Способ очистки сточных вод от 4 - аминобензолсульфонамида


 


Владельцы патента RU 2579391:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Байкальский институт природопользования Сибирского отделения Российской академии наук (БИП СО РАН) (RU)

Изобретение относится к очистке природных, оборотных и сточных вод. Для осуществления способа проводят окисление 4-аминобензолсульфонамида пероксидом водорода в присутствии Fe/Cu/Al-катализатора - монтмориллонита, интеркалированного смешанными полигидроксокомплексами Fe, Си и Al. Состав полигидроксокомплексов Fe, Cu и Al определяется составом интеркалирующего раствора, который получен щелочным гидролизом водного раствора смеси катионов Fe, Cu и Al при мольном соотношении металлов Fe/Cu/Al равном соответственно 3/7/100 и мольном соотношении [OH]/[Fe+Cu+Al] равном 2,0. Предпочтительно окисление 4-аминобензолсульфонамида проводить при pH 3,0-4,0, при этом пероксид водорода берут в количестве 100% от стехиометрически необходимого количества, требуемого для полного окисления 4-аминобензолсульфонамида. Изобретение обеспечивает дешевый, простой в реализации и экологически чистый способ очистки загрязненных вод, содержащих 4-аминобензолсульфонамиды, при снижении удельного расхода окислителя и высокой степени очистки. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 11 пр.

 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для очистки природных, оборотных и сточных вод от 4-аминобензолсульфонамидов, опасных для здоровья человека и окружающей среды, путем окисления пероксидом водорода при 30-50°C.

Известен способ каталитической очистки сульфатиазина пероксидом водорода в присутствии катализатора Fe3O4/HA, полученного закреплением магнитных наночастиц оксида железа на гуминовой кислоте [Humic acid coated Fe3O4 madnetic nanoparticles as highly efficient Fenton-like catalyst for complete mineralization of sulfathiazole / Hongyun Nia, Di Zhang, Shengxiao Zhang, Xiaole Zhang, Zhaofu Meng, Yaqi Cai // Hazardous Materials, (2011) V. 190. - P. 559-565]. Степень очистки по сульфатиазину (представитель группы сульфаниламидных препаратов) достигала 100% за 360 мин при нижеследующих условиях: 0,29 мМ сульфатиазина, [H2O2]=0,39 М, pH=3,5, катализатор [Fe3O4/HA]=3 г/л, при 40°C, а при 50°C степень очистки достигала 100% за 60 мин при [Н2О2]=0,58 М, другие условия такие же, как вышеуказанные.

Недостатками способа являются большой расход окислителя (в 66 и 97 раз больше стехиометрического количества, требуемого для полного окисления сульфатиазина), катализатора и продолжительность процесса окисления.

Наиболее близким решением по количеству признаков к предлагаемому изобретению является способ жидкофазной каталитической очистки сточных вод от пара-аминобензолсульфамида C6H8N2O2S в присутствии катализатора Fe-пиллар-глины, полученного на основе бентонитовой глины. Катализатор получен интеркалированием полиоксикатионов Fe, прокален при 500°C [Применение Fe-пиллар-глины в окислительной деструкции пара-аминобензолсульфамида в водных растворах / Д.В. Дамбуева, С.Ц. Ханхасаева, Э.Ц. Дашинамжилова // Вода: Химия и экология. 2014. №6. С. 84-88]. При этом степень очистки по пара-аминобензолсульфамиду (представитель группы сульфаниламидных препаратов) достигает 85%, при исходной концентрации пара-аминобензолсульфамида - 0,29 мМ и расходе H2O2 - 15,69 мМ, температуре 50°C, pH=3,5 навеске катализатора=3 г/л и времени контакта 350 минут.

Недостатками способа является большой расход окислителя (в 3 раза больше стехиометрического количества, требуемого для полного окисления пара-аминобензолсульфамида), катализатора и продолжительность процесса.

Цель изобретения - разработка жидкофазного способа окисления водного раствора 4-аминобензолсульфонамида пероксидом водорода в присутствии Fe/Cu/Al-катализатора - монтмориллонита, интеркалированного смешанными комплексами железа/медь/алюминия, снижение удельного расхода окислителя при сохранении высокой степени очистки воды от 4-аминобензолсульфонамида.

Поставленная цель изобретения достигается тем, что окисление водного раствора 4-аминобензолсульфонамида проводят пероксидом водорода при 40-50°C, pH 3.5 и атмосферном давлении в присутствии 2 г/л катализатора Fe/Cu/Al-катализатора - монтмориллонита (содержание железа в катализаторе 14,0 мг/г, меди - 0,5 мг/г) при мольном соотношении пероксида водорода и 4-аминобензолсульфонамида, равном стехиометрическому. Катализатор Fe/Cu/Al - MM получен на основе монтмориллонитовой глины путем интеркалирования полигидроксокомплексами, содержащими ионы железа, меди и алюминия, и прокален при 500°C. Состав полигидрооксокомплексов определяется составом интеркалирующего раствора. Интеркалирующий раствор получен щелочным гидролизом водного раствора смеси катионов Fe, Cu и Al при мольном соотношении металлов Fe/Cu/Al равном соответственно 3/7/100 и мольном соотношении [OH]/[Fe+Cu+Al] равном 2,0.

