專利名稱：用沸石吸附分離硝基甲苯廢水及資源回收的方法
技術領域：
本發明涉及一種吸附分離技術，利用HZSM-5沸石的選擇性吸附作用，分離提純含硝基甲苯異構體的有機廢水。
背景技術：
吸附是一種低能耗的固相萃取分離技術。吸附作用是由于固體表面的分子或原子因受力不均衡而具有剩余的表面能。當某些物質碰撞固體表面時，受到這些不平衡力的吸引而滯留在固體表面上，使被吸附分子在吸附劑表面濃度高于溶液本體相中濃度。用吸附法處理精細有機化工廢水主要采用的吸附劑有活性炭、改性纖維素和樹脂等。活性炭吸附性能較佳，但其再生困難(需要過熱蒸汽和較高溫度)，吸附的物質難以實現資源化。吸附樹脂在各個領域得到應用并形成一種獨特的吸附分離技術。但現有樹脂的選擇性不高，對于性質相近的有機物異構體或同系物的有效分離還很困難。
沸石是一種多孔的硅鋁酸鹽晶體，是由硅氧(SiO4)四面體和鋁氧(AlO4)四面體單元通過處于四面體頂點的氧原子交錯排列成空間網絡結構。在晶體結構中存在著大量的空穴，空穴內分布著可移動的水分子和陽離子。這種結構特點使沸石具有選擇吸附、催化和離子交換三大特性。HZSM-5屬中孔沸石，具有三維立體交叉的孔道體系，孔道直徑為0.51×0.55nm、0.54×0.56nm，這兩種不同類型的孔道相互垂直形成的交叉點的直徑為0.89nm。由于其均勻的微孔與一般物質的分子大小相當，由此形成了分子篩的選擇吸附特性，即HZSM-5沸石孔徑的大小決定可以進入其晶穴內部的分子大小，只有比沸石孔徑小的分子或離子才能進入。在硝基甲苯的同分異構體中，對位異構體的臨界動力學直徑稍小于HZSM-5沸石的孔道直徑，而鄰位與間位異構體較HZSM-5沸石的孔道直徑大。這樣由于孔道的阻礙作用，使得分子臨界直徑較小的對位異構體比鄰位與間位異構體更易于擴散到孔內而吸附在內表面的活性中心上，表現出對對位異構體具有選擇吸附的性能。
發明內容
本發明的目的是提供一種吸附分離技術，利用HZSM-5沸石的選擇吸附作用，分離性質相近的含硝基甲苯異構體的有機廢水。
本發明的技術方案如下一種用沸石吸附分離硝基甲苯廢水及資源回收的方法，其特征是采用靜態處理方法，將要處理的含硝基甲苯異構體的有機廢水輸送至吸附容器進行吸附，吸附條件為HZSM-5沸石顆粒直徑為0.5～20μm；鄰位硝基甲苯和對位硝基甲苯的初始濃度比為1～5∶1；處理前對位硝基甲苯與HZSM-5沸石顆粒的質量比為0.02～0.1；振動轉速為50～200轉/分；溫度范圍為275～340K；吸附時間為10s～12h。
處理前對位硝基甲苯與HZSM-5沸石顆粒的質量比最佳為0.05。
HZSM-5沸石在使用前用稀HNO3處理，并烘干，稀HNO3為1％HNO3。
HZSM-5沸石顆粒直徑為0.5～20μm；鄰位硝基甲苯和對位硝基甲苯的初始濃度比為1～2∶1；振動轉速為100～150轉/分；溫度范圍為278～323K；吸附時間為10s～2h。
硝基甲苯廢水進入吸附容器前，需進行一些常規預處理，如過濾等。
攪拌可采用恒溫搖床振動，也可采用恒溫磁力攪拌器攪拌。
吸附容器封閉或開口。
硝基甲苯異構體的分離效果與其性質與分子直徑有關。HZSM-5沸石孔徑的大小決定可以進入其晶穴內部的分子大小，只有比沸石孔徑小的分子或離子才能進入。
有機物異構體的分離效果與HZSM-5沸石表面結構有關。鈍化HZSM-5沸石表面的非選擇性酸性位及壓縮HZSM-5沸石孔徑可提高有機物異構體的分離效果。對位硝基甲苯的分離效果優于對位硝基甲苯的分離效果。
本發明用于處理含硝基甲苯異構體的有機廢水時，可以使得對位異構體從混合液中的分離效率高于99.5％以上，且具有較高的回收率，高效低耗，實現了廢水的資源化。同時，HZSM-5沸石是一種無毒、無味、對環境沒有影響的吸附劑，并且有極好的耐酸性、熱穩定性和水蒸氣穩定性。因此，本發明用于處理有機廢水具有良好的經濟效益與環境效益。本發明高效低耗，具有廣闊的應用前景。
具體實施例方式
下面通過實例對本發明作進一步地描述。
實施例1處理生產硝基甲苯過程中的的堿洗廢水，取該廢水400ml，其中對硝基甲苯初始濃度為50.0mg/L，取HZSM-5沸石質量為0.45g。HZSM-5沸石Si/Al為48；顆粒平均直徑為5μm；吸附容器封閉；采用磁力攪拌，振動轉速為150轉/分；鄰硝基甲苯初始濃度與對硝基甲苯初始濃度之比為1∶1；溫度取300K；吸附時間為20min。對硝基甲苯的分離率高達98.8％以上。采用乙醇作為回收液，在303K時對硝基甲苯的回收率為98.5％。
