Способ очистки сточных вод от фенола и его хлорпроизводных
Владельцы патента RU 2388703:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр "Научно-исследовательский институт органических полупродуктов и красителей" (ФГУП "ГНЦ "НИОПИК") (RU)
Изобретение относится к способам очистки сточных вод и касается очистки сточных вод, загрязненных фенолом и его хлорпроизводными. Для осуществления способа проводят окисление пероксидом водорода в присутствии катализатора с последующим отделением осадка нерастворимых полимерных соединений. В качестве катализатора используют водорастворимые замещенные фталоцианины железа - тетрасульфофталоцианин железа или октахлорид октакис(пиридиниометил)фталоцианин железа в количестве 1,3-2,9 мол.%. Применение указанных катализаторов позволяет провести очистку сточных вод при упрощении и удешевлении процесса удаления экологически опасных соединений из водных отходов. 1 табл.
Изобретение относится к очистке сточных вод, в частности оно касается способа очистки сточных вод, загрязненных фенолом и его хлорпроизводными, путем удаления из раствора твердых полимерных продуктов каталитического окисления фенолов пероксидом водорода.
Фенол и хлорфенолы относятся к наиболее распространенным и экологически опасным загрязнителям воды, оказывающим вредное воздействие на человека и животных из-за их токсичности и канцерогенности [В.Д.Демедюк и др. // Катализ в промышленности. 2003. №6. С.42-46; L.H.Keith, W.A.Telliard (1979): Priority pollutants: a prospective view. Environ. Sci. Technol. 13, 416-424].
Известные способы очистки водных стоков путем химического окисления приводят либо к минерализации органических молекул вплоть до полного превращения в СО2 и Н2О, либо превращают их в нерастворимые в воде полимерные соединения, легко удаляемые фильтрованием.
Известен способ удаления фенола и хлорфенолов путем превращения их в процессе каталитического окисления пероксидом водорода в присутствии пероксидазы хрена в нерастворимые полимерные соединения, отделяемые центрифугированием (рН 6-8, комнатная температура, 3 ч, конверсия фенолов 66.9-99.8%) [A.M.Klibanov, B.N.Alberti, E.D.Morris, L.M.Felshin // Journal of Applied Biochemistry 1980. №2. P.414-421]. Недостатком этого способа является использование в качестве катализатора труднодоступного и дорогостоящего природного фермента - пероксидазы.
В приведенном способе не приводится масса образующегося полимерного осадка, что не позволяет определить эффективность очистки за счет превращения фенолов в полимерные соединения.
Задача изобретения состоит в создании такого способа очистки сточных вод от фенола и его хлорпроизводных, в котором в качестве катализатора использовались бы недорогие и доступные соединения.
Для достижения указанной задачи каталитическое окисление фенола и его хлорпроизводных пероксидом водорода проводят в присутствии водорастворимых соединений фталоцианина железа - тетрасульфофталоцианина железа и октахлорида октакис(пиридиниометил)фталоцианина железа, которые берут в количестве 1,3-2,9 мол.%.
Реакцию проводят при температуре 20-25°С в течение 30 мин. После прибавления пероксида водорода из реакционного раствора выпадает осадок, который отфильтровывают, промывают водой, сушат и взвешивают.
Нижеприведенные примеры иллюстрируют предлагаемое изобретение.
Пример 1. Каталитическое окисление фенола (Р).
К раствору 0.2 г (2.13·10-3 моль) фенола в 1000 мл воды добавляют при перемешивании раствор катализатора - 0.0252 г (0.284·10-4 моль) в 10 мл воды. К полученной смеси при перемешивании прибавляют 0,67 мл 30%-ного раствора пероксида водорода (6.4·10-3 моль). Выпавший осадок отфильтровывают, промывают водой и сушат при температуре 50°С. Фильтрат анализируют методом ВЭЖХ (ЖХ НР1100 с УФ-детектором, колонка zorbax Eclipse XDB-C8 4,6×150 мм, толщина неподвижной фазы - диметил-н-октилсилан - 5 микрон, элюент ацетонитрил (60%)-вода (40%), 1 мл/мин, внутренний стандарт - нафталин). Конверсия фенола составила 92%. Масса осадка 0,16 г (87% в расчете на прореагировавший субстрат).
Пример 2÷6. Каталитическое окисление 2-хлорфенола (2-СР), 4-хлорфенола (4-СР) и 2,6-дихлорфенола (2,6-DCP), а также смеси фенола (Р) и 4-хлорфенола (2-СР).
Реакцию проводили, как описано в примере 1, в присутствии разных катализаторов.
Количества реагентов, конверсия субстрата (η, %) и выход образовавшего полимерного продукта приведены в табл. В качестве катализаторов использовали замещенные фталоцианины железа, содержащие как отрицательно заряженные, так и положительно заряженные заместители: тетрасульфофталоцианин железа (I) и октахлорид октакис(пиридиниометил)фталоцианин железа (II).
Таким образом, предлагаемый способ позволяет легко удалять из водных растворов значительную часть (более 80%) загрязняющих их фенола и его хлорпроизводных путем фильтрования образующихся после окисления пероксидом водорода нерастворимых полимерных соединений с использованием в качестве катализаторов доступных и недорогих водорастворимых производных фталоцианина железа.
Таблица | ||||||||||
№№ примеров | Выделяемое соединение (ВС) | Кол-во ВС, г | Кол-во ВС, моль ·103 | Катализатор (КТ) | Кол-во КТ, мол. % | Н2О2, мл (30%-ного) | Н2О2, моль ·103 | η, % | Кол-во осадка, г | Выход осадка, % |
1 | Р | 0.2 | 2.13 | I | 1.3 | 0.67 | 6.4 | 92 | 0.16 | 87 |
2 | 2-СР | 0.257 | 2.0 | I | 1.5 | 0.63 | 6.0 | 90 | 0.196 | 85 |
3 | 4-СР | 0.283 | 2.13 | I | 1.3 | 0.67 | 6.4 | 97 | 0.258 | 94 |
4 | 4-СР+Р (1:1) | 0.223 | 2.0 | I | 1.4 | 0.63 | 6.0 | 92 | 0.176 | 86 |
5 | 2,6-DCP | 0.348 | 2.13 | I | 2.7 | 1.34 | 12.8 | 98 | 0.281 | 82 |
6 | 4-СР | 0.1 | 0.78 | II | 2.9 | 0.37 | 3.5 | 90 | 0.08 | 89 |
7 | 2,6-DCP | 0,1 | 0.61 | II | 2.4 | 0.23 | 2,2 | 99 | 0,08 | 81 |
Способ очистки сточных вод от фенола и его хлорпроизводных путем окисления пероксидом водорода в присутствии катализатора с последующим отделением осадка нерастворимых полимерных соединений, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют водорастворимые замещенные фталоцианины железа - тетрасульфофталоцианин железа или октахлорид октакис(пиридиниометил)фталоцианин железа в количестве 1,3-2,9 мол.%.