延安大学化学与化工学院化学、工业分析专业物理化学实验课
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第31卷第3期 2012年9月 延安大学学报(自然科学版) Journal of Yanan University(Natural Science Edition) Vo1.3l No.3 Sep.2012
DOI:10.3969/J.ISSN.1004—602X.2012.03.076
间硝基苯甲酸的合成研究
杨晓军 ,杨 琴 ,杨 芳 ,李西安
(1.延安大学化学与化工学院,陕西延安716000;2.江苏北极皓天科技有限公司,江苏宜兴,214200)
摘 要:间硝基苯甲酸是一种重要的有机化合物,广泛应用于医药,农业,化工,染料等领域。为了
探索其合成工艺,考察了4种不同脱水剂对其合成产率的影响。结果表明乙酸酐做脱水剂时的产 率最高,并对影响产率的诸因素进行了分析,得出最佳反应条件为:苯甲酸0.015 mol,催化剂的用量
为4.4 mL,苯甲酸与硝酸摩尔比1:3,反应温度90℃,反应时间2 h,催化硝化反应产率达80.31%。
关键词:苯甲酸;硝化;间硝基苯甲酸
中图分类号:0623 文献标识码:A 文章编号:1004-602X(2012)03-0076-03
间硝基苯甲酸作为一种重要的化工中间体,广泛
应用于感光材料、染料和医药等领域 ,目前工业 上以苯甲酸为原料合成问硝基苯甲酸的方法有2 种 J:第一种是用混酸直接硝化,此法收率为60%左
右;第二种方法是在硫酸存在下,用硝酸钠硝化,此法 收率也为60%左右。以上两种方法的收率均较低,
而且废酸对环境带来的污染不容忽视。为了解决上
述存在收率较低,对环境污染严重等问题,本文以醋 酸酐为催化剂,考察了有关因素对反应的影响,得出
了最佳反应条件。
1 实验部分
1.1仪器与试剂 x一4型熔点测定仪,岛津IRPrestige一21红外光
谱仪;JJ500型电子分析天平;合成中所用试剂均为国 产分析纯试剂。
1.2实验原理
H+HNo3旦
HOOC/ I.3合成方法 在250 mL的三颈瓶中加入1.83 g(0.015 mo1) 苯甲酸,将一定量脱水剂和一定量65%浓硝酸混合
化学工程与工艺
专业概述
化学工业是一个极富创造性、挑战性的重要工业领域,它具有技术密集、人才密集、资本密集的特征,特别是二十一世纪的化学工业在向“绿色化工”方向发展的同时,对知识的交叉渗透、产业的相互交融提出了更宽更深的要求,本专业就是为了适应面向二十一世纪化学工业发展而设置的一个厚基础、宽口径、适应性强的大专业。
本专业具有两大特色:一是工程特色显著,对化学反应、化工单元操作、化工过程与设备、工艺过程系统模拟优化等知识贯穿结合,使学生具有设计、优化与管理能力;二是专业口径宽、覆盖面广,使学生具有从事科学研究、产品开发的能力,在精细化学品、涂料及应用、高分子化工与工艺等方面更有研发和应用能力。基于以上两点, 本专业培养具备化学工程与化学工艺方面的知识,能在化工、汽车、机电炼油、煤转化、天然气转化、冶金、能源、轻工、医药、环保和军工等部门从事工程设计、技术开发、生产技术管理和科学研究等方面工作的工程技术人才。
学生主要学习化学基础、化工单元操作、化学反应工程、化工工艺与过程、化工优化与模拟等化工基本原理、研究方法和管理知识,受到化学与实验技能、工程制图能力、工艺设计方法、电子与电工技术、计算机应用、外语能力、科学研究方法的基本训练。初步掌握一门外语,能比较顺利的阅读本专业的外文书刊,具有听、说、写的基础。具有对现有企业的生产过程进行模拟优化、革新改造,对新 过程进行开发设计和对新产品进行研制的基本能力。
开设的主要课程有:无机化学、分析化学、有机化学、物理化学、化工原理、化学反应工程、化工工艺设计、化工热力学、化工过程分析与合成、化工实验技术、高分子化学等。
培养要求
毕业生应获得以下几方面的知识和能力:
1. 掌握化学工程、化学工艺、应用化学等学科的基本理论、基本知识;
2.掌握化工装置工艺与设备设计方法,掌握化工过程模拟优化方法;
3.具有对新产品、新工艺、新技术和新设备进行研究、开发和设计的初步能力;
学校 所属学院 招生方式 专业名称 业务课一 业务课二 复试科目
安徽大学 化学化工学 院
一级学科
化学
无机化学
物理化学 有机化学
物质科学与
信息技术研 究院
化学综合
安徽师范大学
化学与材料科学学院
一级学科 化学(方
向:01无机化学/04物理 化学)
无机化学
物理化学
化学实验、专业英语
化学(方
向:02分析 化学) 分析化学(含仪器分析) 分析化学及实验、专业英语
化学(方
向:03有机化学/05高分子化学与物 理)
有机化学
有机化学及实验
北京大学 深圳研究生院
