摘要
微通道反应器实质上是一种连续的管式反应器，其内径尺寸比传统的反应器小，并有较少的持液量，与传统的管式反应器相比，其比表面积体积比非常大（可达到10000-50000m2/m3）。因此，微通道反应器具有十分高效的混合效率（在毫秒级内可完全实现径向混合）、高的传热性能（高达25000W/(m2·K))和极窄的停留时间分布（几乎没有返混，基本上是平推流动）。与常规的间歇反应器相比，微通道反应器能有效地加强流体的传质和传热过程，缩短混合和扩散时间，实现流体的均匀混合和等温控制，因而微反应器尤其适用于反应速度快、放热强、易燃易爆、反应产物不稳定的反应。另外，根据反应物的相态而言，微反应器通常适合于液--液反应和气--液反应，且产物不能为固体，否则容易堵塞反应管路。随着我国产业调整升级，化学化工行业向绿色、可持续化方向发展已迫在眉睫。使用微通道反应器这一新设备、新技术可以显著提高化工过程的本质安全，实现精细化学合成中的精准控制，开发出高效环保的工艺，消除或减少反应副产物的生成，降低三废排放，是推动我国实现精细化工等工艺变革升级的关键途径。 本课题聚焦偶氮染料（以柠檬黄为例）的合成路线中的重氮化关键步骤，间歇条件下重氮化反应有安全风险，反应温度波动大、原料混合效率低、停留时间长副反应多，适合选用微通道技术进行优化与改进，从而提高重氮化反应的收率，优化反应后的精制工艺，得到合格产品，从而实现工艺的本质安全，提高产品收率并极大减少生产过程中的废水。而且，针对偶氮染料生产中产生的废水，开发了锰氧化物-海藻酸凝胶微球（MnOx@MABs）材料,构建了其活化过硫酸盐去除偶氮染料废水（以日落黄为例）的高级氧化技术。 论文主要得出结论如下： （1）通过对柠檬黄合成工艺的研究，对柠檬黄合成原料进行了调整，形成了对氨基苯磺酸钠盐溶液和亚硝酸钠、盐酸为原料的重氮化微通道工艺，并通过停留时间的控制使重氮盐在停留时间内存在于均相溶液中。通过对原料浓度、停留时间、盐酸与对氨基苯磺酸的摩尔比（nHCl/n对氨基苯磺酸）、温度等工艺条件的研究，确定了最优反应条件，即在对氨基苯磺酸浓度5%，停留时间7s，nHCl/n对氨基苯磺酸为2.2:1，温度5-25℃的条件下，最终收率可达到97-98%，并对于最优工艺条件下制备的反应液进行了精制，产品达到国家标准，精制固废相对间歇条件减少43%。 （2）采用水热法制备锰氧化物，并与海藻酸钠相结合，成功制备了MnOx@MABs凝胶微球材料。通过SEM、XRD、FT-IR等一系列的表征手段，对所制备的凝胶微球的形貌结构、组成成分等进行分析，然后，利用凝胶微球活化过硫酸盐来降解偶氮染料废水的代表污染物日落黄，通过研究MnOx@MABs材料的投加量、废水的pH值、废水温度、PMS的投加量和不同日落黄初始浓度对日落黄降解效果的影响。结果表明，MnOx@MABs/PMS体系能在广泛的pH值范围内降解日落黄，在日落黄初始浓度200mg/L条件下，PMS投加量为0.5mM、MnOx@MABs投加量为30g/L、温度为40℃，60min内对日落黄的降解率可达到100%。
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