申请日2012.09.05
公开(公告)日2012.11.28
IPC分类号C07C211/52; C07C211/46; C07C211/47; C02F101/38; C02F1/32; C02F1/58; C02F103/36; C07C209/36
摘要
本发明提供一种TiO2光催化还原制备芳胺化合物及废水降解一体化系统，包括TiO2光催化还原硝基化合物系统、TiO2光催化降解废水系统和TiO2催化剂再生系统。TiO2光催化还原硝基化合物系统，利用TiO2光诱导激发所生成的光生电子的强还原性将硝基化合物还原制备芳胺化合物，并利用溶剂回收装置回收反应溶剂;TiO2光催化降解废水系统，利用TiO2 光诱导激发的空穴的强氧化性氧化降解处理还原制备工艺所产生的废水;TiO2催化剂再生系统，将经催化剂分离装置分离所得的TiO2催化剂进行活化再生,实现TiO2催化剂的回收利用。有益效果是用同一种TiO2催化剂实现硝基化合物的光催化还原和含硝基化合物废水的光催化降解，实现了TiO2催化剂的多功能化，实现了光催化有机合成和废水降解的一体化。
权利要求书
1.一种TiO2光催化还原制备芳胺化合物及废水降解一体化系统，该系统包括有TiO2光催化还原硝基化合物系统、TiO2催化剂再生系统和TiO2光催化降解废水系统;
所述TiO2光催化还原硝基化合物系统(1)包括有依次连接的第一光催化反应器(4)、第一TiO2分离装置(5)、溶剂回收装置(6)、芳胺化合物提纯装置(8);所述第一光催化反应器(4)与溶剂回收装置(6)之间通过小分子有机溶剂回收管路(7)相连，通过回收管路可再利用溶剂回收装置(6)分离回收得到的小分子有机溶剂;第一TiO2分离装置(5)同时通过一条反向连接管路与第一光催化反应器(4)相连，通过反向连接管路可直接回收再利用经第一TiO2分离装置(5)分离得到的分离的TiO2催化剂，继续进行催化反应;
所述TiO2光催化降解废水系统(2)包括有依次连接的第二光催化反应器(10)和第二TiO2分离装置(11);所述第二TiO2分离装置(11)通过一条反向连接管路与第二光催化反应器(10)相连，通过反向连接管路可直接回收再利用经第TiO2分离装置(11)分离得到的分离的TiO2催化剂，继续进行催化降解反应;
所述TiO2催化剂再生系统(3)包括有依次连接的恒温干燥箱(13)和TiO2高温活化装置(14);所述恒温干燥箱(13)通过连接管道与第一TiO2分离装置(5)和第二TiO2分离(11)装置相连，用于收集干燥两个分离装置分离得到的分离的TiO2催化剂，之后通过连接管路进入TiO2高温活化装置(14);TiO2高温活化装置(14)通过连接管路分别与第一光催化反应器(4)和第二光催化反应器(10)相连，高温活化后的TiO2催化剂再通过管路分别进入两个光催化反应器中继续进行催化还原反应和催化降解反应;
第一TiO2分离装置(5)通过另一条连接管路与TiO2催化剂再生系统(3) 中的恒温干燥箱(13)相连，可使分离的TiO2催化剂干燥后，通过连接管路进入高温活化装置(14)中再生活化，活化后TiO2催化剂通过连接管路进入第一光催化反应器(4)中继续进行催化反应;
第TiO2分离装置(11)通过另一条连接管路与TiO2催化剂再生系统(3)中的恒温干燥箱(13)相连，可使分离的TiO2催化剂干燥后，通过连接管路进入高温活化装置(14)中再生活化，活化后TiO2催化剂通过连接管路进入第二光催化反应器(10)中继续进行催化反应。
2.根据权利要求1所述TiO2光催化还原制备芳胺化合物及废水降解一体化系统，其特征是：所述小分子有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、乙腈之一。
3.根据权利要求1所述TiO2光催化还原制备芳胺化合物及废水降解一体化系统，其特征是：所述TiO2光催化还原硝基化合物系统和TiO2光催化降解废水系统中所用TiO2为同一种催化剂。
4.根据权利要求1所述TiO2光催化还原制备芳胺化合物及废水降解一体化系统，其特征是：所述硝基化合物为硝基苯及硝基苯衍生物。
说明书
TiO2光催化还原制备芳胺化合物及废水降解一体化系统
技术领域
本发明涉及有机合成及废水降解处理综合技术，特别是一种TiO2光催 化还原制备芳胺化合物及废水降解一体化系统。
背景技术
传统化学工业在给人们带来的物质文明享受的同时，其“三废”(废气、 废水、废渣)的排放也使人们饱尝了化学工业发展所带来的环境污染、生态 破坏等恶果。化工行业排放的有机类废水因具有浓度高，毒性大，含有大量 生物难降解成分等特点，成为化工行业环境污染治理的难点和重点。
对于有机类废水的处理，目前常用的拦截法，如膜分离、活性炭吸附、 树脂吸附、空气吹脱等，或氧化分解法，如生物氧化法、化学氧化法等。这 些方法通过物理分离和氧化降解方式可去除废水中的有机污染物，但它们大 都存在工艺运行成本高、工艺条件难以控制以及二次污染等问题。此外，采 用这些方法都只是“终端污染治理”而非“始端污染预防”。
