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DNS的零价铁还原

范晓彬  
【摘要】: 4,4’-二硝基二苯乙烯-2,2’-二磺酸(DNS)的零价铁还原是目前广泛应用于生产精细化工中间体4,4’-二氨基二苯乙烯-2,2’-二磺酸(DSD)的传统方法。然而,该工艺存在着诸如副产物相对较多,反应周期较长,劳动强度大,铁泥污染等缺点,并且由于长久以来缺乏深入的机理及动力学研究,其工艺的改进被极大地限制。因此,本文的工作将从(1)工艺优化,(2)机理及动力学研究,(3)DNS的纳米铁还原,及(4)氧化废水还原处理等四个方面全面展开。 本文通过考察pH值、反应物DNS的浓度、保温时间以及温度对副产物对氨基苯甲醛-2-磺酸(ABAS)含量的影响,提出了其生成的两个可能性机理:(1)DNS先被Fe0还原生成DSD酸,而后DSD酸所含的C=C双键被Fe(OH)2+氧化断裂直接生成ABAS;(2)DNS的C=C双键被Fe(OH)2+氧化断裂生成对硝基苯甲醛-2-磺酸(NBS),NBS继而被Fe0还原生成ABAS。此外,本文成功地开发了新的DNS零价铁还原添加剂,提出了一种零价铁还原DNS的半连续化方法以及一种用于生产精制DSD酸的新工艺,获得了理想的经济效应。 动力学研究表明DNS的零价铁还原被传质而非化学反应所控制,DNS的消失以及DSD酸的生成均为拟一级反应。铁粉加入量、搅拌转速的平方根分别与表观速率常数(kobs)成线性关系,并随铁粉加入量的增加以及搅拌速度的提高呈增长趋势。温度的影响则表现为kobs随反应温度的升高而逐渐增加。由此可知,在DNS的零价铁还原制备DSD酸的生产过程中,可以通过改善传质条件,提高反应温度,加大铁粉加入量等方式来提高反应速率,缩短反应时间,减少副产物。 DNS的纳米铁还原结果表明,在温和反应条件下(室温以及低速搅拌),纳米铁亦可有效而快速地还原DNS,生成DSD酸。一个有意思的结果是,纳米铁在用于DNS还原后,呈现特殊中空的球或管状结构,其形成机理应为原纳米铁核/壳结构中铁核的消耗。 零价铁还原用于处理氧化废水的研究则表明,该方法不仅是一种低成本的有效降低氧化废水COD的方法,亦是一种潜在的DNS回收方法,具有诱人的环境效应以及经济效应。


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