第六章_硝化反应

硝化反应和反硝化反应 Prepared on 22 November 2020一、硝化反应在好氧条件下，通过亚硝酸盐菌和硝酸盐菌的作用，将氨氮氧化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的过程，称为生物硝化作用。

硝化反应包括亚硝化和硝化两个步骤:NH4+++H2O+2H+NO2-+硝化反应总方程式：NH3++若不考虑硝化过程硝化菌的增殖，其反应式可简化为NH4++2O2NO3-+H2O+2H+从以上反应可知:1)1gNH4+-N氧化为NO3-需要消耗2*50/14=碱（以CaCO3计)2)将1gNH4+-N氧化为NO2--N需要,氧化1gNO2--N需要，所以氧化1gNH4+-N需要。

硝化细菌所需的环境条件主要包括以下几方面：a.DO：DO应保持在2-3mg/L。

当溶解氧的浓度低于L时，硝化反应过程将受到限制。

b.PH和碱度：，其中亚硝化菌，硝化菌。

最适合PH为。

碱度维持在70mg/L以上。

碱度不够时，应补充碱c.温度：亚硝酸菌最佳生长温度为35℃，硝酸菌的最佳生长温度为35～42℃。

15℃以下时，硝化反应速度急剧下降；5℃时完全停止。

d.污泥龄：硝化菌的增殖速度很小，其最大比生长速率为～(温度20℃，～。

为了维持池内一定量的硝化菌群，污泥停留时间必须大于硝化菌的最小世代时间。

对于实际应用中，活性污泥法脱氮，污泥龄一般11～23d。

e.污泥负荷：负荷不应过高，负荷宜。

因为硝化菌是自养菌，有机物浓度高，将使异养菌成为优势菌种。

总氮负荷应≤(m3硝化段·d)，当负荷>(m3硝化段·d)时，硝化效率急剧下降。

f.C/N:BOD/TKN应<3，比值越小，硝化菌所占比例越大。

g.抑制物浓度：NH4+-N≤200mg/L，NO2--N10-150mg/L，L。

h.ORP:好氧段ORP值一般在+180mV左右。

二、反硝化反应在缺氧条件下，由于兼性脱氮菌(反硝化菌)的作用，将NO2--N和NO3--N还原成N2的过程，称为反硝化。

硝化反应的原理一、引言硝化反应是化学中一种非常重要的反应类型，广泛应用于农业、化工和环境工程等领域。

本文将从硝化反应的原理出发，探讨其相关机理和应用。

二、硝化反应的概念与过程硝化反应是指将氨氮逐步氧化为亚硝酸氮和硝酸氮的过程。

这一过程一般包含两个步骤：氨氮的氧化为亚硝酸氮（亚硝化反应）和亚硝酸氮的进一步氧化为硝酸氮（硝化反应）。

1. 亚硝化反应亚硝化反应是指氨氮被氧化为亚硝酸氮的过程。

该反应在自然界中主要由氨氧化细菌（如亚硝化细菌）催化完成，其中关键的催化酶为亚硝酸还原酶。

亚硝化反应的反应式如下所示：NH3 + H2O + 1.5O2 → NO2- + 2H+ + H2O2. 硝化反应硝化反应是指亚硝酸氮进一步被氧化为硝酸氮的过程。

