Nedbrydningskarakteristika for anilin og efterfølgende Behandlingsanalyse

abstrakt

på grund af toksiciteten og den lave bionedbrydelighed af anilin i vand kræver dets fjernelse normalt høje omkostningsprocesser såsom adsorption og avanceret iltning. Anilins nedbrydningskarakteristika under osonation blev undersøgt. Virkningen af driftsparametre som kontakttid, initialkoncentration, osomondosis, temperatur og pH blev også undersøgt. Med en dosis på 22 mg/L, neutral pH og stuetemperatur blev anilin fjernet effektivt. Efter to timers osonation nåede anilinfjernelsen 93,57%, og den tilsvarende COD-fjernelse var 31,03%, hvilket indikerede, at det meste af anilin blev omdannet til mellemprodukter. Ved alkaliske forhold var anilinen mere modtagelig for at blive fjernet ved osonation på grund af flere hydroksylradikalers produktion. Resultaterne af GC-MS indikerede, at mange mellemprodukter optrådte under processen med osonation, såsom butandiacid, oksalinsyre og myresyre. De mellemprodukter, der blev produceret under osonation, var mere bionedbrydelige end anilin; således kunne osonationen af sådanne organiske forbindelser som anilin integreres med biologiske processer til yderligere fjernelse.

1. Introduktion

anilin, den mest typiske forbindelse i aromatiske aminer, er en slags farveløs olieagtig væske med sød ildelugtende. Anilin er et vigtigt råmateriale og mellemprodukt til organisk kemi , som i vid udstrækning anvendes i nogle industrier såsom pesticid , medicin , oliemaling, farvestoffer , plast , militær og forsvarsprodukter . Anilin er skadeligt for både miljø og menneskers sundhed. Det kommer ind i menneskekroppen ved hud, luftveje og fordøjelsessystem, hvilket resulterer i kræftfremkaldende, teratogene og mutagene virkninger på mennesket . Når anilin udledes i vandområder, forstyrrer det normalt vandmiljøet og medfører alvorlig vandforurening og endda død af vanddyr og planter . Fordi anilin er meget udbredt i mange brancher, findes anilin i forskellige former for industrielt spildevand og kommunalt spildevand. På grund af den høje toksicitet og ophobning af anilin i miljøet er der etableret flere og strengere grænser for udlejningsmængden af anilin i mange lande og distrikter . Når anilin i spildevand overstiger en vis koncentration, vil det medføre skadelige virkninger for mikroorganismer i behandlingsprocesserne. Derfor skal det fjernes eller omdannes til biologisk nedbrydelige stoffer inden biologiske behandlingsprocesser.

de regelmæssige behandlingsmetoder til fjernelse af anilin inkluderer fysisk behandling, kemisk behandling og biologisk behandling . I de fysiske metoder anvendes adsorption med aktivt kul og makroporøs harpiks i vid udstrækning . Der er også andre metoder, såsom organisk opløsningsmiddelekstraktion og membranseparation. Omkostningerne ved disse metoder er dog normalt høje. I de kemiske metoder har avancerede iltningsprocesser , såsom katalytisk iltning , osonation , elektrokemisk nedbrydningsmetode og ultralydsnedbrydning vist sig at være effektive til fjernelse af anilin. Ikke desto mindre har disse metoder også problemet med høje omkostninger og kompliceret vedligeholdelse . Desuden kan de fleste af disse avancerede iltningsmetoder kun omdanne anilin til mange mellemprodukter, som også forårsager negativ indvirkning på vandmiljøet. Der er også nogle undersøgelser, der bruger biologiske processer som aktiveret slamsystem, biologisk kontaktoksidering og anaerob behandling . Imidlertid kræver direkte biologisk behandling normalt lang tid dyrkning for mikroorganismerne at rumme spildevandet med højt niveau af skadelig anilin . Det er også følsomt og skrøbeligt for stødbelastning, hvilket resulterer i ustabile præstationer.

i denne undersøgelse blev anilin bortskaffet ved osonation. Fjernelse af anilin og den tilsvarende fjernelse af COD (kemisk iltbehov) blev bestemt under osonationen. Virkningerne af kontakttid, initial anilinkoncentration, dosis, temperatur og pH på fjernelse af anilin og COD blev undersøgt. De mulige nedbrydningsveje og mellemprodukter blev også undersøgt. Den passende proces med det integrerede system for osonation og biologisk behandling blev foreslået.

