Nedbrytningskarakteristikker Av Anilin Med Ozonering og Påfølgende Behandlingsanalyse
Abstrakt
på grunn av toksisitet og lav biologisk nedbrytbarhet av anilin i vann, trenger fjerningen vanligvis høye kostnadsprosesser som adsorpsjon og avansert oksidasjon. Nedbrytningsegenskapene til anilin under ozonering ble studert. Påvirkningen av driftsparametere som kontakttid, innledende konsentrasjon, ozondosering, temperatur og pH ble også undersøkt. Med ozondosering på 22 mg / L, nøytral pH og romtemperatur fjernet ozoneringen anilin effektivt. Etter to timers ozonering nådde anilinfjerning 93,57%, og tilsvarende TORSKEFJERNING var 31,03%, noe som indikerte at det meste av anilin ble omdannet til mellomprodukter. Ved alkaliske forhold var anilin mer utsatt for å bli fjernet ved ozonering på grunn av mer hydroksylradikalproduksjon. Resultatene av GC-MS indikerte mange mellomprodukter dukket opp under prosessen med ozonering som butandiacid, oksalsyre og myresyre. Mellomprodukter produsert under ozonering var mer biologisk nedbrytbare enn anilin; således kan ozonering av slike organiske forbindelser som anilin integreres med biologiske prosesser for videre fjerning.
1. Innledning
Anilin, den mest typiske forbindelsen i aromatiske aminer, er en slags fargeløs oljeaktig væske med søt luktende. Anilin er et viktig råmateriale og mellomprodukt for organisk kjemi , som er mye brukt i enkelte bransjer som plantevernmidler , medisin, oljemaling , fargestoffer , plast, militære og forsvarsprodukter . Anilin er skadelig for både miljø og menneskers helse. Det kommer inn i menneskekroppen ved hud, luftveier og fordøyelsessystem, noe som resulterer i kreftfremkallende, teratogene og mutagene effekter på mennesker . Når anilin slippes ut i vannlegemer, forstyrrer det vanligvis vannmiljøet og forårsaker alvorlig vannforurensning og til og med død av akvatiske dyr og planter . Fordi anilin er mye brukt i mange bransjer, finnes anilin i ulike typer industrielt avløpsvann og kommunalt avløpsvann. På grunn av den høye giftigheten og opphopningen av anilin i miljøet, er det etablert flere og strengere grenser for utleie av anilin i mange land og distrikter . Når anilin i avløpsvann overstiger en viss konsentrasjon, vil det forårsake skadelige effekter på mikroorganismer i behandlingsprosessene. Følgelig må det fjernes eller omdannes til bionedbrytbare stoffer før biologiske behandlingsprosesser.de vanlige behandlingsmetodene for anilinfjerning inkluderer fysisk behandling, kjemisk behandling og biologisk behandling . I de fysiske metodene brukes adsorpsjon med aktivert karbon og makroporøs harpiks mye . Det finnes også andre metoder som organisk løsemiddelekstraksjon og membranseparasjon. Imidlertid er kostnaden for disse metodene vanligvis høy. I de kjemiske metodene har avanserte oksidasjonsprosesser som katalytisk oksidasjon , ozonering , elektrokjemisk nedbrytningsmetode og ultralydforringelse vist seg å være effektive ved fjerning av anilin. Likevel har disse metodene også problemet med høye kostnader og komplisert vedlikehold . Videre kan de fleste av disse avanserte oksidasjonsmetodene bare forvandle anilin til mange mellomprodukter, noe som også forårsaker negativ effekt på vannmiljøet. Det er også noen undersøkelser som bruker biologiske prosesser som aktivert slamsystem, biologisk kontaktoksidasjon og anaerob behandling . Imidlertid trenger direkte biologisk behandling vanligvis lang tid dyrking for mikroorganismer å imøtekomme avløpsvannet med høyt nivå av skadelig anilin . Det er også følsomt og skjøre for støtbelastning, noe som resulterer i ustabile forestillinger.
i denne studien ble anilin disponert ved ozonering. Anilinfjerning og tilsvarende FJERNING AV COD (Chemical Oxygen Demand) ble bestemt under ozoneringen. Effektene av kontakttid, initial anilinkonsentrasjon, ozondosering, temperatur og pH på fjerning av ANILIN og TORSK ble studert. De mulige degraderingsruter og mellomprodukter under ozonering ble også undersøkt. Den aktuelle prosessen med det integrerte systemet med ozonering og biologisk behandling ble foreslått.
