[发明专利]从废水中除去硝基芳族化合物的方法及装置

说明书

本发明涉及一种电化学处理硝基芳族化合物的方法及装置，尤其是处理碱法废水(例如来自芳族化合物硝化以形成单硝基芳族化合物、二硝基芳族化合物以及三硝基芳族化合物的方法)的电解方法。包含于工艺废水中的硝基芳族化合物以及包含于废水中的任何亚硝酸盐通过阳极氧化或借助阳极产生的氧化化合物而反应或破坏。所述方法尤其使硝基芳族化合物完全氧化为二氧化碳以及可能的话硝酸盐。所述方法还可以大规模在工业上操作。

硝基芳族化合物通常通过相应芳族化合物(如苯、甲苯、二甲苯、氯苯)借助也称为硝化酸的浓硝酸和浓硫酸混合物硝化而制备。这形成包含硝化粗产物的有机相以及基本包含硫酸、反应水以及硝化酸引入的水的水相。所用硝酸通常在硝化中基本消耗掉。

在两相分离之后，取决于硝化工艺技术，将包含硫酸的水相直接或浓缩之后与新鲜硝酸再次混合并用于硝化。然而，通常需要从整个工艺中连续或不连续地排出至少部分硫酸以避免杂质，尤其是金属盐浓度的增加(例如见DE-C 101 43 800)。

来自芳族化合物(如苯、甲苯、二甲苯、氯苯)形成相应的硝基芳族化合物的硝化反应的粗产物通常包含希望的硝基芳族化合物(如硝基苯(NB)、二硝基苯(DNB)、单硝基甲苯和二硝基甲苯(MNT和DNT)、硝基氯苯(NCB)、硝基二甲苯)以及少量额外具有一个或多个羟基和/或羧基的硝基芳族化合物。

如下化合物为不希望的副产物。作为不希望的副产物，例如可形成单硝基苯酚、二硝基苯酚和三硝基苯酚(在下文中也概括为硝基苯酚)，单硝基甲酚、二硝基甲酚和三硝基甲酚(在下文中也概括为硝基甲酚)，单硝基二甲苯酚、二硝基二甲苯酚和三硝基二甲苯酚(在下文中也概括为硝基二甲苯酚)以及单硝基苯甲酸和二硝基苯甲酸(在下文中概括为硝基苯甲酸)。

来自硝化的粗产物在进一步使用之前须除去不希望的副产物。在水相(包含作为硝化酸的硫酸)被分离之后，副产物通常通过用酸性、碱性和中性洗涤液体多步洗涤有机相而分离，其中洗涤通常按指示的顺序进行。碱洗通常使用氢氧化钠水溶液、碳酸钠水溶液和/或氨水溶液而进行。

形成的碱法废水尤其包含呈其所用碱的水溶性盐形式的硝基苯酚、硝基甲酚、硝基二甲苯酚和硝基苯甲酸。它们通常以基于碱法废水为0.2-2.5重量%的浓度存在。碱法废水还包含在硝化中形成的中性硝基分子，尤其是反应产物。中性硝基分子可通常以大于1000ppm的量包含于碱法废水中。碱法废水还经常包含500-5000ppm的硝酸根、500-5000ppm的亚硝酸根和超过100ppm的硫酸根。这些离子主要由硝化产生。存在的组分产生1-20g/l的一般化学需氧量。

硝基苯酚、硝基甲酚、硝基二甲苯酚、硝基苯甲酸以及特别是其盐具有强烈颜色并且可能对环境有高的毒性。另外，硝基苯酚以及特别是其盐在较高的浓度或纯净形式下为爆炸性的，并且需要在废水排放之前从废水中除去。它们应以不对环境造成危险的方式处置。来自芳族化合物硝化的碱法废水包含硝化中形成的中性硝基分子，尤其是反应产物。由于硝基芳族化合物还可具有生物杀伤性或杀菌性并且因此使得不可能生物净化废水，包含硝基芳族化合物的废水的净化或后处理为必需的。

为了能将废水送至包括微生物净化步骤的常规废水处理，这也是有用的。

文献中已描述了从工艺废水(例如来自基于萃取、吸附、氧化或热解的工艺)中除去硝基苯酚、硝基甲酚、硝基二甲苯酚、硝基苯甲酸和中性硝基芳族化合物的许多方法。

“化学技术百科全书(Encyclopedia of Chemical Technology)”，Kirk-Othmer，第四版1996，第17卷，第138页描述了一种分离硝基苯的萃取方法，其中在相应温度下溶于废水中的硝基苯通过用苯萃取而除去。溶于水中的苯在废水最后处理之前通过汽提而除去。

EP-A 005 203描述了一种处理包含羟基硝基芳族化合物的废水的热方法。此处将包含呈其水溶性盐形式的羟基硝基芳族化合物的废水在排除空气和氧气下在压力下加热至150-500℃的温度。

溶解的硝基芳族化合物和羟基硝基芳族化合物还可在酸介质中通过用有机溶剂萃取而除去(见Ullmannsder technischen Chemie，第4版，1974，第17卷，第386页)。

另外，已知各种从水和废水中分离有机硝基化合物，尤其是硝基芳族化合物的方法，其包括化学或电化学还原或氧化步骤以及任选另一物理分离方法(例如萃取)。