Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для очистки природных, оборотных и сточных вод от органических азокрасителей, опасных для здоровья человека и окружающей среды, путем окисления пероксидом водорода при 30-60°С:
Существует несколько принципиально различных способов окисления азокрасителей. 1) Фотокаталитическое окисление азокрасителя Оранж-II пероксидом водорода в присутствии Fe-B катализатора, полученного на основе бентонитовой глины и ионов железа [Discoloration and mineralization of Orange II by using a bentonite clay-based Fe nanocomposite film as a heterogeneous photo-Fenton catalyst / Jiyun Feng, Xijun Hu, Po Lock Yue // Water. Res., (2005) V.39. - P.89-96]. Степень очистки по красителю достигала 100% за 120 мин при нижеследующих условиях 0.2 мМ красителя «Оранж II», [H2O2]=10 мМ, pH 3 и излучение лампы 8 W UVC, катализатор Fe-B нанесен в виде пленки на стенки фотореактора.
Недостатками способа являются большой расход окислителя (143% от стехиометрического количества, требуемого для полного окисления красителя), применение УФ-ламп, при эксплуатации ламп в закрытых аппаратах необходимо предусмотреть соответствующую вентиляцию, ограниченный срок действия лампы, высокое энергопотребление при цветности обрабатываемой воды выше 50-60°С и содержании взвешенных веществ выше 20 мг/л и затруднено дозирование навески катализатора (катализатор нанесен в виде пленки на стенки реактора).
2) Известен способ каталитической очистки сточных вод текстильной промышленности пероксидом водорода в присутствии катализатора диоксида марганца [Каталитическая очистка сточных вод текстильных производств пероксидом водорода / Пылаева Г.А., Невский А.В. // Химия и химическая технология, 1994, т.37, №7-9, с.142-144]. Эффективность очистки сточных вод контролировали по изменению величины химического потребления кислорода (ХПК). При этом степень очистки по ХПК достигает максимум 53,85% при исходной концентрации красителя по ХПК 325 мг О2/л и времени контакта 72 минуты.
Недостатками способа низкая эффективность очистки сточных вод и высокая стоимость катализатора.
3) Наиболее близким решением по количеству признаков к предлагаемому изобретению является способ жидкофазной каталитической очистки сточных вод от красителей в присутствии Al/Fe катализатора, полученного на основе сапонитовой глины. Катализатор получен интеркалированием поликатиона А1, прокален при 500°С, затем насыщен оксалатом железа [Fenton-like oxidation of Orange II solutions using heterogeneous catalysts based on saponite clay / J. Hemey Ramirez, Carlos A. Costa, Luis M. Madeira, G. Mata, Miguel A. Vicente, M.L. Rojas-Cervantes, A.J. Lopez-Peinado, R.M.Martin-Aranda. // Applied Catalysis B: Environmental 71 (2007,) P.44-56]. При этом степень очистки по красителю достигает 50-96%, снижение ХПК 44.3-81.6% при исходной концентрации азокрасителя «Оранж-II» - 0,1 мМ и расходе Н2О2 - 6 мМ, (что больше стехиометрического количества на 71%), температуре 30°С, рН 3, навеске катализатора 91.5 мг/л (содержание железа в катализатора 172.9 мг/г) и времени контакта 220-240 минут. Кислотность среды является важным фактором, существенно влияющим на активность катализатора. Катализатор имеет наибольшую активность при рН 3.0. При этом способе окисление красителей достигается в достаточно кислых средах (рН 3) и количестве пероксида водорода 171% от стехиометрического количества, требуемого для полного окисления красителя.
Недостатками способа является необходимость проведения реакции в сильнокислой среде рН 3, требуется нейтрализация на последнем этапе, что требует дополнительных экономических затрат на щелочные реагенты и большой расход окислителя.
Цель изобретения - разработка жидкофазного способа окисления водных растворов азокрасителей пероксидом водорода в присутствии катализатора Fe/Al - монтмориллонита (Fe/Al-MM) при рН 3.5-5.7, снижение удельного расхода окислителя при сохранении высокой степени очистки воды от красителей.