2. Materiale og Metoder
2.1. Reaktor
1 L anilinoppløsning med viss innledende konsentrasjon ble satt i en gradert glasscylinder. En luftfilter ble koblet til en ozongenerator og deretter satt på bunnen av sylinderen. Påvirkningen av kontakttid, initial anilinkonsentrasjon, ozondosering, temperatur og pH på anilinforringelse ble undersøkt. Ozon ble produsert med en ozon generator (CF-G-3, ozon generasjon kapasitet: 2,5 g/h, Qingdao Guolin Industry Co., Ltd., Kina) med tørr luft. Ozondosering ble kontrollert i området 10-45 mg / L ved beregning fra ozongassblandingen endres før og etter ozoneringen.
2.2. Vannmatrise
anilinoppløsningen ble laget med destillert vann med viss dosering av anilin. Ph i løsningene ble justert med 1 mol/L-løsninger Av HCl eller NaOH. Anilin og tilsvarende TORSKEKONSENTRASJON under ozonering ble målt.
2.3. Analytiske Metoder
prøvene ble tatt fra sylinderreaktoren på et bestemt tidspunkt. Konsentrasjonene av ANILIN og TORSK ble analysert i henhold til standardmetodene . De mulige produktene av ozonering ble målt MED EN GC-MS (Trace DSQ, Thermo Fisher Scientific, Waltham, USA). Det brukte EN DB – 5s kapillærkolonne (30 m × 0.25 mm × 0.25 µ) med helium som bæregass i en strømningshastighet på 1 mL/min. Ovnstemperaturen I gc-kolonnen ble holdt på 50°C i 3 min og deretter programmert oppvarming fra 50 til 280°C med en hastighet På 10°C/min, med en endelig ventetid på 5 min. Prøvetemperaturen ble kontrollert til 260°C. Injeksjonen ble utført i splitless modus med injeksjonsvolum på 1 µ. Massespektrometeret ble operert i elektronioniseringsmodus (70 ev)og en kildetemperatur på 250°C. før GC-MS ble vannprøvene filtrert med 0,45 µ polyetersulfonmembran og deretter ekstrahert med n-heksan i en dose på 5 mL for 25 mL filtrat. Den ekstraherte løsningen ble brukt TIL gc-MS-analyse.
3. Resultater og Diskusjon
3.1. Effekten Av Kontakttid på Anilinozonering
effekten av kontakttid på anilinozonering ble studert ved pH 7 Og 20°C med ozondosering på 22 mg / L. Figur 1 viste variasjonen av anilin og TORSKEFJERNING med tidsforlengelse under ozoneringen.
under ozoneringen ble konsentrasjonen av anilin redusert med kontakttidsforlengelse. I løpet av to timers ozonering ble anilin redusert fra 103,81 mg / L til 6,68 mg / L med fjerningsgrad på 93,57%, noe som indikerte den utmerkede nedbrytningseffekten av ozonering på anilin.selv om ozoneringen kunne fjerne det meste av anilinet under ozoneringen, oppnådde TORSKEFJERNINGSGRADEN bare 31,03% på to timer, noe som indikerte at det meste av anilinet ble omdannet til mellomprodukter. Under ozoneringen viste anilinoppløsningen en rekke farger som rosa, lilla rød, rødaktig oransje, oransje, gul, rødbrun og lysegul. Disse kompliserte fargene under anilins ozonering innebar at mange mellomprodukter ble produsert fra anilins transformasjon. Ifølge resultatene AV GC-MS var de viktigste mellomprodukter under ozonering av anilin benzokinon. Det var også nitrobenzen og nitroanilin. Disse produktene var relatert med oransje, gule og brune farger i henhold til deres konsentrasjon og eksisterende tilstand under ozoneringen. Fordi azylen på benzenringen var utsatt for å bli angrepet av ozon og hydroksylradikaler, var det også noen mellomprodukter som benzenediamin, som viste fargen på rosa og lilla rød. Den endelige løsningen fargen på lys gul indikerte at de fleste av disse mellomprodukter ble ytterligere degradert under ozonering. Disse mellomproduktene kunne imidlertid ikke fullstendig mineraliseres ved ozonering på grunn av dannelsen av partielle oksidasjonsprodukter relativt ureaktive mot ozon , som fortsatt representerte MYE TORSK i løsningen. Hvis RESTTORSKEN skulle fjernes, ville det være behov for andre oksidasjonsmetoder eller biologiske prosesser.