Существенными признаками, влияющими на достижение поставленной цели, являются:

использование железо/медь/алюминийсодержащего катализатора на основе монтмориллонита;

Заявляемое изобретение имеет следующие сходные с прототипом признаки:

процесс проводят в присутствии слоистого алюмосиликата, содержащего ионы железа;

пероксидом водорода окисляют водные растворы 4-аминобензолсульфонамида.

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 0,29 ммоль/л 4-аминобензолсульфонамида (АБС), добавляют пероксид водорода в количестве 5,23 ммоль/л (количество, равное стехиометрическому для полного окисления АБС) и 2 г/л катализатора Fe/Cu/Al-MM, прокаленного при 500°C. Реакционная смесь при pH=3,5, перемешивается в термостатированном реакторе при температуре 50°C. Степень очистки от АБС составляет 99-100% за 240 мин реакции.

Пример 2. Реакцию ведут аналогично примеру 1, только температура процесса 40°C. Степень очистки от АБС составляет 85% за 240 мин реакции. Примеры 1 и 2 демонстрируют, что скорость процесса может быть увеличена за счет повышения температуры реакционной среды

Пример 3 аналогичен примеру 1, отличие состоит в том, что добавляют пероксид водорода в количестве 2,91 ммоль/л (составляет 55,6% от стехиометрически необходимого количества). Степень очистки от АБС составляет 83% за 240 мин реакции.

Пример 4. Пример аналогичен примеру 1, отличие состоит в том, что добавляют пероксид водорода в количестве 10,46 ммоль/л (составляет 200% от стехиометрического). Степень очистки от АБС составляет 93,0% за 240 мин реакции.

Примеры 1, 3 и 4 показывают, что активность каталитической системы может быть повышена за счет изменения количества пероксида водорода.

Из примеров 1, 3 и 4 следует, что использование Fe/Cu/Al-MM, прокаленного при 500°C, в качестве катализатора процесса очистки сточных вод от АБС пероксидом водорода позволяет по сравнению с прототипом 2 [Применение Fe-пиллар-глины в окислительной деструкции пара-аминобензолсульфамида в водных растворах / Д.В. Дамбуева, С.Ц. Ханхасаева, Э.Ц. Дашинамжилова // Вода: Химия и экология. 2014. №6. С. 84-88] снизить расход окислителя до стехиометрически необходимого количества при сохранении высокой степени очистки 99-100%, а в прототипе 2 эффективность очистки за 240 мин составляет 85%, при расходе пероксида водорода, в 3 раза превышающем стехиометрически необходимое количество.

Пример 5-8. Примеры аналогичны примеру 1, условия реакции представлены в таблице.

Примеры 5-8 показывают, что эффективность очистки может быть повышена за счет изменения количества катализатора Fe/Cu/Al-MM.

Пример 9-11. Примеры аналогичны примеру 1, условия реакции представлены в таблице.

Примеры 1, 2, 9 и 10 показывают, что катализатор Fe/Cu/Al-MM позволяет добиться высокой степени очистки до 87-99% от АБС при pH 3,0-4,0 (табл).

Из примеров следует, что использование катализатора Fe/Cu/Al-монтмориллонита в процессе очистки сточных вод от АБС пероксидом водорода позволяет по сравнению с использованием Fe-пиллар-глины (прототип 2) проводить процесс при pH 3,0-4,0, количестве катализатора 2 г/л и уменьшить расход окислителя до стехиометрически необходимого количества с сохранением высокой степени очистки.

Области практического применения: очистка природных, оборотных и сточных вод, содержащих АБС.

1. Способ очистки сточных вод от 4-аминобензолсульфонамида пероксидом водорода в присутствии железо/медь/алюминийсодержащего слоистого алюмосиликата, отличающийся тем, что в качестве катализатора используется монтмориллонит, интеркалированный смешанными полигидроксокомплексами железа/меди/алюминия, полученными путем щелочного гидролиза водного раствора смеси катионов Fe, Сu и Аl при мольном соотношении металлов Fe/Cu/Al равном соответственно 3/7/100 и мольном соотношении [OH]/[Fe+Cu+Al] равном 2,0.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что окисление 4-аминобензолсульфонамида проводят при рН 3,0-4,0.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для окисления 4-аминобензолсульфонамида пероксид водорода берут в количестве 100% от стехиометрически необходимого.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам и способам снижения содержания пероксида водорода и перуксусной кислоты в водном потоке и может быть использовано для водного потока, отбираемого из балластного танка судна.

Изобретение может быть использовано в металлургической и химической отраслях промышленности, применяющих соединения хрома (III) и меди (II), на предприятиях, имеющих травильные и гальванические цеха, в кожевенном производстве при хромовом дублении кож.

Изобретение относится к области сорбционной очистки воды. Способ получения сорбента для очистки воды включает обработку гречневой лузги в растворе гидроксида натрия c концентрацией 500 мг/л в течение двух часов.