2. Materiale og metoder

2.1. Reaktor

1 L anilinopløsning med en vis initial koncentration blev sat i en gradueret glascylinder. En belufter blev forbundet med en gasgenerator og derefter sat i bunden af cylinderen. Virkningen af kontakttid, initial anilinkoncentration, dosis, temperatur og pH på anilinnedbrydning blev undersøgt. CF-G-3, produktionskapacitet: 2,5 g/h, Guolin Industry Co., Ltd., Kina) med tør luft. Dosis blev kontrolleret i området 10-45 mg / L ved beregning ud fra ændringer i sammensætningen af oson-gassammensætningen før og efter osonationen.

2, 2. Vandmatricen

anilinopløsningen blev fremstillet med destilleret vand med en vis dosis anilin. Opløsningernes pH blev justeret med 1 mol/L opløsninger af HCl eller NaOH. Anilin og den tilsvarende COD-koncentration blev målt.

2, 3. Analysemetoder

prøverne blev taget fra cylinderreaktoren på et bestemt tidspunkt. Koncentrationerne af anilin og COD blev analyseret i henhold til standardmetoderne . De mulige produkter blev målt med en GC-MS (Trace DS, Thermo Fisher Scientific, Valtham, USA). Den brugte en DB – 5s kapillærsøjle (30 m liter 0,25 mm liter 0,25 liter) med helium som bæregas ved en strømningshastighed på 1 mL/min. GC-søjleovnstemperaturen blev holdt ved 50 liter C i 3 minutter og derefter programmeret opvarmning fra 50 til 280 liter C med en hastighed på 10 liter C/min med en endelig holdetid på 5 minutter. Prøvetagningstemperaturen blev kontrolleret ved 260 liter C. Injektionen blev udført i splitless mode med injektionsvolumen på 1 liter. Massespektrometeret blev opereret i elektronioniseringsmodus (70 ev) og en kildetemperatur på 250 liter C. Før GC-MS blev vandprøverne filtreret med 0,45 liter polyethersulfonmembran og derefter ekstraheret med n-geksan i en dosis på 5 mL for 25 mL filtrat. Den ekstraherede opløsning blev anvendt til GC-MS-analyse.

3. Resultater og diskussion

3.1. Effekten af kontakttid på anilin-Osonation

effekten af kontakttid på anilin-osonation blev undersøgt ved pH 7 og 20 c-c med oson-dosis på 22 mg/L. Figur 1 viste variationen af anilin-og COD-fjernelse med tidsforlængelse under osononationen.

Figur 1

effekt af kontakttid på anilin fjernelse. pH: 7,0; temperatur: 20 liter C; dosis: 22 mg/L.

under osonationen faldt koncentrationen af anilin med forlængelse af kontakttiden. Efter to timers osonation faldt anilin fra 103,81 mg/L til 6,68 mg/L med en fjernelseshastighed på 93,57%, hvilket indikerede den fremragende nedbrydningseffekt af osonation på anilin.

selvom osonationen kunne fjerne det meste af anilinen under osonationen, nåede COD-fjernelseshastigheden kun 31,03% på to timer, hvilket indikerede, at det meste af anilinen blev omdannet til mellemprodukter. Anilinopløsning viste en række farver som lyserød, lilla rød, Rødlig orange, orange, gul, rødbrun og lysegul. Disse komplicerede farver under anilins osonation antydede, at mange mellemprodukter blev produceret fra anilins transformation. Ifølge resultaterne af GC-MS var de vigtigste mellemprodukter under osonation af anilin benkinon. Der var også nitroben og nitroanilin. Disse produkter var relateret til orange, gule og brune farver i henhold til deres koncentration og eksisterende tilstand under osonationen. Der var også nogle mellemprodukter som f.eks. Den endelige opløsningsfarve på lysegul indikerede, at de fleste af disse mellemprodukter blev yderligere nedbrudt under osonation. Imidlertid kunne disse mellemprodukter ikke mineraliseres fuldstændigt ved osonation på grund af dannelsen af partielle iltningsprodukter , der var relativt ureaktive over for oson, hvilket stadig repræsenterede meget torsk i opløsningen. Hvis den resterende torsk skulle fjernes, ville der være behov for andre iltningsmetoder eller biologiske processer.

3.2. Virkningen af Initial Anilinkoncentration på Osonation

ved 20 C og oson dosis på 22 mg / L blev indflydelsen af initial anilinkoncentration vist i figur 2. Med den indledende stigning i anilinkoncentrationen faldt både fjernelse af anilin og COD. Ved initial anilinkoncentration på 50 mg/l nåede henholdsvis fjernelse af anilin og COD 96,59% og 50,00% efter to timers osonation. Når den oprindelige anilinkoncentration blev øget til 250 mg/L, var de tilsvarende fjernelseshastigheder for anilin og COD kun henholdsvis 68,28% og 21,44%.

