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丙烯腈废水中含有剧毒物质丙烯腈、乙腈和丁二腈等,对环境产生极大危害,其中丙烯腈属于我国确定的58种优先控制和美国环境保护局(USEPA)规定的114种优先控制的有毒化学品之一。因此,对丙烯腈废水处理技术及其资源化的研究具有重要的现实意义。本研究采用高效液相色谱法(HPLC),建立了主要物质丙烯腈和丙烯酸的检测方法,其标准曲线的线性相关系数R2分别达到了 0.998和0.995;乙腈、丁二腈及其中间产物的测定采用了气相色谱-氢火焰检测法(GC-FID),严分别为0.999和0.990;二氧化碳等挥发性气体的检测则采用了气相色谱-热导检测法(GC-TCD),R2为0.993。结果表明以上三种检测方法都具有较高的准确度。试验选用NaOH溶液作为碱催化剂,考察了 NaOH浓度、水热温度、反应时间和初始浓度等因素对丙烯腈水热反应转化为丙烯酸过程的影响。结果表明,在300℃条件下,当丙烯腈初始浓度为3×104mg/L、NaOH浓度为lmol/L时,反应90 s后,目标产物丙烯酸的收率达到最大,为55.43%。通过分析最佳反应条件下C、N元素的平衡关系,发现在碱催化水热条件下,丙烯腈转化为丙烯酸过程主要有两种反应路径:其一,丙烯腈首先水解为丙烯酰胺,再进一步水解为丙烯酸;其二,丙烯腈发生加成反应转化为3-羟基丙腈,然后水解为3-羟基丙酰胺和3-羟基丙酸,最后发生脱水反应生成为丙烯酸。利用气相色谱/质谱联用仪(GC/MS)对丙烯腈实际废水成分进行了分析,发现该废水中还含有乙腈和丁二腈等物质,因此也展开了相关研究。结果表明,当乙腈和丁二腈的初始浓度为2×104 mg/L,NaOH浓度为0.8 mol/L时,在300℃下分别反应60 s和45 s后,各自的目标产物乙酸和丁二酸酐的最大收率分别达到了 98.74%和81.84%。主要反应途径分别为:乙腈水解为乙酰胺,然后水解为乙酸;丁二腈首先水解为丁二酰胺,进一步水解为丁二酸,最后发生脱水反应生成丁二酸酐。以丙烯腈实际废水为处理对象,在水热温度、反应时间和NaOH浓度分别为300℃、90 s和1 mol/L的条件下,最终产物以有机酸为主,其中丙烯酸浓度达到了 1.33×104 mg/L,乙酸和甲酸的浓度分别为9.4×103mg/L和1.98×104 mg/L。由于液体碱具有pH值过高、不易回收等局限性,故采用浸渍法制备了几种复合固体碱催化剂,分别为Ca-O-Mg、K-O-Al和K-O-Si,并利用X射线衍射仪(XRD)分别对其进行了表征。通过与碱金属、碱土金属氢氧化物的比较,考察了不同种催化剂对丙烯腈水热反应的影响。结果表明,在最佳反应条件下,使用碱金属、碱土金属氢氧化物时,丙烯酸收率由大到小分别为KOH>NaOH>LiOH>Ba(OH)2>Sr(OH)2>Ca(OH)2>Mg(OH)2,且使用KOH时丙烯酸的最大收率为56.60%。当投加相同质量、不同负载量的碱催化剂Ca-O-Mg、K-O-Al和K-O-Si时,丙烯酸的最大收率分别为36.07%(负载量4.5%)、39.75%(15%)和57.78%(15%),可见使用固体碱K-O-Si(15%)的处理效果与KOH溶液相当。