Изобретение относится к химической технологии неорганических веществ и к промышленной экологии. Способ получения фосфата меди(+2)-аммония включает приготовление реакционного водного раствора, содержащего медь(+2), фосфат и аммоний, образование осадка моногидрата фосфата меди(+2)-аммония и его отделение от раствора.

Изобретение относится к обработке воды озоном и может быть использовано в системах водоснабжения городов и населенных пунктов для обеззараживания питьевой воды из поверхностных водоисточников, в частности, с большими сезонными колебаниями степени загрязненности воды.

Изобретение относится к управляемому изменению свойств жидкостей путем интенсивного динамического воздействия на них и может быть использовано в пищевой и нефтехимической промышленности, биотехнологии, медицине, в промышленной гидроэкологии для водоподготовки и сельском хозяйстве для получения суспензий и молекулярных растворов.

Изобретение относится к области защиты металлов в нефтяной отрасли от микробиологической коррозии. Предложено применение в качестве бактерицида для подавления сульфатвосстанавливающих бактерий в минерализованных водных средах гидрохлорида N-аллил-N-(1-метил-2-бутенильного) производных ариламинов формулы: Технический результат: повышение эффективности бактерицидной активности реагента.

Изобретение относится к технологиям очистки и/или обессоливания жидкости, преимущественно воды, для бытового и/или питьевого водоснабжения, с рециркуляцией и пневматическим запуском и предназначено для использования в бытовых и/или промышленных условиях, на дачных и садовых участках.

Изобретение относится к аноду для выделения кислорода при высоком анодном потенциале, содержащему основу из титана или его сплавов, первый промежуточный слой диоксида марганца, нанесенный на основу, второй промежуточный слой оксидов олова и сурьмы, нанесенный на первый промежуточный слой, и внешний слой, состоящий из диоксида свинца.
Изобретение относится к способу обработки сточной воды, которая образуется в коксовой промышленности. Способ обработки сточной воды от коксования включает пропускание сточной воды от коксования через последовательные стадии в таком порядке: коагуляция, удаление частиц и сильноосновная анионообменная смола стирольного типа.

Изобретение относится к оборудованию для гранулирования и смешения сыпучих материалов в химической, металлургической промышленности, производстве строительных материалов, агропромышленном комплексе.

Изобретение относится к производству гранулированных фосфатов аммония, широко используемых в сельском хозяйстве. .

Изобретение относится к способам и устройствам для гранулирования и может быть использовано в производстве минеральных удобрений. .

Изобретение относится к технологии получения гранулированной сажи, содержащей преимущественно крупносферические гранулы и использующейся в качестве усиливающего наполнителя эластомеров, а также в качестве исходного материала для получения сорбентов и носителей катализаторов.

Изобретение относится к устройству для формирования гранул и может найти применение в строительной промышленности, например, при производстве асфальтобетона на основе гранулированного асфальтовяжущего.

Изобретение относится к технологии и оборудованию для производства углерод-углеродных материалов с высокой насыпной плотностью, которые могут быть использованы в черной и цветной металлургии, в химической и электронной отраслях промышленности.

Изобретение относится к устройствам для гранулирования твердых веществ, в частности минеральных удобрений, с использованием жидких и твердых исходных продуктов. .

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к устройствам для получения дисперсных материалов, в том числе чешуированных продуктов из расплавов. .

Изобретение относится к устройствам с вращающимися барабанами для гранулирования порошкообразных материалов, предназначено для получения мелких сферических гранул механически прочных адсорбентов и катализаторов и может быть использовано в химической, нефтехимической, медицинской и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к устройствам с вращающимися барабанами для гранулирования порошкообразных материалов, предназначено для получения сферических гранул механически прочных адсорбентов и катализаторов и может быть использовано в химической, нефтехимической, медицинской и других отраслях промышленности.

Изобретение может быть использовано для доочистки водопроводной, артезианской, колодезной и другой питьевой воды. Водоочиститель включает расположенные последовательно в одном продольном сосуде (1) зону замораживания воды с кольцевой морозильной камерой (2), зону вытеснения примесей из льда и зону концентрирования примесей в виде рассола, зону перехода воды из твердого состояния в жидкое с кольцевым нагревательным элементом (13), раздельные патрубки для вывода рассола и талой питьевой воды (12), расположенные в нижней части сосуда, приводное устройство перемещения стержня замороженной воды (3), а также разобщающее устройство в виде трубы (11) с кольцевой режущей частью. Приводное устройство перемещения стержня замороженной воды (3) выполнено в виде поршня (4) со штоком (5) с возвратно-поступательным приводом, при этом в поршне (4) расположены отверстия (6) для подачи воды в зону замораживания. Продольный сосуд (1) имеет крышку (7), в центре которой находится винтовое соединение (8) со штоком (5) поршня (4), дно (10), в центре которого закреплена труба (11) с кольцевой режущей частью. Стенка продольного сосуда (1) в зоне замораживания имеет продольную прорезь (14), заполненную резиновым уплотнителем, с возможностью деформирования стенок продольного сосуда (1) при замораживании воды. Изобретение обеспечивает повышение производительности водоочистителя. 1 ил.
Наверх