Способ окислительной термокаталитической деструкции органических примесей в воде Советский патент 1992 года по МПК C02F1/72 G01N33/18 

Изобретение относится к аналитической химии воды и может быть использовано для определения общего органического углерода (ООУ) в питьевых, природных, сточных водах и других водных объектах.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности является определение ООУ по методу 1. Здесь доступная схема газохроматического определения ООУ включает в себя окислительный реактор, представляющий собой кварцевую трубку размером 240x22 мм, заполненную оксидом меди с рабочей температурой 750°С. Указанная термокаталитическая система является недостаточно универсальной

и эффективной, поскольку не гарантирует количественного окисления трудноразлагаемых высокомолекулярных примесей воды. Здесь возникают артефакты, связанные с присутствием в пробе серы и других веществ, отравляющих катализатор. Кроме того, галогенорганические примеси, систематически присутствующие в питьевой воде, могут связываться с оксидом меди. При работе с данным катализатором возникает повышенная опасность корродирующего действия оксидов азота на металлические детали и .коммуникации системы.

о со

СП ND 00

Целью изобретения является повышение степени конверсии органических примесей питьевых, природных и сточных вод.

Поставленная цель достигается тем, что в способе окислительной термокаталитической деструкции органических примесей в воде, заключающемся $ окислительной термической конверсии в потоке в реакторе,

,Ai. -Т ts

заполненном катализатором, катализатор выполнё Н в1 вЙДё м нотРбйлсйУнрй насадки с расположение/и (Глое в гтсГходу цвижения га- за-носи-геля в следующей гТоследователь- ности: катализатор пиролиза,катализатор окисления органических соединений, катализатор восстановления неуглеродных продуктов окисления и катализатор доо- кисления углеродсодержащих продуктов пиролиза, причем температуры каталитической активности слоев насадки составляют соответственно: пиролиза - 500-1000°С; окисления - 600-1200°С; восстановления - 500-700°С; доокисления- 200-500°С.

Способ реализован в реакторе-конвертере, изображенном на чертеже.

Реактор-конвертер, изготовленный из кварцевогоо стекла, заполняют катализатором, выполненным послойно по ходу движения газа-носителя в следующей последовательности:

-катализатором пиролиза (в том числе металлическим никелем, палладием, платиной, иридием или другими, которые могут быть нанесены на инертные носители типа А120з, SI02, силикагель и т.п.)Г

-катализатором окисления органических примесей, в том числе оксидами никеля, меди, вольфрама, ванадия, марганца, кобальта или других в смеси с кварцевым песком 1:1 для предотвращения их спекания при регенерации;

-катализатором восстановления неуглеродных продуктов окисления, в том числе металлических меди, железа, серебра, посеребренной меди и других;

-катализатором доокисления углеродсодержащих продуктов конверсии, в том числе хроматов серебра, бария, цинка и других.

Катализатор окисления выполнен в виде гранул с размером частиц 0,25-0,5 мм и смешан механически с кварцевым песком того же размера в соотношении 1:1, причем это соотношение выбрано экспериментально. Используемая температура каталитической активности слоев насадки составляет:

-для катализатора пиролиза - 500- 1000°С;

-для катализатора окисления - 600- 1200°С;

-для катализатора восстановления - 500-700°С;

-для катализатора доокисления - 200- 500°С.

Способ осуществляют следующим образом.

Пробу воды с помощью хроматографи- ческого микрошгфица с удлиненной иглой вводят в реактор-конвертер через самоуп0 лотняющуюся прокладку. Вода испаряется, а органические вещества, присутствующие в ней разлагаются на катализаторе пиролиза (1). Продукты пиролиза легко окисляются на катализаторе окисления (2) до С02, СО,

5 N0, N203, N02, SO, S02 и др. Окислы азота и серы конвергируют на катализаторе восстановления (3) до азота и S02. Оксид углерода и углеродсодержащие продукты пиролиза и окисления, доокисляются на ка0 тализаторе (1). Таким образом, окончательными продуктами конверсии органических примесей воды являются С02, № и S02, которые регистрируются хроматографически. Пример. Реакторы по типу приведен5 ного на чертеже заполняли послойно катализаторами сверху вниз:

-реактор а - NI на А120з (30 мас.%), NiO+кварцевый песок (1:1), Fe, Ag2Cr04;

-реактор б - Ni на А120з (30 мас.%), 0 MnO+кварцевый песок (1:1), Си, Zn Cr4;

-реактор в - Ni на А120з (30 мас.%), СиО+кварцевый песок (1:1), Си, ВаСгОз

и включали в газохроматографическую аналитическую систему.

5 Используемая схема анализа ООУ, а также параметры ее работы применялись по методу 1 для сравнительной оценки эффективности известного и предложенного способов.

0 Исследования проводили как на модельных водных растворах смесей органических соединений (уксусной кислоты, пиридина, хлороформа, бифталата калия, м- крезола) различной концентрации (раствор

5 1, 2 и 3), так и на реальных природных и сточных водах, Объем пробы 10 мкл. Результаты, полученные при сравнительном исследовании известного и предлагаемого способов конверсии,приведены в таблице.

0 Из таблицы видно, что использование предлагаемого способа существенно улучшает характеристики процесса термоокисления, обеспечивая количественную окислительную деструкцию всех испытуе5 мых смесей. При этом снижается минимально определяемая концентрация ООУ. Как видно из таблицы, замена одних оксидов переходных металлов на другие при соответствующих изме,--эниях. температурных режимов их работы, я также насадок, обеспечивающих восстановление оксидов азота и серы и доокисление продуктов реакции, дают сопоставимые характеристики приготовленных реакторов.

Оценка работы реактора проводилась при его включении в газохроматографиче- скую систему, рекомендуемую в прототипе, однако регистрация образующегося диоксида углерода возможна и с помощью других детекторных систем: ИК-спектрофо- тометрическим, кондуктометрическим, оптико-акустическим и другими методами. Формула изобретения 1. Способ окислительной термокаталитической деструкции органических примесей воды,заключающийся в окислительной термической конверсии в потоке в реакторе, заполненном катализатором, отличающийся тем, что, с целью повышения степени конверсии органических примесей воды, катализатор выполнен в виде многослойной насадки с расположением слоев по ходу

движения газа-носителя в следующей последовательности: катализатор пиролиза, катализатор окисления органических соединений, катализатор восстановления неуглеродных продуктов окисления и катализатор

доокисления углеродсодержащих продуктов пиролиза.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что температура каталитической актив- ности слоев насадки составляет соответственно: пиролиза 500-1000°С; окисления 600-1200°С; восстановления 500-700° доокисления 200-500°С.

Использование: область аналитической химии воды для определения общего органического углерода (ООУ) в питьевых, природных, сточных водах и других водных объектах. Сущность изобретения: термокаталитическая деструкция органических примесей воды в потоке, в реакторе, заполненном катализатором. Катализатор выполнен в виде многослойной насадки с расположением слоем по ходу движения газа-носителя в последовательности: катализатор пиролиза, катализатор окисления органических соединений, катализатор восстановления неуглеродных продуктов окисления и катализатор доокисления углеродсодержащих продуктов пиролиза. Температуры каталитической активности слоев насадки составляют соответственно: пиролиза 500-1000°С; окисления 600- 1200°С; восстановления 500-700°С; доокисления 200-500°С. Способ обеспечивает количественную окислительную деструкцию и снижает минимально определяемую концентрацию ООУ. 1 н.п., 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил. Ј

50 О-1000е

б оо-/zoo °е