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甲醛常温下是一种无色、具有刺激性气味的气体,易溶于水,它能使蛋白质凝固并已经被世界卫生组织确定为致癌和制畸形物质。甲醛在工业上广泛用于化工、有机合成、医药、油漆、涂料、塑料、皮革、军工以及木材胶合剂等行业,因此工业甲醛废水的治理已经成为一个重要的工业问题。由于甲醛为真溶液形态,利用混凝等常规方法处理难度极大,目前国内外报道的含甲醛废水处理方法主要有光催化法、氧化法、蒸汽吹脱法、Fenton试剂法、电-Fenton法、石灰法、生物处理法等,尽管这些方法各有特点,但从处理效率、对甲醛废水浓度的适应性及无害化程度上看均存在不足,尤其是都没法做到废水中甲醛的资源化利用。
甲醛和甲醇在酸性催化剂的作用下,甲醛与甲醇以摩尔比1:2反应生成甲缩醛和水,并且该反应是在酸性催化剂催化条件下的可以反应,受平衡转换的限制,因此无法使废水中甲醛的去除达到最好的效果,而采用催化精馏法则可以有效的克服这一热力学问题,因为在甲缩醛、甲醛、甲醇与水的四元体系中四者的相对挥发度大小次序为:甲缩醛>甲醇>甲醛>水;另外在甲醛的水溶液中,甲醛与水产生溶剂化效应使得甲醛以难挥发的甲醛水合物形式存在,于是未反应的微量甲醛就以甲醛水合物的形式留在塔釜而不进入精馏体系,生产的甲缩醛及过量甲醇则在精馏塔塔顶采出。
本文的研究就是利用浓硫酸作催化剂,废水中的甲醛和甲醇很快反应生产甲缩醛,并利用精馏塔对体系中的物质进行高效的分离。本文从醇醛摩尔比、反应温度、反应时间、催化剂添加量、塔顶回流比和待处理废水中甲醛质量含量等六个因素对废水中甲醛去除率及反应产品甲缩醛质量分数的影响做了充分的研究,并同时辅以化工模拟流程,利用本文所述的催化精馏法处理甲醛废水有几个明显的优点:①本方法操作简单,甲醛处理速率快,反应时的热量同时可用来精馏,做到了热能的高效利用;②本方法是半连续操作,因此甲醛废水的处理量较大,从而具有很好的工业应用前景;③本方法具有同时实现废水中甲醛的处理以及甲醛的资源化回收利用--生成产品甲缩醛的特点,并最后总结出了一定条件下的最优反应条件。