专利名称：一种红松源木炭催化还原处理硝基苯废水的方法
技术领域：
本发明属于环境保护废水处理技术领域，涉及一种红松源木炭催化还原处理硝基苯废水的方法。
背景技术：
硝基苯类有机物是一种重要的化工原料或中间体，广泛地应用于燃料、医药、炸药、农药及高分子化学工业中，这类有机物及其在环境中转化的产物大多是国际公认的危险化学品，它们对生物体有可疑致突变性和致癌性，能够引起神经系统症状、贫血、肝脏疾病等。硝基苯在水中具有极高的稳定性，由于其密度大于水，进入水体的硝基苯会沉入水底，又由于其在水中有一定的溶解度，所以，该物质造成的水体以及厌氧沉积物体系污染会持续相当长的时间。美国环保局(us EPA)已把硝基苯、2-硝基苯酚、4-硝基苯酚、硝基甲苯类化合物列为环境优先污染物。处理硝基苯废水的方法主要分为物理法，生物降解法，化学法等。物理法最常用的是萃取法和吸附法，这些工艺流程相对较简单，投资和运行成本也不高，但对如何防止被分离出来的化学物质的二次污染等问题还需要进行进一步研究。生物降解法虽然环境安全性高、运行成本低，但因硝基苯、硝基酚的生物毒性较强，通常必须将硝基苯废水与其他废水混合、稀释或作预处理后方可采用此法处理。近年来，国内外对于化学法，特别是高级化学氧化法的研究工作十分活跃，化学氧化法的处理成本相对较高，尤其是被认为具有良好发展前景的SCWO技术，其装置需要承受高温、高压和强腐蚀，在国内实现工业化尚需时日。 如上所述，这些技术的发展为处理硝基苯废水，减轻硝基苯类物质对环境的污染提供了更多的手段，但这些方法均有一定的缺陷和局限性，因此有必要开发一种反应条件温和，简便易行快速高效的处理方法。近年来，化学还原法处理硝基苯类废水的方法受到了人们的关注。KempeH2008) 研究发现在硫化物和黑炭的作用下环三亚甲基三硝胺(RDX)能发生快速的还原反应；0h， S. Y. (2009)研究在二硫叔糖醇作为还原剂时，环三亚甲基三硝胺和2，4-二硝基甲苯可以在黑炭的作用下发生快速的还原降解反应；以及发明“一种铁粉还原硝基苯制氧化铁黑联产硫酸苯胺盐的方法”(申请号200410061437. 2)等。
发明内容
本发明的目的就是提供一种红松源木炭催化还原处理硝基苯废水的方法。本发明的技术方案如下一种红松源木炭催化还原处理硝基苯废水的方法，包括以下步骤(A)根据需要称取一定质量的红松源木炭作为催化剂，并转移到200mL的厌氧模拟反应器中；(B)将10-20mL、20mM的缓冲溶液和180ml —定浓度的硝基苯废水加入到厌氧模拟
反应器中，并将反应器密封；
(C)用99. 99%的高纯氮气将反应器顶空及水溶液中的氧气排尽，以确保厌氧状态；(D)根据不同的需要用气密性注射器将还原剂硫化物溶液加入到反应器中；(E)将反应器置于回旋振荡器上于常温常压(25°C，latm)下震荡反应。本发明提供的催化剂为东北红松木制备的黑炭粉末，其元素组成为，C元素 81. 38%，H 元素 13. 93%，N 元素 2. 83%，0 元素 1. 86%。本发明提供的催化剂的浓度为0. 1-1. Og/L。本发明提供的缓冲液为氯化钾-盐酸缓冲液，用以调节反应体系的PH值范围在 1-2之间；邻苯二甲酸氢钾-氢氧化钾缓冲液，用以调节反应体系的pH值范围在3-5之间； 磷酸一氢钠-磷酸二氢钠缓冲液，用以调节反应体系的PH值范围在5-9之间；硼砂-氢氧化钠缓冲液，用以调节反应体系的PH值范围在10-14之间。本发明处理的硝基苯废水的浓度为10_200mg/L。本发明提供的还原剂为硫化钠所配置的溶液，其浓度为35_240mg/L。本发明提供的震荡反应的转速为150-200转/分钟。与现有技术相比本发明具有以下优点1.反应体系温和，均在常温常压下反应，不仅对反应设备要求不高，耗能也很低， 方法简单易行，可操作性强，便于在实际中推广应用；2.反应快速高效，对污染物的还原转化彻底，本发明对硝基苯的转化率最高可达 100%，使其彻底还原转化为苯胺，不会造成二次污染；3.处理成本低，本发明所用还原剂为硫化物，催化剂为红松源木炭，便宜易得，制备简单且反应活性高，木炭清洗后可重复使用，节省成本，具有显著的环境优势和经济优势。