3.2. Effekten Av Initial Anilinkonsentrasjon på Ozonering
ved 20°C og ozondosering på 22 mg / L ble påvirkning av initial anilinkonsentrasjon vist I Figur 2. Med den første anilinkonsentrasjonen økte, ble både anilin og TORSKEFJERNING redusert. Ved initial anilinkonsentrasjon på 50 mg/L nådde anilin og TORSKEFJERNING henholdsvis 96,59% og 50,00% etter to timers ozonering. Da den opprinnelige anilinkonsentrasjonen ble økt til 250 mg/L, var den tilsvarende fjerningsgraden av ANILIN og TORSK henholdsvis 68,28% og 21,44%.
(a)
(a)
(b)
når den opprinnelige anilinkonsentrasjonen var høy, ble ozoneringen overbelastet,og de organiske forbindelsene kunne ikke omdannes til intermediater helt. Ved den laveste innledende anilinkonsentrasjonen ble anilin nesten omdannet til mellomprodukter, og omtrent halvparten av mellomproduktene ble ytterligere nedbrytet til karbondioksid og vann. Når det meste av anilinen ble omdannet til mellomprodukter, kunne mellomprodukter lett fjernes ved ytterligere prosesser som biologisk behandling .
3.3. Effekten Av Ozondosering på Anilinozonering
ved 20°C, pH 7 ble effekten av ozondosering på anilinozonering studert med ozondosering fra 10 mg / L til 45 mg / L (Figur 3). Økningen av ozondosering akselerert anilin og TORSK fjerning åpenbart. Ved ozondosering på 10 mg / L var anilinfjerning 85,94% etter to timers ozonering. Når dosen ble økt til 45 mg / L, ble 97,19% anilin eliminert om to timer, og fjerningen ved 80 min nådde 91,94%. Disse resultatene indikerte ozondoseringsøkning akselerert anilins nedbrytning. Det meste av anilin kunne fjernes under disse tre nivåene av ozondosering fra 10 mg/L til 45 mg/L. COD fjerning ved disse tre nivåene av ozondosering etter to timers ozonering var henholdsvis 19,31%, 31,03% og 88,28%. Ozondoseringen på 45 mg / L fikk den høyeste TORSKEFJERNINGEN, noe som indikerte at de fleste mellomproduktene kunne nedbrytes ytterligere til karbondioksid og vann med nok ozon. Men denne doseringen var mye høyere enn den nødvendige ozondosen for anilins transformasjon, og det var fortsatt noen mellomprodukter som ikke kunne reagere med ozon.
(a)
(b)
(a)
(b)
In this experiment, there was only aniline in water. Hvis det var andre organiske forbindelser som sameksisterte i vann, ville økningen av ozondosering øke produksjonen av mellomprodukter. Derfor er DET ikke økonomisk Å FJERNE TORSK med ozonering alene . Hovedformålet med ozonering bør være å omdanne de kompliserte forbindelsene til lett bionedbrytbare mellomprodukter.
3.4. Effekten Av Temperatur på Anilinozonering
effekten av temperatur på anilins ozonering ble studert med temperaturen endret i området 20°C-60°C(Figur 4). Det kan ses at effekten av temperaturvariasjon var liten på anilins ozonering. Med temperaturen stiger fra 20°C til 60°C, ble fjerning av anilin bare redusert fra 92,83% til 88,26%, mens tilsvarende FJERNING av TORSK ble redusert fra 41,43% til 30,00%. På et aspekt reduserte temperaturstigningen oppløseligheten av ozon i vannet og akselererte utslipp av ozon fra vannet, noe som påvirket effekten av anilins nedbrytning ved ozonering. På et annet aspekt økte temperaturstigningen også produksjonen av hydroksylradikaler med høy oksidasjonsevne . De to effektene ovenfor skjedde samtidig og kompenserte påvirkning av hverandre under temperaturstigning. Følgelig førte temperaturvariasjonen ut liten effekt på anilins fjerning, og ozoneringen av anilin kunne drives ved romtemperatur med høy effektivitet.
