Способ очистки сточных вод от 4 - аминобензолсульфонамида

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.