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、物理化学、分析化 学)
综合面试
北京工业大学 环境与能源 工程学院 一级学科 化学 物理化学I 有机化学I/无机化学 与分析化学 专业英语(化学专业英 汉互译)
北京航空航天 大学 化学学院 一级学科 化学 无机化学 化学综合 无机化学、专业英语
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材料科学与工程学院
有机化学
物理化学/高分子化学与物理 高分子化学与物理(初
试科目四为物理化学)/
高分子材料科学与工程基础(初试科目四为高 高分
软物质科学与工程高精尖创新中心
有机化学/无机化学
(含分析化学) 试科目四为物理化学)/
高分子材料科学与工程基础(初试科目四为高分子化学与物理以及相近的考试科目)/化学综 合
北京科技大学 化学与生物 工程学院 一级学科 化学 物理化学B/分析化 学 无机化学/有机化学 综合化学
北京理工大学 化学与化工学院
一级学科
化学 综合化学(基础及
无机、有机、分析 三选一)
物理化学(A) 化学实验基础知识、实验操作
北京师范大学
化学学院
一级学科
化学 综合化学一(化学
原理、物理化学、 结构化学) 综合化学二(无机化
2015年1月第23卷第1期 工业催化INDUSTRIALCATALYSIS Jan.2015Vol.23 No.1环境保护与催化
收稿日期:2014-06-25;修回日期:2014-11-22基金项目:陕西省科技厅项目(2014K10-04);延安市科技局项目(2012kg-09);陕西省教育厅项目(2013JK0689);延安大学自然科学基金项目(YDQ2013-17)作者简介:付红普,1978年生,男,主要从事化工工艺设计工作。通讯联系人:高晓明,1979年生,男,主要从事化工过程的分离和催化的研究工作。活性白土-Bi2WO6光催化剂的制备及其光催化降解含酚废水付红普1,宜沛沛2,高晓明2,付 峰2,李稳宏3(1.华东理工大学工程设计研究院有限公司,上海200237;2.延安大学化学与化工学院,陕西省化学反应工程重点实验室,陕西延安716000;3.西北大学化工学院,陕西西安710069)摘 要:采用水热法合成纳米Bi2WO6粉末,将其负载于陕北志丹县白土上,制得用于光催化降解含酚废水的活性白土-Bi2WO6负载型可见光催化剂,并对其进行XRD和UV-VisDRS表征。以含酚废水为目标污染物,通过单因素试验和正交试验方法研究活性白土-Bi2WO6光催化剂催化降解含酚废水的性能。结果表明,在活性白土-Bi2WO6光催化剂用量0.5mg·L-1、过氧化氢用量0.1mL·mL-1和400W金卤灯光照120min条件下,含酚废水降解率可达98.29%,且重复使用2次后,仍具有较好的催化效果。关键词:催化化学;活性白土-Bi2WO6光催化剂;光催化;含酚废水;降解doi:10.3969/j.issn.10081143.2015.01.014中图分类号:O643.36;X703.5 文献标识码:A 文章编号:10081143(2015)01006906PreparationandapplicationofactivatedwhiteclayBi2WO6photocatalystfordegradationofphenolcontainingwastewaterFuHongpu1,YiPeipei2,GaoXiaoming2,FuFeng2,LiWenhong3(1.EngineeringDesign&ResearchInstituteCo.,Ltd.,EastChinaUniversityofScienceandTechnology,Shanghai200237,China;2.CollegeofChemistryandChemicalEngineering,ShaanxiKeyLaboratoryofChemicalReactionEngineering,Yan’anUniversity,Yan’an716000,Shaanxi,China;3.CollegeofChemicalEngineering,NorthwestUniversity,Xi’an710069,Shaanxi,China)Abstract:NanoBi2WO6powderwaspreparedbyhydrothermalsynthesismethod,andthenactivatedwhiteclayBi2WO6photocatalystfordegradationofphenolcontainingwastewaterwaspreparedbyloadingnanoBi2WO6powderonactivatedwhiteclayofZhidaninnorthofShaanxiprovince.TheactivatedwhiteclayBi2WO6photocatalystwascharacterizedbyXRDandUVVisDRS.Usingthesimulatedphenolcontainingwastewaterastheaimedpollutants,theperformanceoftheactivatedwhiteclayBi2WO6photocatalystfordegradationofcontainingphenolwastewaterundervisiblelightwasinvestigatedbysinglefactorandorthogonaltests.TheresultsshowedthatthedegradationrateofsimulatedphenolcontainingwastewaterontheactivatedwhiteclayBi2WO6photocatalystreached98.29%undertheoptimalconditionasfollows:activatedwhiteclayBi2WO6photocatalystamount0.5mg·L-1,H2O2dosage0.1mL·mL-1,mercurylamp400W,andilluminationtime120min.Afterrepeateduseof3times,theactivatedwhiteclayBi2WO6photocatalyststillexhibitedbettercatalyticeffect.Copyright©博看网. All Rights Reserved. 70 工业催化 2015年第1期 Keywords:catalyticchemistry;activatedwhiteclayBi2WO6photocatalyst;photocatalysis;phenolcontainingwastewater;degradationdoi:10.3969/j.issn.10081143.2015.01.014CLCnumber:O643.36;X703.5 Documentcode:A ArticleID:10081143(2015)01006906 随着工业的高速发展,水污染越来越严重,直接威胁人类的生存环境,并且许多工业废水具有有机物浓度高、难生物降解,甚至有生物毒性等特点,其中包括含酚废水。治理含酚废水的方法主要有物理法、化学法和生物法。物理法采用吸附、沉降完成有机污染物的脱除,化学法采用催化剂实现污染物的氧化脱除,生物法采用微生物的好氧与厌氧消化达到有机污染物的降解。采用物理法、生物法处理苯酚及其衍生物均达不到处理要求[1],必须探索和研究适宜的含酚废水治理方法。近年来,光催化氧化技术作为一种新兴的污染治理技术在水污染治理方面得到广泛应用[2],与其他水处理方法相比,光催化氧化技术具有处理效果好、反应速率快、无二次污染和深度降解等特点受到关注。Bi2WO6是一种新型的催化剂,在废水治理方面得到普遍研究[3-7]。但在Bi2WO6光催化剂的应用研究过程中发现,Bi2WO6粉末存在比表面积小、易凝聚、易失活、利用率低和分离回收困难等问题[8-11]。活性白土是一种广泛使用的吸附剂,以膨润土为原料,采用无机酸化处理,再经水漂洗、干燥制成,具有较大的比表面积、孔道及一定的粒度。将Bi2WO6光催化剂负载于活性白土上,可以克服Bi2WO6光催化剂在使用过程中存在的缺陷。本文以工业废水中难以除去的苯酚的脱除为出发点,以活性白土为载体,利用水热法制备负载型活性白土-Bi2WO6光催化剂,筛选催化剂合成工艺;以苯酚脱除率为研究目标,分析活性白土-Bi2WO6光催化剂的光催化活性,对脱除工艺进行讨论。1 实验部分1.1 试 剂硝酸铋、钨酸钠、十二烷基苯磺酸钠、苯酚、4-氨基安替比林、铁氰化钾和氯化铵均为分析纯。1.2 活性白土-Bi2WO6光催化剂制备分别将0.02mol硝酸铋完全溶解于15%的HNO3溶液,0.02mol钨酸钠完全溶解于3mol·L-1的NaOH溶液中,室温下各磁力搅拌30min。搅拌完成后将两溶液混合,加入0.02g十二烷基苯磺酸钠,再磁力搅拌30min,形成白色乳浊液(略带淡黄色)。将此溶液移至内衬为聚四氟乙烯的水热反应釜中,密封,放入恒温箱,140℃水热反应24h,自然冷却至室温,抽滤,得到淡黄色固体沉淀。用蒸馏水反复洗涤固体沉淀,待洗涤液呈中性时,将固体沉淀于干燥箱80℃恒温干燥4h,冷却,得到Bi2WO6样品。