图1为本发明提供的还原硝基苯的具体反应步骤。图2为实施例1序号6条件下的反应溶液的HPLC光谱图。
具体实施例方式以下通过实施例对本发明提供的红松源木炭催化还原硝基苯废水的方法及效果进行进一步说明，但并不因此而限制本发明。实施例1 硫化物还原硝基苯在8个200ml厌氧模拟反应器中，加入pH为7的磷酸盐缓冲液和浓度为100mg/L 的硝基苯废水，向反应器中充入高纯氮气(以去除反应体系中的氧气，形成厌氧环境)，向反应器中分别加入35mg/L、100mg/L、170mg/L、240mg/L还原剂硫化物，然后，1-4号反应器中不加催化剂，在5-8号反应器中分别加入60mg红松源木炭作为反应催化剂。将反应器密封置于旋转振荡器中，于常温常压下以150-200转/分钟的转速震荡反应72小时，反应后还原产物为苯胺，硝基苯的转化率见表1。表1硫化氢还原条件下硝基苯的转化率
权利要求
1.一种红松源木炭催化还原处理硝基苯废水的方法，其特征在于包括以下步骤(A)根据需要称取一定质量的红松源木炭作为催化剂，并转移到200mL的厌氧模拟反应器中；(B)将10-20mL、20mM的缓冲溶液和180ml—定浓度的硝基苯废水加入到厌氧模拟反应器中，并将反应器密封；(C)用99.99%的高纯氮气将反应器顶空及水溶液中的氧气排尽，以确保厌氧状态；(D)根据不同的需要用气密性注射器将还原剂硫化物溶液加入到反应器中；(E)将反应器置于回旋振荡器上于常温常压(25°C，latm)下震荡反应。
2.根据权利要求1所述红松源木炭催化还原处理硝基苯废水的方法，其特征在于步骤(A)所述催化剂为东北红松木制备的黑炭粉末，其元素组成为，C元素81. 38%，H元素 13. 93%，N 元素 2. 83%，0 元素 1. 86%。
3.根据权利要求1所述红松源木炭催化还原处理硝基苯废水的方法，其特征在于步骤(A)所述催化剂的浓度为0. 1-1. Og/L。
4.根据权利要求1所述红松源木炭催化还原处理硝基苯废水的方法，其特征在于步骤(B)所述缓冲液为氯化钾-盐酸缓冲液，用以调节反应体系的pH值范围在1-2之间； 邻苯二甲酸氢钾-氢氧化钾缓冲液，用以调节反应体系的PH值范围在3-5之间；磷酸一氢钠-磷酸二氢钠缓冲液，用以调节反应体系的PH值范围在5-9之间；硼砂-氢氧化钠缓冲液，用以调节反应体系的PH值范围在10-14之间。
5.根据权利要求1所述红松源木炭催化还原处理硝基苯废水的方法，其特征在于步骤(D)所述硝基苯废水的浓度为10-200mg/L。
6.根据权利要求1所述红松源木炭催化还原处理硝基苯废水的方法，其特征在于步骤(D)所述还原剂为硫化钠所配置的溶液，其浓度为35-240mg/L。
7.根据权利要求1所述红松源木炭催化还原处理硝基苯废水的方法，其特征在于步骤(E)所述震荡反应的转速为150-200转/分钟。
全文摘要
本发明属于环境保护废水处理技术领域，涉及一种红松源木炭催化还原处理硝基苯废水的方法。本发明主要步骤如下在含有预先称重的黑炭粉末的厌氧模拟反应器中，加入缓冲溶液和一定浓度的硝基苯废水，向反应体系中充入99.99％高纯氮气(以除去体系中的氧气，形成厌氧环境)，向此反应器中加入一定浓度的还原剂硫化物。最后将反应器置于旋转振荡器中，于常温常压下震荡反应。本发明反应体系温和，反应快速高效，处理成本低，是一种能够解决实际问题，具有显著经济优势和环境优势的处理方法。
文档编号C02F101/38GK102531141SQ20111036211
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月16日 优先权日2011年11月16日
发明者于晓东, 何慧, 刘新会, 巩文雯, 戴国华 申请人:北京师范大学