Способ окислительной термокаталитической деструкции органических примесей в воде

 

Использование: область аналитической химии воды для определения общего органического углерода (ООУ) в питьевых, природных, сточных водах и других водных объектах. Сущность изобретения: термокаталитическая деструкция органических примесей воды в потоке, в реакторе, заполненном катализатором. Катализатор выполнен в виде многослойной насадки с расположением слоем по ходу движения газа-носителя в последовательности: катализатор пиролиза, катализатор окисления органических соединений, катализатор восстановления неуглеродных продуктов окисления и катализатор доокисления углеродсодержащих продуктов пиролиза. Температуры каталитической активности слоев насадки составляют соответственно: пиролиза 500-1000°С; окисления 600- 1200°С; восстановления 500-700°С; доокисления 200-500°С. Способ обеспечивает количественную окислительную деструкцию и снижает минимально определяемую концентрацию ООУ. 1 н.п., 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил. Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4892865/26 (22) 19.12.90 (46) 15.10.92. Бюл. N 38 (71) Научно-исследовательский институт коммунального водоснабжения и очистки воды Академии коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова (72) А.Б. Руденко и Я.Л. Хромченко (56) Степаненко В.Е., Маслова Н.M. Хроматографическое определение органического углерода в водных растворах, Заводская лаборатория. 1978, 44, N. 9, с. 1068-1071. (5 ) СПОСОБ ОКИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕРМОКАТАЛИТИЧЕСКОЙ ДЕСТРУКЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ ВОДЫ (57) Использование: область аналитической химии воды для определения общего органического углерода (ООУ) в питьевых, природных, сточных водах и других водных объектах. Сущность изобретения; терИзобретение относится к аналитической химии воды и может быть использовано для определения общего органического углерода (ООУ) в питьевых, природных, сточных водах и других водных объектах.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности является определение ООУ по методу (1). Здесь до-. ступная схема газохроматического определения ООУ включает в себя окислительный реактор, представляющий собой кварцевую трубку размером 240х22 мм, заполненную оксидом меди с рабочей температурой

750 С. Указанная термокаталитическая система является недостаточно универсальной

„„5U„„1768528 А1 (я)5 С 02 Р 1/72, G 01 N 33/18 мокаталитическая деструкция органических примесей воды в потоке, в реакторе, заполненном катализатором. Катализатор выполнен в виде многослойной насадки с расположением слоем по ходу движения газа-носителя в последовательности: катализатор пиролиза, катализатор окисления органических соединений, катализатор восстановления неуглеродных продуктов окисления и катализатор доокисления углеродсодержащих продуктов пиролиза.

Температуры каталитической активности слоев насадки составляют соответственно: пиролиза 500 — 1000 С; окисления 600—

1200 С; восстановления 500 — 700 С; доокисления 200 — 500 С. Способ обеспечивает количественную окислительную деструкцию и снижает минимально определяемую концентрацию ООУ. 1 н.п., 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил. и эффективной, поскольку не гарантирует количественного окисления трудноразлагаемых высокомолекулярных примесей воды.

Здесь возникают артефакты, связанные с присутствием в пробе серы и других веществ, отравляющих катализатор. Кроме того, галогенорганические примеси, систематически присутствующие в питьевой воде, могут связываться с оксидом меди. При работе с данным катализатором возникает повышенная опасность корродирующего действия оксидов азота на металлические детали и,коммуникации системы.

1768528

10

Целью изобретения является повышение степени конверсии органических примесей питьевых, природных и сточных вод.

Поставленная цель достигается тем, что в способе окислительной термокаталитической деструкции органических примесей в воде, заключающемся .в окислительной термичесКой конверсии в,.потоке в реакторе, заполненном катализатором, катализатор выполнен" в"вйДе многослоиной насадки с расположение@ слоев по ходу"движения газа-носителя в следующей йоследовательности: катализатор пиролиза, катализатор окисления органических соединений, катализатор восстановления неуглеродных продуктов окисления и катализатор доокисления углеродсодержащих продуктов пиролиза, причем температуры каталитической активности слоев насадки составляют соответственно: пиролиза — 500 — 1000 С; окйсления — 600 — 1200 С; восстановления—

500-700 С; доокисления — 200-500 С, Способ реализован в реакторе-конвертере, изображенном на чертеже, Реактор-конвертер, изготовленный из кварцевогоо стекла, заполняют катализатором, выполненным послойно по ходу движения газа-носителя в следующей последовательностии: — катализатором пиролиза (в том числе металлическим никелем, палладием, платиной, иридием или другими, которые могут быть нанесены на инертные носители типа