實施例2將實施例1中HZSM-5沸石Si/Al為10，其它操作條件保持不變，對硝基甲苯的回收率同實施例1相當。
實施例3將實施例1中HZSM-5沸石Si/Al為無窮大，即沸石中不含Al，其它操作條件保持不變，對硝基甲苯的回收率較實施例1稍差。
實施例4實施例1中，其它條件不變，吸附時間為5min時，對硝基甲苯的分離率達97.1％以上；吸附時間為60min時，對硝基甲苯的分離率為97.3％。
實施例5將實施例1中的鄰硝基甲苯初始濃度與對硝基甲苯初始濃度之比改為2∶1，其它操作條件保持不變，對硝基甲苯和鄰硝基甲苯的分離率為98.2％。
實施例6實施例1中，其它條件不變，溫度取278K時，對硝基甲苯的分離率為99.0％；溫度取323K時，對硝基氯苯的分離率為97.0％。
實施例7將實施例1中的封閉容器改為敞口，其它操作條件保持不變，對硝基甲苯的分離率基本不變。
實施例8將實施例1中的洗脫溫度改為320K，其它操作條件保持不變，對硝基甲苯的回收率達99.5％。
實施例9將實施例1中的回收液改為甲醇，其它操作條件保持不變，對硝基甲苯的回收率為86.9％。
實施例10實施例1中處理前對位硝基甲苯與HZSM-5沸石顆粒的質量比約為0.04，現將二者質量比改為0.02，其它操作條件保持不變，對硝基甲苯的回收率較實施例1稍差。
實施例11實施例1中處理前對位硝基甲苯與HZSM-5沸石顆粒的質量比約為0.04，現將二者質量比改為0.09，其它操作條件保持不變，對硝基甲苯的回收率同實施例1相當。
權利要求
1.一種用沸石吸附分離硝基甲苯廢水及資源回收的方法，其特征是采用靜態處理方法，將要處理的含硝基甲苯異構體的有機廢水輸送至吸附容器進行吸附，吸附條件為HZSM-5沸石顆粒直徑為0.5～20μm；鄰位硝基甲苯和對位硝基甲苯的初始濃度比為1～5∶1；處理前對位硝基甲苯與HZSM-5沸石顆粒的質量比為0.02～0.1；振動轉速為50～200轉/分；溫度范圍為275～340K；吸附時間為10s～12h。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于處理前對位硝基甲苯與HZSM-5沸石顆粒的質量比為0.05。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于HZSM-5沸石在使用前用稀HNO3處理，并烘干。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述稀HNO3為1％HNO3。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征是HZSM-5沸石顆粒直徑為0.5～20μm；鄰位硝基甲苯和對位硝基甲苯的初始濃度比為1～2∶1；振動轉速為100～150轉/分；溫度范圍為278～323K；吸附時間為10s～2h。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征是在硝基甲苯廢水進入吸附容器前，需進行一些常規預處理。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征是所述常規預處理為過濾。
8.根據權利要求1所述的方法，其特征是攪拌采用恒溫搖床振動或采用恒溫磁力攪拌器攪拌。
9.根據權利要求1所述的方法，其特征是吸附容器封閉或開口。
全文摘要
本發明公開一種吸附分離技術，利用HZSM－5沸石的選擇吸附作用，分離性質相近的含硝基甲苯異構體的有機廢水。本發明的HZSM－5沸石吸附分離含硝基甲苯廢水及資源回收的方法，采用靜態處理方法，將要處理的含硝基甲苯異構體的有機廢水輸送至吸附容器進行吸附，吸附條件為HZSM－5沸石顆粒直徑為0.5～20μm；鄰位硝基甲苯和對位硝基甲苯的初始濃度比為1～5∶1；處理前對位硝基甲苯與HZSM－5沸石顆粒的質量比為0.02～0.1；振動轉速為50～200轉/分；溫度范圍為275～340K；吸附時間為10s～12h。本方法高效低耗，具有廣闊的應用前景。
文檔編號C02F1/58GK1613783SQ20041006568
公開日2005年5月11日 申請日期2004年11月12日 優先權日2004年11月12日
發明者鄭正, 鄭壽榮, 江芳, 郭照冰, 袁守軍, 陳立強, 范杰, 帖靖璽, 周培國, 唐登勇, 牟艷艷, 張繼彪 申請人:南京大學