Поставленная цель изобретения достигается тем, что окисление водных растворов азокрасителей проводят пероксидом водорода при 30-60°С, рН 3.5-5.7 и атмосферном давлении в присутствии катализатора Fe/Al - монтмориллонита при мольном соотношении пероксида водорода и красителя, равном стехиометрическому. Катализатор Fe/Al-монтмориллонит получен на основе монтмориллонитовой глины путем интеркалирования полигидроксокатионом, содержащим ионы железа и алюминия в соотношении 1/10 моль/моль, и прокален при 500°С.
Существенными признаками, влияющими на достижение поставленной цели, являются:
использование железо/алюминийсодержащего катализатора на основе
монтмориллонита;
кислотность реакционной смеси осуществления процесса.
Заявляемое изобретение имеет следующие сходные с прототипом признаки:
процесс проводят в присутствии слоистого алюмосиликата, содержащего
ионы железа и алюминия;
пероксидом водорода окисляют водные растворы азокрасителя.
Совокупность сходных и отличительных признаков, характеризующих заявляемый способ, не известна из уровня техники, что свидетельствует о соответствии заявляемого изобретения критерию "новизна".
Способ подтверждается следующими примерами:
Пример 1. К 20 мл модельного раствора, содержащего 0,1 ммоль/л азокрасителя «Прямой чисто-голубой» (ПЧГ), добавляют пероксид водорода в количестве 7 ммоль/л (количество, равное стехиометрическому для полного окисления красителя) и 1 г/л катализатора Fe/Al-MM, прокаленного при 500°С. Реакционная смесь при рН 2, перемешивается в термостатированном реакторе при температуре 30°С. Степень очистки от красителя составляет 96.3% за 190 мин реакции.
Пример 2-6. Реакцию ведут аналогично примеру 1, условия реакции представлены в таблице 1.
Из примеров 1-6 следует, что использование Fe/Al-MM, прокаленного при 500°С в качестве катализатора процесса очистки сточных вод от красителей пероксидом водорода, позволяет по сравнению с прототипом 3 [J.H.Ramirez, С.А.Costa, L.M.Madeira, G.Mata, M.A.Vicente, M.L.Rojas-Cervantes, A.J.Lopez-Peinado, R.M.Martin-Aranda. Fenton-like oxidation of Orange II solution using heterogeneous catalysts based on saponite clay. Applied Catalysis B: Environmental 71 (2007) 44-56] проводить реакцию при рН>3.5, снизить расход окислителя до стехиометрически необходимого количества при сохранении высокой степени очистки 97-99%, а в прототипе 3 при увеличении рН эффективность очистки снижается до 50%, расход пероксида водорода составляет 171% от стехиометрически необходимого количества.
Пример 7 аналогичен примеру 4, отличие состоит в том, что добавляют пероксида водорода в количестве 5 ммоль/л (составляет 71.4% от стехиометрически необходимого количества). Степень очистки от красителя составляет 82% за 300 мин реакции.
Пример 8. Пример аналогичен примеру 7, отличие состоит в том, что добавляют пероксида водорода в количестве 9 ммоль/л (составляет 128.6% от стехиометрического). Степень очистки от красителя составляет 99.9% за 180 мин реакции.
Примеры 4, 7 и 8 показывают, что активность каталитической системы может быть повышена, за счет изменения количества пероксида водорода.
Пример 9. Пример аналогичен примеру 4, отличие состоит в том, что реакция проводится при температуре 40°С. Степень очистки от красителя составляет 99% за 220 мин реакции.
Пример 10 и 11. Реакцию ведут аналогично примеру 7, условия реакции представлены в таблице 1.
Примеры 4 и 9-11 демонстрируют, что скорость процесса может быть увеличена за счет повышения температуры реакционной среды. Проведение процесса при температуре 40-60°С экономически выгодно без дополнительных затрат, так как в реальных условиях температура промывных вод после крашения выше 40°С, уменьшается продолжительность процесса до 60 мин при сохранении высокой степени очистки 99.0-99.9%.
Пример 12-13. Реакции проведены при тех же условиях, как в примере 9, отличие состоит в том, что окислению подвергаются азокрасители «Кислотный хром темно-синий» и «Кислотный хром сине-черный», с концентрацией 0.1 мМ. Примеры 12-13 показывает, что катализатор Fe/Al-ММ позволяет добиться высокой степени очистки до 87-98% различных азокрасителей (таблица).