该反应同样由特定的细菌（如硝化细菌）催化完成，其中关键的催化酶为硝酸还原酶。

硝化反应的反应式如下所示：NO2- + 0.5O2 → NO3-三、硝化反应的机理硝化反应的机理较为复杂，涉及多种氧化还原反应和酶的催化作用。

下面将分别介绍亚硝化反应和硝化反应的机理。

1. 亚硝化反应机理亚硝化反应主要由亚硝酸还原酶催化完成。

亚硝酸还原酶是一种铜铁蛋白，它能够将亚硝酸离子（NO2-）和水（H2O）转化为一氧化氮（NO）、亚硝酸离子（NO2-）和氢离子（H+）。

具体机理如下：NO2- + H2O + 2H+ → NO + NO2- + 2H2O2. 硝化反应机理硝化反应主要由硝酸还原酶催化完成。

硝酸还原酶是一种铜蛋白，它能够将亚硝酸离子（NO2-）和氧气（O2）转化为硝酸离子（NO3-）。

具体机理如下：NO2- + 0.5O2 → NO3-四、硝化反应的应用硝化反应在农业、化工和环境工程等领域有着重要的应用价值。

1. 农业领域硝化反应在土壤中起着重要的作用。

亚硝酸氮和硝酸氮是植物生长的必需元素，硝化反应能够将氨氮转化为植物可吸收的亚硝酸氮和硝酸氮，从而促进作物的生长和发育。

2. 化工领域硝化反应在化肥生产中起着关键作用。

第四章 硝 化向有机化合物分子中引入硝基(-NO 2)的反应称为硝化反应。

硝化反应是有机化学工业中十分重要的单元反应之一。

硝化产品具有十分广泛的用途，不仅在染料、制药等民用行业上占有重要的地位，而且在国防工业中也占有重要的地位。

另外，可利用硝基的强极性，使芳环上其它取代基活化从而更容易发生化学反应。

第一节 硝化反应一、硝化试剂硝化剂是指在反应中能提供硝基(-NO 2)的化学物质。

常见的硝化试剂有不同浓度的硝酸、硝酸与硫酸的混合物、硝酸盐和硫酸、五氧化二氮以及硝酸和乙酸的混合物等。

混酸是最常用的硝化试剂。

一般认为硝化剂是以NO 2+(硝酰正离子)形式参与反应的。

1． 硝酸 纯硝酸、发烟硝酸及浓硝酸很少离解，主要以分子状态存在，仅有少部分硝酸经分子间质子的转移而离解成NO 2+。

由上式可知，水分的存在不利于NO 2+的形成。

因此，单用硝酸作硝化剂，会因硝化反应过程中产生的水而使硝酸浓度不断下降，硝化反应速度不断降低。

故一般很少采用单一的硝酸用硝化剂，除非是硝化反应活性较高的酚、酚醚、芳胺及稠环芳烃。

2．混酸 混酸是硝酸与硫酸的混合物。

混酸是应用最广泛的硝化剂。

在混酸中，硫酸起酸的作用，硝酸则作为一个碱而起作用。

因此，硫酸的加入可以大大提高硝酸的硝化能力。

混酸中所含硫酸的浓度不同，其NO 2+含量也不同。

表3-1 混酸中HNO 3转化成NO 2+的百分率HNO 3+HNO3H 2NO 3++NO 3-H 2NO 3+O H 2+NO 2+H 2SO 4+HNO 3HSO 4-+H 2NO 3+H 2SO 4+H 2NO 3+H 3O ++NO2++HSO 4-混酸中硝酸含量，% 5 10 15 40 80 100 硝酸转变为NO 2+的转化率，% 1001008028．8 9．81硫酸中水的存在对生成NO 2+不利，因加入水后增加了HSO 4-及H 3O +离子的浓度，这两种离子均会抑制NO 2+的生成。

第四章 硝 化向有机化合物分子中引入硝基(-NO 2)的反应称为硝化反应。

硝化反应是有机化学工业中十分重要的单元反应之一。

硝化产品具有十分广泛的用途，不仅在染料、制药等民用行业上占有重要的地位，而且在国防工业中也占有重要的地位。

另外，可利用硝基的强极性，使芳环上其它取代基活化从而更容易发生化学反应。

第一节 硝化反应一、硝化试剂硝化剂是指在反应中能提供硝基(-NO 2)的化学物质。

常见的硝化试剂有不同浓度的硝酸、硝酸与硫酸的混合物、硝酸盐和硫酸、五氧化二氮以及硝酸和乙酸的混合物等。

混酸是最常用的硝化试剂。

一般认为硝化剂是以NO 2+(硝酰正离子)形式参与反应的。

1．硝酸 纯硝酸、发烟硝酸及浓硝酸很少离解，主要以分子状态存在，仅有少部分硝酸经分子间质子的转移而离解成NO 2+。

由上式可知，水分的存在不利于NO 2+的形成。

因此，单用硝酸作硝化剂，会因硝化反应过程中产生的水而使硝酸浓度不断下降，硝化反应速度不断降低。

故一般很少采用单一的硝酸用硝化剂，除非是硝化反应活性较高的酚、酚醚、芳胺及稠环芳烃。

2．混酸 混酸是硝酸与硫酸的混合物。

混酸是应用最广泛的硝化剂。

在混酸中，硫酸起酸的作用，硝酸则作为一个碱而起作用。

因此，硫酸的加入可以大大提高硝酸的硝化能力。

混酸中所含硫酸的浓度不同，其NO 2+含量也不同。

表3-1 混酸中HNO 3转化成NO 2+的百分率HNO 3+HNO3H 2NO 3++NO 3-H 2NO 3+O H 2+NO 2+H 2SO 4+HNO 3HSO 4-+H 2NO 3+H 2SO 4+H 2NO 3+H 3O ++NO2++HSO 4-硫酸中水的存在对生成NO2+不利，因加入水后增加了HSO4-及H3O+离子的浓度，这两种离子均会抑制NO2+的生成。