(a)

(a)

div>
(a)
(b)

figur 2

effekt af initial anilinkoncentration på anilin(A) og Cod(B) fjernelse. pH: 7.0; temperatur: 20 liter C; dosis: 22 mg / L.

når den indledende anilinkoncentration var høj, blev osonationen overbelastet, og de organiske forbindelser kunne ikke omdannes til mellemprodukter fuldstændigt. Ved den laveste indledende anilinkoncentration blev anilin næsten omdannet til mellemprodukter, og ca.halvdelen af mellemprodukterne blev yderligere nedbrudt til kulsyre og vand. Når det meste af anilinen blev omdannet til mellemprodukter, kunne mellemprodukterne let fjernes ved yderligere processer såsom biologisk behandling .

3, 3. Virkningen af oson dosering på anilin Osonation

Ved 20 C, pH 7, blev virkningen af oson dosering på anilin osonation undersøgt med oson dosering i området fra 10 mg/L til 45 mg/L (figur 3). Den øgede dosis af anilin og COD blev naturligvis fremskyndet. 10 mg/L var fjernelse af anilin 85,94% efter to timers osonation. Når doseringen blev øget til 45 mg/L, blev 97,19% af anilin elimineret på to timer, og fjernelsen ved 80 minutter nåede 91,94%. Disse resultater viste, at dosisstigningen accelererede anilins nedbrydning. Det meste af anilin kunne fjernes under disse tre niveauer af dosis fra 10 mg/L til 45 mg/L. Cod-fjernelse ved disse tre niveauer af dosis efter to timers dosering var henholdsvis 19,31%, 31,03% og 88,28%. Dosis på 45 mg / L fik den højeste fjernelse af COD, hvilket indikerede, at de fleste mellemprodukter kunne nedbrydes yderligere til kulsyre og vand med nok Cod. Men denne dosis var meget højere end den nødvendige dosis til anilins transformation, og der var stadig nogle mellemprodukter, der ikke kunne reagere med anilin.

(a)

(b)

(a)
(b)

Figure 3

Effect of ozone dosage on aniline (a) and COD (b) removal. pH: 7.0; temperature: 20°C; initial aniline concentration: 100 mg/L.

In this experiment, there was only aniline in water. Hvis der var andre organiske forbindelser, der eksisterede sammen i vand, ville stigningen i dosis øge produktionen af mellemprodukter. Derfor er det ikke økonomisk at fjerne torsk med osnonation alene . Hovedformålet med osonation bør være at omdanne de komplicerede forbindelser til let bionedbrydelige mellemprodukter.

3, 4. Effekten af temperatur på Anilinosonation

effekten af temperatur på anilins osonation blev undersøgt med temperaturen ændret i området 20 liter C–60 liter C (figur 4). Det kan ses, at effekten af temperaturvariation var mindre på anilins osonation. Da temperaturen steg fra 20 liter C til 60 liter C, faldt anilinfjernelsen kun fra 92,83% til 88,26%, mens den tilsvarende COD-fjernelse faldt fra 41,43% til 30,00%. På den ene side er der en stigning i temperaturen, der reducerer opløseligheden i vandet og fremskynder udslippet fra vandet , hvilket påvirker virkningen af anilins nedbrydning ved osonation. På et andet aspekt, temperaturstigningen også fremskyndet produktionen af hydroksyl radikaler med høj iltning kapacitet . De to effekter ovenfor skete samtidigt og udlignede hinandens indflydelse under temperaturstigningen. Derfor bragte temperaturvariationen en lille effekt på anilins fjernelse, og osonationen af anilin kunne betjenes ved stuetemperatur med høj effektivitet.

figur 4

effekt af temperatur på anilin og COD fjernelse. pH: 7,0; dosis: 22 mg / L; indledende anilinkoncentration: 100 mg/L; kontakttid: 120 min.