随着化学工业规模的不断扩大，用于环境保护和治理的费用将不断上 升，环境污染问题就难以控制。这些问题引起了化学家们的反思：与其终端 治理污染，不如对污染严重的生产工艺和流程进行设计改进，开发清洁生产 工艺、环境友好型工艺，从源头上消除或减少污染。故绿色化学应运而生， 将化工行业的环境污染由治标转向了治本。
TiO2光催化技术作为一种“绿色技术”和“环境友好技术”，具有操 作简单、反应条件温和及无二次污染等优点，是21世纪催化学科备受关注的 研究方向之一。在一定波长光源照射下，TiO2半导体材料会诱导激发生成光 生电子-空穴对，空穴具有强氧化性，光生电子则具有强还原性，光诱导激 发TiO2具有氧化-还原特性。正是因为这一特性，使得TiO2光催化技术在有机 合成领域和废水降解处理领域都得到了长足的发展。TiO2光催化有机合成技 术，如光催化还原硝基化合物制备芳胺化合物可在常温常压下进行，且反应 溶剂为小分子有机溶剂，易回收，从而从源头上减少了污染。由于TiO2光催 化降解技术以光为反应动力，TiO2催化剂无毒且可回收，不会带来二次污染， 且可将有机污染物矿化为水和二氧化碳，它是一种清洁的处理生产工艺。
将TiOC2光催化有机合成技术和废水降解技术的联合，可在减少始端污染 的同时，也可避免终端处理的二次污染。此外，联合工艺也简化了化工产品 的生产工艺流程，也实现了从生产到后续废水处理整个工艺流程的清洁性， 具有良好的经济效益和环境效益。
发明内容
本发明的目的是提供一种TiO2光催化还原制备芳胺化合及废水降解一体 化系统，该系统采用TiO2光催化还原技术代替传统工艺实现硝基化合物的还 原，制备芳胺化合物，简化工艺流程，减少始端污染;采用TiO2光催化氧化 降解技术对制备工艺废水进行处理，有效矿化废水中少量有机污染物后，回 收TiO2催化剂，避免二次污染。一体化系统实现了芳胺化合物从生产制备到 后续废水处理整个工艺流程的清洁性，且一体化系统采用同一种TiO2催化剂 进行芳胺化合物的合成和后续废水的降解，实现了TiO2催化剂的多功能性。 一体化系统作为一种清洁的、多功能化系统，具有良好的经济效益和环境效 益，在化工行业具有良好的应用前景。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种TiO2光催化还原制 备芳胺化合物及废水降解一体化系统，该系统包括有TiO2光催化还原硝基化 合物系统、TiO2催化剂再生系统和TiO2光催化降解废水系统;
所述TiO2光催化还原硝基化合物系统包括有依次连接的第一光催化反 应器、第一TiO2分离装置、溶剂回收装置、芳胺化合物提纯装置;所述第一 光催化反应器与溶剂回收装置之间通过小分子有机溶剂回收管路相连，通过 回收管路可再利用溶剂回收装置分离回收得到的小分子有机溶剂;第一TiO2分离装置同时通过一条反向连接管路与第一光催化反应器相连，通过反向连 接管路可直接回收再利用经第一TiO2分离装置分离得到的分离的TiO2催化 剂，继续进行催化反应;
所述TiO2光催化降解废水系统包括有依次连接的第二光催化反应器和 第二TiO2分离装置;所述第二TiO2分离装置通过一条反向连接管路与第二 光催化反应器相连，通过反向连接管路可直接回收再利用经第二TiO2分离装 置分离得到的分离的TiO2催化剂，继续进行催化降解反应;
所述TiO2催化剂再生系统包括有依次连接的恒温干燥箱和TiO2高温活 化装置;所述恒温干燥箱通过连接管道与第一TiO2分离装置和第二TiO2分 离装置相连，用于收集干燥两个分离装置分离得到的分离的TiO2催化剂，之 后通过连接管路进入TiO2高温活化装置;TiO2高温活化装置通过连接管路分 别与第一光催化反应器和第二光催化反应器相连，高温活化后的TiO2催化剂 再通过管路分别进入两个光催化反应器中继续进行催化还原反应和催化降 解反应;
第一TiO2分离装置通过另一条连接管路与TiO2催化剂再生系统中的恒 温干燥箱相连，可使分离的TiO2催化剂干燥后，通过连接管路进入高温活化 装置中再生活化，活化后TiO2催化剂通过连接管路进入第一光催化反应器中 继续进行催化反应;
第二TiO2分离装置通过另一条连接管路与TiO2催化剂再生系统中的恒 温干燥箱相连，可使分离的TiO2催化剂干燥后，通过连接管路进入高温活化 装置中再生活化，活化后TiO2催化剂通过连接管路进入第二光催化反应器中 继续进行催化反应。
本发明的效果为采用该一体化系统的优点：
(1)该系统采用TiO2光催化还原技术制备芳胺化合物，反应工艺流程 简单，反应条件温和，可在常温常压下进行;反应溶剂采用小分子有机溶剂， 毒性小，且易回收;TiO2催化剂稳定无毒，可通过高温活化等方式再生而实 现重复利用。
(2)该系统实现了TiO2光催化有机合成技术和TiO2光催化降解技术的 联合，从芳胺化合物生产的源头减少了污染，也避免了废水处理终端的二次 污染。
(3)该系统采用同一种TiO2催化剂实现了TiO2光催化还原制备芳胺化 合物和TiO2光催化降解废水这两种功能，实现了TiO2催化剂的多功能化。