3．硝酸与醋酐硝酸与醋酐组成的硝化体系硝化能力较强，可在低温下进行硝化反应，适用于易被氧化和被混酸分解的硝化反应。

该硝化剂中醋酐是溶剂，对有机物有良好的溶解性。

硝化反应详解1 、简介硝化反应，硝化是向有机化合物分子中引入硝基（－NO2）的过程，硝基就是硝酸失去一个羟基形成的一价的基团。

芳香族化合物硝化的反应机理为：硝酸的－OH基被质子化，接着被脱水剂脱去一分子的水形成硝酰正离子（nitronium ion，NO2）中间体，最后和苯环行亲电芳香取代反应，并脱去一分子的氢离子。

在此种的硝化反应中芳香环的电子密度会决定硝化的反应速率，当芳香环的电子密度越高，反应速率就越快。

由于硝基本身为一个亲电体，所以当进行一次硝化之后往往会因为芳香环电子密度下降而抑制第二次以后的硝化反应。

必须要在更剧烈的反应条件（例如：高温）或是更强的硝化剂下进行。

常用的硝化剂主要有浓硝酸、发烟硝酸、浓硝酸和浓硫酸的混酸或是脱水剂配合硝化剂。

脱水剂：浓硫酸、冰醋酸、乙酐、五氧化二磷硝化剂：硝酸、五氧化二氮（N2O5）Ar─H+HNO3→Ar─NO2+H2O2 、反应机理硝化反应的机理主要分为两种，对于脂肪族化合物的硝化一般是通过自由基历程来实现的，其具体反映比较复杂，在不同体系中均有所不同，很难有可以总结的共性，故这里不予列举。

而对于芳香族化合物来说，其反应历程基本相同，是典型的亲电取代反应。

3 、主要方法硝化过程在液相中进行，通常采用釜式反应器。

根据硝化剂和介质的不同，可采用搪瓷釜、钢釜、铸铁釜或不锈钢釜。

用混酸硝化时为了尽快地移去反应热以保持适宜的反应温度,除利用夹套冷却外,还在釜内安装冷却蛇管。

产量小的硝化过程大多采用间歇操作。

产量大的硝化过程可连续操作，采用釜式连续硝化反应器或环型连续硝化反应器,实行多台串联完成硝化反应。

环型连续硝化反应器的优点是传热面积大，搅拌良好，生产能力大，副产的多硝基物和硝基酚少。

硝化方法主要有：稀硝酸硝化、浓硝酸硝化、在浓硫酸中用硝酸硝化、在有机溶剂中用硝酸硝化和非均相混酸硝化等。

硝化方法主要有以下几种：（1）稀硝酸硝化一般用于含有强的第一类定位基的芳香族化合物的硝化，反应在不锈钢或搪瓷设备中进行，硝酸约过量10~65%。

硝化反应详解The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020硝化反应详解1 、简介硝化反应，硝化是向有机化合物分子中引入硝基（－NO2）的过程，硝基就是硝酸失去一个羟基形成的一价的基团。

芳香族化合物硝化的反应机理为：硝酸的－OH基被质子化，接着被脱水剂脱去一分子的水形成硝酰正离子（nitronium ion，NO2）中间体，最后和苯环行亲电芳香取代反应，并脱去一分子的氢离子。

在此种的硝化反应中芳香环的电子密度会决定硝化的反应速率，当芳香环的电子密度越高，反应速率就越快。

由于硝基本身为一个亲电体，所以当进行一次硝化之后往往会因为芳香环电子密度下降而抑制第二次以后的硝化反应。

必须要在更剧烈的反应条件（例如：高温）或是更强的硝化剂下进行。

常用的硝化剂主要有浓硝酸、发烟硝酸、浓硝酸和浓硫酸的混酸或是脱水剂配合硝化剂。

脱水剂：浓硫酸、冰醋酸、乙酐、五氧化二磷硝化剂：硝酸、五氧化二氮（N2O5）Ar─H+HNO3→Ar─NO2+H2O2 、反应机理硝化反应的机理主要分为两种，对于脂肪族化合物的硝化一般是通过自由基历程来实现的，其具体反映比较复杂，在不同体系中均有所不同，很难有可以总结的共性，故这里不予列举。

而对于芳香族化合物来说，其反应历程基本相同，是典型的亲电取代反应。

3 、主要方法硝化过程在液相中进行，通常采用釜式反应器。

根据硝化剂和介质的不同，可采用搪瓷釜、钢釜、铸铁釜或不锈钢釜。

用混酸硝化时为了尽快地移去反应热以保持适宜的反应温度,除利用夹套冷却外,还在釜内安装冷却蛇管。

产量小的硝化过程大多采用间歇操作。

产量大的硝化过程可连续操作，采用釜式连续硝化反应器或环型连续硝化反应器,实行多台串联完成硝化反应。

环型连续硝化反应器的优点是传热面积大，搅拌良好，生产能力大，副产的多硝基物和硝基酚少。

硝化方法主要有：稀硝酸硝化、浓硝酸硝化、在浓硫酸中用硝酸硝化、在有机溶剂中用硝酸硝化和非均相混酸硝化等。