3, 5. Virkningen af pH på anilin-Osonation

med en dosis på 22 mg/L og en temperatur ved 20 liter C blev virkningen af pH på anilin-osonation undersøgt med pH-variation i området 3-11 (figur 5). Med pH-stigning steg fjernelsen af anilin og COD åbenlyst. Fjernelse af anilin steg fra 58,61% ved pH 3 til 97,00% ved pH 11, mens fjernelse af COD steg fra 31,43% til 80,00%. Ved pH 7 blev 88,68% anilin og 63,57% COD fjernet. Disse data indikerede, at anilin var modtagelig for nedbrydning under alkaliske forhold. Dette kan skyldes, at der under alkaliske forhold produceres flere radikaler, som har et højere iltningspotentiale og kan reagere hurtigere med de fleste organiske forbindelser sammenlignet med molekyler . I løbet af de første par måneder af graviditeten blev der foretaget en undersøgelse for at sikre, at der ikke var nogen risiko for, at de blev fjernet.

figur 5

effekt af pH på anilin og COD fjernelse. Temperatur: 20 liter C; pH: 7,0; dosis: 22 mg / L; indledende anilinkoncentration: 100 mg / L; kontakttid: 120 min.

Ved forskellige pH-forhold viste osonationen af anilin mange farver variation. Ved alkaliske forhold var der drastiske skum og stødende lugt under anilinosonation, hvilket indikerede den hurtige nedbrydning af anilin og dets mellemprodukter under osonation. Ved syrebetingelser var farvevariationen, skum og lugt ikke så indlysende. Ved neutral pH fik osonationen tilfredsstillende ydeevne ved fjernelse af anilin sammenlignet med den ved alkaliske og sure forhold. Dette er vigtigt for anilins osonation under neutral pH med enkel betjening og lave omkostninger.

3, 6. Analysen af mellemprodukter og Nedbrydningsveje under Anilins Osonation

GC-MS-spektret af anilin spildevand viste topværdi ved 4,95 min (figur 6(a)). Efter to timers osonation var fjernelsen af anilin over 90%. Figur 6 (b) viste, at topværdien ved 4,95 min faldt kraftigt, og mange andre topværdier optrådte ved 7,58 min, 11,57 min, 14,00 min og så videre.

(a)

(a)

(a)
(b)

figur 6

spektrum af GC-MS af anilin spildevand før osonation(A) og efter osonation(B).når anilinen blev nedbrudt, blev den gradvist nedbrudt til organiske syrer med lave molekyler, såsom butandiacid, myresyre og myresyre . Nedbrydningen af anilin under osonation omfattede træprocesser: (1) den elementære fase: hovedproduktet var benkinon; (2) dannelsesfase for organiske syrer: produkterne fra den elementære fase blev yderligere nedbrudt til organiske syrer. I begyndelsen var hovedproduktet butan diacid. Derefter steg koncentrationen af oksalinsyre, hvilket indikerer den yderligere nedbrydning af organiske forbindelser med lang kulstofkæde; (3) den endelige nedbrydningsfase: de organiske syrer blev nedbrudt til slutprodukterne som kulsyre og vand.i modsætning til de ovennævnte forbindelser var der en risiko for, at de blev angrebet af radicon og hydroksyl. Derfor var der mange mellemprodukter med imine grupper, som for det meste var farvede produkter .

4. Konklusioner

med en dosis på 22 mg/L, neutral pH og stuetemperatur fjernede osonationen anilin effektivt. Efter to timers osonation nåede anilinfjernelsen 93,57%, og den tilsvarende COD kunne ikke fjernes fuldstændigt. Efter to timers osonation var den tilsvarende COD-fjernelse kun 31,03%.

ph-variation påvirkede naturligvis fjernelse af anilin. Ved alkaliske forhold var anilinen mere modtagelig for at blive fjernet ved osonation på grund af flere hydroksylradikalers produktion.resultaterne af GC-MS indikerede, at mange mellemprodukter blev produceret under processen med osonation, såsom butandiacid, oksalinsyre og myresyre. I den senere fase steg andelen af organiske forbindelser med lavt molekyle. Der var også mange farvede mellemprodukter.

de mellemprodukter, der blev produceret under osonation, var mere nedbrydelige end anilin; således kunne osonationen af sådanne organiske forbindelser som anilin integreres med biologiske processer til yderligere fjernelse.

interessekonflikt

forfatterne erklærer, at der ikke er nogen interessekonflikt vedrørende offentliggørelsen af dette papir.

anerkendelser

denne forskning blev støttet af National Science and Technology Support Program (2015BAL02B04), Technology Project of China Housing and Urban-Rural Development Ministry (2015-K7-012), Postgraduate Innovation Program i Jiangsu-provinsen (SJLKS15-0417), projektet med det prioriterede akademiske Program Udvikling af Jiangsu Higher Education Institutions (PAPD) og projektet sponsoreret af Scientific Research Foundation For The Return Overseas kinesiske lærde, statens uddannelsesministerium.