn)題，具有顯著經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)和環(huán)境優(yōu)勢(shì)的處理方法。
文檔編號(hào)C02F101/38GK102531141SQ20111036211
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者于曉東, 何慧, 劉新會(huì), 鞏文雯, 戴國(guó)華 申請(qǐng)人:北京師范大學(xué)