称取一定量Bi2WO6和一定量活性白土于坩埚中,加5mL蒸馏水,25℃水浴静置12h,用滴定管吸去上层清液,将沉淀于烘箱80℃烘干4h,马弗炉140℃焙烧3h,得到活性白土-Bi2WO6光催化剂,Bi2WO6负载质量分数为4.88%。1.3 催化剂表征XRD-7000型全自动X射线衍射仪,CuKα,工作电压40kV,工作电流100mA;V-Sorb2800P型多用全自动比表面及孔径物理吸附分析仪,BET法计算比表面积;UV-2550型紫外-可见分光光度仪,测量范围(200~800)nm。1.4 光催化剂性能评价光催化降解含酚废水试验在50mL石英试管中进行,可见光光源为400W金卤灯。室温下,加入定量苯酚于蒸馏水中配制成一定初始浓度的含酚废水,量取30mL含酚废水,加入一定量活性白土-Bi2WO6光催化剂和氧化剂过氧化氢,在南京胥江机电厂XPA-II型光化学反应仪上采用可见光照射进行光催化反应,反应试管与光源垂直放置,距离为8cm。反应完全后,用4-氨基安替比林法测定反应前后含酚废水中苯酚含量的变化。2 结果与讨论2.1 XRD图1为活性白土-Bi2WO6光催化剂的XRD图。由图1可以看出,在2θ=28.3(°)、32.8(°)、47(°)、55.6(°)、58.4(°)、68.5(°)、75.7(°)和78.1(°)处均出现明显、尖锐的衍射峰,与Bi2WO6的标准卡(JCPDFNo.39-0256)符合,表明白土的负载未改变Bi2WO6的晶型。Copyright©博看网. All Rights Reserved. 2015年第1期 付红普等:活性白土-Bi2WO6的制备及其光催化降解含酚废水 71 图1 活性白土-Bi2WO6光催化剂的XRD图Figure1 XRDpatternsofactivatedwhiteclayBi2WO6photocatalyst测定的Bi2WO6和活性白土-Bi2WO6的比表面积分别为8.9m2·g-1和24.5m2·g-1,表明负载活性白土后,比表面积增大了近3倍,活性白土的负载虽未改变Bi2WO6的晶型,但改变了表面结构,增大了比表面积,可以有效吸附有机污染物,增强光催化降解可能。2.2 UV-Vis活性白土-Bi2WO6光催化剂的UV-Vis谱图如图2所示。图2 活性白土-Bi2WO6光催化剂的UV-Vis谱图Figure2 UVVisDRSspectraofactivatedwhiteclayBi2WO6photocatalyst由图2可以看出,制备的活性白土-Bi2WO6光催化剂在紫外区域和可见光区域均有显著的吸收性能,在约460nm处对可见光吸收急剧减少,说明活性白土-Bi2WO6的吸收带边在460nm附近,计算得知活性白土-Bi2WO6光催化剂的禁带宽度为2.7eV,小于波长为400nm的紫外光的禁带宽度(3.1eV),表明制备的活性白土-Bi2WO6光催化剂对可见光具有良好的响应性能。2.3 活性白土-Bi2WO6光催化剂降解含酚废水2.3.1 光催化剂类型在含酚废水中分别加入0.5mg·L-1的Bi2WO6和活性白土-Bi2WO6光催化剂、0.1mL·mL-1过氧化氢,400W金卤灯下光照180min,考察Bi2WO6和活性白土-Bi2WO6对苯酚降解率的影响,结果如图3所示。图3 不同催化剂类型对光催化降解含酚废水的影响Figure3 Effectsofdifferentcatalystsonphotocatalyticdegradationofphenolcontainingwastewater由图3可见,未加催化剂光照反应180min后,苯酚降解率30.5%,这是因为过氧化氢受光照激发后,产生强氧化剂·OH自由基,·OH自由基能将苯酚氧化分解,因此,在光照和过氧化氢存在下,可对苯酚进行降解;加入Bi2WO6光照反应180min后,苯酚降解率为78.9%,这是由于在Bi2WO6光催化反应体系中,可见光照射Bi2WO6后,Bi2WO6吸收一定波长的光子产生光生电子空穴对,光生空穴移向Bi2WO6表面,与吸附的苯酚发生氧化反应,或与过氧化氢作用生成氧化剂·OH自由基,氧化苯酚,促进苯酚的降解;加入活性白土-Bi2WO6光催化剂后,苯酚降解率增至98.29%,这是由于Bi2WO6负载活性白土后,比表面积增大,一方面,比表面积的增大显著提高苯酚吸附量,提高了苯酚被降解几率;另一方面,比表面积的增大使光催化反应所需的活性中心位增多,较大程度吸附光子和苯酚分子,有利于苯酚的光催化氧化降解。2.3.2 催化剂用量在含酚废水中分别加入不同量的活性白土-Bi2WO6光催化剂、0.1mL·mL-1的过氧化氢,在400W金卤灯下光照120min,考察活性白土-Bi2WO6光催化剂的用量对苯酚降解率影响,结果如图4所示。Copyright©博看网. 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