AlzOg, SlOz, силикагель и т.п.);" — катализатором окисления органических примесей, в том числе оксидами никеля, меди, вольфрама, ванадия, марганца, кобальта или других в смеси с кварцевым песком 1:1 для предотвращения их спекания при регенерации; — катализатором восстановления неуг леродных продуктов окисления, в том числе металлических меди, железа, серебра, посеребренной меди и других; — катализатором доокисления углеродсодержащих продуктов конверсии, в том числе хроматов серебра, бария, цинка и других, Катализатор окисления выполнен в виде гранул с размером частиц 0,25-0,5 мм и смешан механически с кварцевым песком того же размера в соотношении 1:1, причем это соотношение выбрано экспериментально. Используемая температура каталитической активности слоев насадки составляет: — для катализатора пиролиза — 5001000 С; — для катализатора окисления — 600—

1200 С; — для катализатора восстановления—

500-700 С; — для катализатора доокисления — 200500 С.

Способ осуществляют следующим образом.

Пробу воды с помощью хроматографического микрошприца с удлиненной иглой вводят в реактор-конвертер через самоуплотняющуюся прокладку. Вода испаряется, а органические вещества, присутствующие в ней,разлагаются на катализаторе пиролиза (1). Продукты пиролиза легко окисляются на катализаторе окисления (2) до С02, СО, NO, йгОз, NO2, $0, $0г и др. Окислы азота и серы конвергируют на катализаторе восстановления (3) до азота и $0 . Оксид углерода и углеродсодержащие продукты пиролиза и окисления, доокисляются на катализаторе (1). Таким образом, окончательными продуктами конверсии органических примесей воды являются СО2, Мг и SO2i которые регистрируются хроматографически

Пример. Реакторы по типу приведенного на чертеже заполняли послойно катализаторами сверху вниз; — реактор а — Nl íà А40з (30 мас. ), И! О+кварцевый песок (1;1), Fe, AgzCr04; — реактор б — Ni íà AlzOa (30 мас. ), МпО+кварцевый песок (1:1), Cu, Zn Сц; — реактор в — Ni íà Alz03 (30 мас. ), СтО+кварцевый песок (1:1), Си, BaCr04 и включали в газохроматографическую аналитическую систему.

Используемая схема анализа ООУ, а также параметры ее работы применялись по методу (1) для сравнительной оценки эффективности известного и предложенного способов.

Исследования проводили как на модельных водных растворах смесей органических соединений (уксусной кислоты, пиридина, хлороформа, бифталата калия, мкрезола) различной концентрации (раствор

1, 2 и 3), так и на реальных природных и сточных водах, Объем пробы 10 мкл. Результаты, полученные при сравнительном исследовании известного и предлагаемого способов конверсии, приведены в таблице.

Из таблицы видно, что использование предлагаемого способа существенно улучшает характеристики процесса термоокисления, обеспечивая количественную окислительную деструкцию всех испытуемых смесей. При этом снижается минимально определяемая концентрация ООУ. Как видно из таблицы, замена одних оксидов переходных металлов на другие при соответствующих измен ениях. температурных режимов их работы, а также насадок, обес1768528 б00- k M Ñ

200- 500 С печивающих восстановление оксидов азота и серы и доокисление продуктов реакции, дают сопоставимые характеристики приготовленных реакторов, Оценка работы реактора проводилась при его включении в газохроматографическую систему, рекомендуемую в прототипе, однако регистрация образующегося диоксида углерода возможна и с помощью других детекторных систем: ИК-спектрофотометрическим, кондуктометрическим, оптико-акустическим и другими методами.

Формула изобретения

1. Способ окислительной термокаталитической деструкции органических примесей водь, заключающийся в окислительной термической конверсии в потоке в реакторе, заполненном катализатором, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью повышения степени конверсии органических примесей воды, катализатор выполнен в виде многослойной насадки с расположением слоев по ходу

5 движения газа-носителя в следующей последовательности: катализатор пиролиза, катализатор окисления органических соединений, катализатор восстановления неуглеродных продуктов окисления и катализатор

10 доокисления углеродсодержащих продуктов пиролиза.

2. Способ по и. 1, отличающийся тем, что температура каталитической актив15 ности слоев насадки составляет соответственно: пиролиза 500 — 1000 С; окисления

600 — 1200 С; восстановления 500 — 700 ; доокисления 200 — 500 С.