Из примеров следует, что использование катализатора Fe/Al-монтмориллонита в процессе очистки сточных вод от азокрасителей пероксидом водорода позволяет по сравнению с использованием Al/Fe-сапонита (прототип 3) проводить процесс при рН 3.5-5.7 и уменьшить расход окислителя до стехиометрически необходимого количества с сохранением высокой степени очистки.
Области практического применения: очистка природных, оборотных и сточных вод, содержащих азокрасители.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ 4 - АМИНОБЕНЗОЛСУЛЬФОНАМИДА | 2014 |
|
RU2579391C1 |
СПОСОБ ДЕСТРУКЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ КРАСИТЕЛЕЙ В СТОЧНЫХ ВОДАХ | 2017 |
|
RU2656463C1 |
СПОСОБ КАТАЛИТИЧЕСКОГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД, СОДЕРЖАЩИХ ОРГАНИЧЕСКИЕ КРАСИТЕЛИ | 2017 |
|
RU2655346C1 |
СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ФЕНОЛА | 2000 |
|
RU2174495C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА НА ОСНОВЕ НИТРИДА БОРА ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ФЕНОЛА, КАТАЛИЗАТОР, ПОЛУЧЕННЫЙ ЭТИМ СПОСОБОМ, И СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ФЕНОЛА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭТОГО КАТАЛИЗАТОРА | 2011 |
|
RU2473471C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ФЕНОЛА, КАТАЛИЗАТОР, ПОЛУЧЕННЫЙ ЭТИМ СПОСОБОМ, И СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ФЕНОЛА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭТОГО КАТАЛИЗАТОРА | 2013 |
|
RU2540579C2 |
СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ | 1998 |
|
RU2135419C1 |
СПОСОБ КАТАЛИТИЧЕСКОГО ОКИСЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ КРАСИТЕЛЕЙ В СТОЧНЫХ ВОДАХ | 2023 |
|
RU2815959C1 |
СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ТИОЦИАНАТОВ | 2008 |
|
RU2389695C1 |
МЕТАЛЛ-ЛИГАНДСОДЕРЖАЩИЕ ОТБЕЛИВАЮЩИЕ КОМПОЗИЦИИ | 1999 |
|
RU2234528C2 |
Изобретение может быть использовано для очистки природных, оборотных и сточных вод. Для осуществления способа проводят окисление азокрасителей пероксидом водорода в присутствии Fe/Al-катализатора - монтмориллонита, интеркалированного смешанным комплексом железа/алюминия, содержащим ионы железа и алюминия в соотношении 1/10 моль/моль. Предпочтительно окисление азокрасителей проводить при рН 3,5-5,7, при этом пероксид водорода берут в количестве 100% от стехиометрически необходимого количества, требуемого для полного окисления азокрасителей. Изобретение обеспечивает дешевый, простой в реализации и экологически чистый способ очистки загрязненных вод, содержащих азокрасители, при снижении удельного расхода окислителя и высокой степени очистки. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
1. Способ очистки сточных вод от азокрасителей пероксидом водорода в присутствии железо/алюминий содержащего слоистого алюмосиликата, отличающийся тем, что в качестве катализатора используется монтмориллонит, интеркалированный смешанным комплексом железа/алюминия, содержащим ионы железа и алюминия в соотношении 1/10 моль/моль.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что окисление азокрасителей проводят при рН 3,5-5,7.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что пероксид водорода берут в количестве 100% от стехиометрически необходимого количества, требуемого для полного окисления азокрасителей.
J.Hemey Ramirez et al, Fenton-like oxidation of Orange II solutions using heterogeneous catalysts based on saponite clay, Applied Catalysis B: Environmental, 2007, №71, р.44-56 | |||
КАТАЛИЗАТОР, СПОСОБ ЕГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ И СПОСОБ ПОЛНОГО ОКИСЛЕНИЯ ФЕНОЛА | 2004 |
|
RU2256498C1 |
СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ КРАСИТЕЛЕЙ | 2000 |
|
RU2177913C1 |
СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ КРАСИТЕЛЕЙ | 2002 |
|
RU2222499C1 |
US 5639379 A, 17.06.1997 | |||
KR 960009379 В1, 18.07.1996 | |||
Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. | 1921 |
|
SU3A1 |
Авторы
Даты
2011-10-10—Публикация
2010-01-26—Подача