3.5. Effekten av pH på Anilinozonering
med ozondosering på 22 mg / L og temperatur ved 20°C ble effekten av pH på anilinozonering studert med ph-variasjon i området 3-11 (Figur 5). Med pH-økning økte fjerningen av ANILIN og TORSK åpenbart. Fjerning av ANILIN økte fra 58,61% ved pH 3 til 97,00% ved pH 11, MENS FJERNING av TORSK økte fra 31,43% til 80,00%. Ved pH 7 fjernet ozoneringen 88,68% anilin og 63,57% TORSK. Disse dataene indikerte at anilin var utsatt for nedbrytning under alkaliske forhold. Dette kan skyldes at ozon produserte flere hydroksylradikaler under alkaliske forhold, som hadde et høyere oksidasjonspotensial og kunne reagere raskere med de fleste organiske forbindelser sammenlignet med ozonmolekyler . Hydroksylradikalene reagerte med mellomproduktene under anilinozonering, noe som akselererte både fjerning av anilin og FJERNING av TORSK.
ved forskjellige ph-forhold viste ozoneringen av anilin mange farger variasjon. Ved alkaliske forhold var det drastiske skum og støtende lukt under anilinozonering, noe som indikerte rask nedbrytning av anilin og dets mellomprodukter under ozonering. Ved syreforhold var fargene variasjon, skum og lukt ikke så åpenbare. Ved nøytral pH fikk ozoneringen tilfredsstillende ytelse ved fjerning av anilin sammenlignet med det ved alkaliske og sure forhold. Dette er viktig for anilins ozonering under nøytral pH med enkel betjening og lav pris.
3.6. Analysen Av Mellomprodukter og Nedbrytningsruter under Anilins Ozonering
gc-MS-spekteret av anilinvann viste toppverdi ved 4.95 min(Figur 6 (a)). Etter to timers ozonering var fjerningen av anilin over 90%. Figur 6 (b) viste toppverdien ved 4.95 min redusert sterkt og mange andre toppverdier dukket opp på 7.58 min, 11.57 min, 14.00 min og så videre.
(a)
(b)
(a)
(b)
under ozonering ble anilinen gradvis nedbrytet til organiske syrer med lave molekyler som butandiacid, oksalsyre og maursyre . Nedbrytningen av anilin under ozonering inkluderte treprosesser: (1) elementærfasen: hovedproduktet var benzokinon; (2) organiske syrer dannelsesfase: produktene i elementærfasen ble ytterligere degradert til organiske syrer. I begynnelsen var hovedproduktet butandiacid. Etter det økte konsentrasjonen av oksalsyre, noe som indikerer ytterligere nedbrytning av organiske forbindelser med lang karbonkjede; (3) den endelige nedbrytningsfasen: de organiske syrer ble degradert til sluttproduktene som karbondioksid og vann.
Bortsett fra forbindelsene ovenfor, var azylen på benzenringen utsatt for å bli angrepet av ozon og hydroksylradikaler. Følgelig var det mange mellomprodukter med imine-grupper som hovedsakelig var fargede produkter .
4. Konklusjoner
med ozondosering på 22 mg / L, nøytral pH og romtemperatur fjernet ozoneringen anilin effektivt. Etter to timers ozonering nådde anilinfjerning 93,57%, og tilsvarende TORSK kunne ikke fjernes helt. Etter to timers ozonering var den tilsvarende TORSKEFJERNINGEN bare 31,03%.
ph variasjon påvirket anilinfjerning åpenbart. Ved alkaliske forhold var anilin mer utsatt for å bli fjernet ved ozonering på grunn av mer hydroksylradikalproduksjon.resultatene av GC-MS indikerte at mange mellomprodukter ble produsert under prosessen med ozonering som butandiacid, oksalsyre og maursyre. I den senere fase, andelen av organiske forbindelser med lavt molekyl økt. Det var også mange fargede mellomprodukter.
mellomproduktene produsert under ozonering var mer nedbrytbare enn anilin; således kan ozonering av slike organiske forbindelser som anilin integreres med biologiske prosesser for videre fjerning.
Interessekonflikt
forfatterne erklærer at det ikke er noen interessekonflikt angående publisering av dette papiret.
Bekreftelser
denne forskningen ble støttet Av National Science And Technology Support Program (2015BAL02B04), Teknologiprosjektet I Kina Housing and Urban-Rural Development Ministry (2015-K7-012), Postgraduate Innovation Program I Jiangsu-Provinsen (SJLX15-0417), Prosjektet Av Priority Academic Program Development Of Jiangsu Higher Education Institutions (PAPD), Og Prosjektet Sponset Av Scientific Research Foundation For The Returned Overseas Chinese Scholars, statlig utdanningsdepartement.