碱辅助四氧化三锰降解磷酸三丁酯及回收磷元素的方法技术

本发明专利技术提供了一种碱辅助四氧化三锰降解磷酸三丁酯及回收磷元素的方法。该方法包括如下步骤：在不锈钢高压搅拌反应器中将磷酸三丁酯、氢氧化钠、四氧化三锰以一定比例混合均匀。设置反应器的搅拌转速、反应温度和时间。反应结束并冷却至室温后，检测反应器中的气相产物。用50%乙醇洗涤固相混合物并离心收集上清液，进而通过乙醇沉淀法以类磷酸盐的形式回收磷酸三丁酯降解产物中的磷元素。本发明专利技术利用四氧化三锰在高温下快速释放氧气和生成活性氧的特点，将其作为载氧体处理磷酸三丁酯，同时耦合碱水解反应强化磷酸三丁酯的降解效果，实现了磷酸三丁酯的高效降解处理，同时通过便捷的乙醇沉淀法回收磷元素，达到了危废治理和资源回收的目的。源回收的目的。

【技术实现步骤摘要】
碱辅助四氧化三锰降解磷酸三丁酯及回收磷元素的方法


[0001]本专利技术属于有机危废处理
，具体涉及一种碱辅助四氧化三锰降解磷酸三丁酯及回收磷元素的方法。

技术介绍

[0002]磷酸三丁酯是一种人工合成的有机磷酸酯类化合物，被广泛用于工业产品的生产制造中。由于具有化学稳定性强、对大部分有机物和金属的分配系数较高的特性，磷酸三丁酯也常被用于制药废水及核燃料的萃取中。但由于工业废水的成分非常复杂，使萃取液中含有多种有毒有害及放射性的物质，形成新的高浓度有机危废，需要进一步妥善处理和处置。磷酸三丁酯容易聚集在沉积物、土壤和水中，且长期以来难以通过自然热解和水解分解，对动植物和人类的生命健康造成严重威胁，其生物毒性效应主要表现在急性毒性、神经毒性、器官毒性、生殖与发育毒性、致癌致畸致突变等方面。因此，开发有效的无害化处置技术，减少或消除磷酸三丁酯对自然环境和生命健康的危害已经刻不容缓。
[0003]目前已报道的磷酸三丁酯危废处理方法有直接焚烧法、湿法氧化法、碱水解法、吸收法、固化法等。但这些方法均存在不足之处，如需要对产生的尾气和二次废物进行处理或不具有较理想的经济性，难以实现工业化应用，且均未考虑对磷酸三丁酯中所含磷元素的资源化回收。化学链燃烧技术是一种常用于燃料中二氧化碳捕集的热解技术，但实际上其在环保领域也有不容忽视的应用潜力。目前已有少量利用此技术处理固体废弃物的报道，但对于液体废弃物的处理尚缺乏系统研究。
[0004]载氧体是决定整个化学链燃烧系统高效运行的重要因素，锰氧化物在高温条件下能够脱氧产生具有强氧化性能的活性氧。碱水解是处理磷酸三丁酯的一种较成熟的方法，但考虑到实际废液的复杂性，一般不能直接对实际生产中的磷酸三丁酯危废（例如，放射性磷酸三丁酯/煤油有机危废）进行碱水解处理，避免增大放射性废物的容量和环境风险。因此，本专利技术基于化学链燃烧反应的原理，将四氧化三锰作为载氧体引入磷酸三丁酯的热解体系中，同时耦合碱水解反应强化磷酸三丁酯的降解效率，并利用乙醇沉淀法回收磷酸三丁酯降解产物中的磷元素，从而达到磷酸三丁酯的无害化和资源化处置目标。此外，与传统的化学链燃烧过程相比，本专利技术所构建的反应体系能显著降低反应温度，减少处理过程的能量需求。

技术实现思路

[0005]鉴于现有技术存在的缺陷和不足，本专利技术提供一种碱辅助四氧化三锰降解磷酸三丁酯及回收磷元素的方法，通过低温热氧化分解，将磷酸三丁酯分解为一氧化碳、甲烷、磷酸盐等化合物，达到高效降解磷酸三丁酯危废，并资源化回收磷酸三丁酯中磷元素的目的。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。
[0007]碱辅助四氧化三锰降解磷酸三丁酯及回收磷元素的方法，具体操作如下：(1) 在不锈钢高压搅拌反应器中将磷酸三丁酯、氢氧化钠、四氧化三锰以一定比
例混合均匀，得到混合物；(2) 安装好反应器的搅拌和密封组件后，设置搅拌转速、反应的温度和时间，开始反应；(3) 反应结束后待反应器冷却至室温，使用气体采样袋收集反应后形成的气相产物，并利用气相色谱
‑
质谱检测气相产物组成和非甲烷总烃含量；(4) 反应结束后待反应器冷却至室温，使用50%的乙醇水溶液（体积比）洗涤反应器中剩余的固相物料，离心分离收集上清液，向上清液中加入无水乙醇后，静置，待沉淀完全后，收集白色沉淀物。
[0008]所述的步骤(1)中，磷酸三丁酯、氢氧化钠、四氧化三锰的比例为1 mL : 2
‑
10 g :13 g。
[0009]所述的步骤(2)中，搅拌转速为300
‑
600 rpm，反应的温度为100
‑
260
o
C，反应的时间为1
‑
5 h。
[0010]所述的步骤(3)中，反应后形成的气相产物中含有一氧化碳和甲烷。
[0011]所述的步骤(4)中，洗涤过程中固相物料和50%乙醇水溶液的比例为13 g : 1
‑
3 L，上清液和无水乙醇的体积比为1 : 0.5
‑
1，静置时间为0.5
‑
2 h。
[0012]所述的步骤(4)中，回收的磷元素存在于磷酸钠、八水合磷酸钠、偏磷酸钠和磷酸氢二钠等类磷酸盐的固体中。
[0013]本专利技术的创新之处和有益效果在于：基于化学链燃烧反应的原理首次将四氧化三锰作为载氧体引入磷酸三丁酯的热解体系中，同时耦合碱水解反应强化磷酸三丁酯的降解效果，使磷酸三丁酯无机矿化的同时通过乙醇沉淀法提取磷元素，实现磷酸三丁酯危废的无害化和资源化处置。与传统的化学链燃烧过程相比，本专利技术所构建的反应体系能显著降低反应温度，减少处理过程的能量需求。
附图说明
[0014]图1是本专利技术碱辅助四氧化三锰降解磷酸三丁酯及回收磷元素的方法流程示意图。
[0015]图2是本专利技术碱辅助四氧化三锰降解磷酸三丁酯及回收磷元素的方法中，氢氧化钠的添加量对磷转化率和气相产物中非甲烷总烃的影响实验结果。
[0016]图3是本专利技术碱辅助四氧化三锰降解磷酸三丁酯及回收磷元素的方法中，所提取的含磷产物的X射线衍射分析图谱。
具体实施方式
[0017]为了更好的理解本专利技术，下面结合附图及实施实例对本专利技术作进一步地详细说明。
[0018]如图1所示，本专利技术的碱辅助四氧化三锰降解磷酸三丁酯及回收磷元素的方法，包括以下步骤：(1) 在不锈钢高压搅拌反应器中将磷酸三丁酯、氢氧化钠、四氧化三锰以一定比例混合均匀，得到混合物；(2) 安装好反应器的搅拌和密封组件后，设置搅拌转速、反应的温度和时间，开始
反应；(3) 反应结束后待反应器冷却至室温，使用气体采样袋收集反应后形成的气相产物，并利用气相色谱
‑
质谱检测气相产物组成和非甲烷总烃含量；(4) 反应结束后待反应器冷却至室温，使用50%的乙醇水溶液（体积比）洗涤反应器中剩余的固相物料，离心分离收集上清液，向上清液中加入无水乙醇后，静置，待沉淀完全后，收集白色沉淀物。
[0019]所述的步骤(1)中，磷酸三丁酯、氢氧化钠、四氧化三锰的比例为1 mL : 2
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10 g :13 g。
[0020]所述的步骤(2)中，搅拌转速为300
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600 rpm，反应的温度为100
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260
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C，反应的时间为1
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5 h。
[0021]所述的步骤(4)中，洗涤过程中固相物料和50%乙醇水溶液的比例为13 g : 1
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3 L，上清液和无水乙醇的体积比为1 : 0.5
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1，静置时间为0.5
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2 h。
[0022]实施实例1：将13 g 四氧化三锰和6 g氢氧化钠加入不锈钢高压搅拌反应器中，滴加1 mL 磷酸三丁酯，设置反应器的搅拌速度为500 rpm，在220
o
C下反应3 h。反应结束后待反应器冷却至本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.碱辅助四氧化三锰降解磷酸三丁酯及回收磷元素的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：(1) 在不锈钢高压搅拌反应器中将磷酸三丁酯、氢氧化钠、四氧化三锰以一定比例混合均匀，得到混合物；(2) 安装好反应器的搅拌和密封组件后，设置搅拌转速、反应的温度和时间，开始反应；(3) 反应结束后待反应器冷却至室温，使用气体采样袋收集反应后形成的气相产物，并利用气相色谱
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质谱检测气相产物组成和非甲烷总烃含量；(4) 反应结束后待反应器冷却至室温，使用50%的乙醇水溶液（体积比）洗涤反应器中剩余的固相物料，离心分离收集上清液，向上清液中加入无水乙醇后，静置，待沉淀完全后，收集白色沉淀物。2.根据权利要求1所述的碱辅助四氧化三锰降解磷酸三丁酯及回收磷元素的方法，其特征在于在步骤(1)中，磷酸三丁酯、氢氧化钠、四氧化三锰的比例为1 mL : 2
‑
10 g : 13 g。3.根据权利要求1所述的碱辅助四氧化三锰降解磷酸三丁酯及回收磷...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雅博，童文华，张永奎，王旭倩，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：