DE68909932T2

DE68909932T2 - Mehrstufen-verfahren zur abtrennung von organischen verbindungen aus einer lösung.

Info

Publication number: DE68909932T2
Application number: DE89904438T
Authority: DE
Inventors: Itzhak Gotlieb; Aharon Zidon
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-04-14
Filing date: 1989-03-29
Publication date: 1994-05-05
Anticipated expiration: 2009-03-30
Also published as: WO1989009641A3; WO1989009641A2; US4844811A; EP0410990B1; DE68909932D1; EP0410990A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zum Abtrennen von gelösten organischen Stoffen aus einer Wasserlösung und im spezielleren das Abtrennen von gelösten organischen Stoffen unter Verwendung von oberflächenaktiven Stoffen bzw. Tensiden als ein Abtrennmittel.
Die Verwendung von oberflächenaktiven Stoffen bzw. Tensiden, wie Seife und synthetischen Waschmitteln/Detergenzien, zum Auflösen organischer Verbindungen sind nach dem Stand der Technik wohlbekannt. Im speziellen wird Tensid auf hydrophobe organische Verbindungen (chemische Substanzen mit sehr geringer Löslichkeit in Wasser) angewandt, um die organischen Verbindungen in einer Wasserumgebung entweder aufzulösen, zu emulgieren oder zu dispergieren.
Die Fähigkeit von Tensiden, als Vermittler zwischen hydrophoben Chemikalien und Wasser zu wirken, steht mit der Molekularstruktur des Tensids in Verbindung, das einen als Kopf bezeichneten hydrophilen Teil und einen als "Schwanz" bezeichneten hydrophoben Teil enthält. Der spezielle Mechanismus nutzt die Anziehungskräfte zwischen dem Tensidschwanz und den nichtpolaren organischen Verbindungen und die Anziehungskräfte zwischen dem Tensidkopf und den Wassermolekülen.
Eine weitere spezielle Eigenschaft von Tensidmolekülen, die mit der Solubilisation in Verbindung stehen kann, ist die Aggregation zu submikroskopischen Tröpfchen, die in der Fachwelt als Micellen bezeichnet werden. In einer Wasserumgebung sind die Tensidmolekule, die die Micelle bilden, mit ihren hydrophilen Köpfen zum Wasser hin, d.h. nach außen, und die hydrophoben Schwänze gegen das Innere der Micelle hin ausgerichtet. Als Folge ist das Innere der Micelle eine hydrophobe Mikroumgebung, die fähig ist, gelöste organische Stoffe zurückzuhalten.
Es ist auch wohlbekannt, Micellen oberflächenaktiver Stoffe bzw. Tenside durch einen Ultrafiltrationsmechanismus von Wasser abzutrennen. Dieser wird typischerweise verwendet, wenn die Eigenschaften von Tensiden oder die Wechselwirkung zwischen Tensiden und verschiedenen gelösten Stoffen untersucht werden. Nach dieser Technik können Tenside aus micellaren Lösungen gewonnen werden, indem die Lösung durch eine Ultrafiltrationsmembran mit einer Porengröße geschickt wird, die kleiner als die Größe der Micellen ist (Gibbs, L.L. et al., "J.Membrane Sci." 30, 67 (1987)).
Außerdem kann die Abtrennung von Tensiden von Wasser auch mit einem als Schaumfraktionierung bekannten Mechanismus erreicht werden. Nach diesem Mechanismus können Flüssigkeiten, die Tenside enthalten, gereinigt werden, indem ein Gas durch die Flüssigkeit geschickt wird, wodurch ein Schaum erzeugt wird. Der Schaum wird gesammelt und durch einen mechanischen Entschäumer kondensiert. Das Verfahren eignet sich zum Reinigen verdünnter Tensidlösungen, da die Tensidkonzentration im Schaum höher ist als in der ursprünglichen Flüssigkeit.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Allgemein gesagt wird gemäß vorliegender Erfindung ein Verfahren zum Abtrennen von gelösten organischen Verbindungen von einer Lösung geschaffen. Dieses Verfahren umfaßt die Verwendung von Tensiden als Trennmittel, die mit der Lösung gemischt werden, um zu bewirken, daß das Tensid im wesentlichen die gesamten gelösten organischen Stoffe adsorbiert. Das resultierende Aggregat aus Tensid und gelöstem organischen Stoff wird dann von der Lösung abgetrennt, wobei geeignete physikalische und chemische Verfahren eingesetzt werden. Das Aggregat kann dann weiter behandelt werden, um die gelösten organischen Stoffe vom Tensid zu desorbieren, sodaß die gelösten organischen Stoffe gesammelt werden können und das Tensid zur wiederholten Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren rückgewonnen werden kann.
Es wird ein Verfahren zum Abtrennen von zumindest einem gelösten organischen Stoff von einer Lösung geschaffen, das das Mischen der genannten Lösung mit einem Tensid umfaßt, das im Vergleich zur Menge des genannten zumindest einen gelösten organischen Stoffes im überschuß vorhanden ist, sodaß der genannte gelöste Stoff vom genannten Tensid adsorbiert wird, um ein Aggregat aus Tensid und organischem gelösten Stoff zu ergeben, sowie das Abtrennen des genannten Aggregats von der genannten Lösung, um eine Tensidfraktion und eine Wasserfraktion zu bilden, indem zumindest zwei der folgenden Schritte durchgeführt werden: a. das Herabsetzen der Löslichkeit des Tensids, um eine getrennte Tensidphase und eine Wasserphase zu bilden; b. das Filtern der genannten Lösung; und c. die Schaumfraktionierung der genannten Lösung, wobei die zumindest zwei Schritte in der Reihenfolge a+b, b+a, b+c, c+b, a+c oder c+a durchgeführt werden.
Demgemäß bestehen die Ziele der vorliegenden Erfindung darin, Verfahren zum Isolieren gelöster organischer Verbindungen aus der Lösung, zum im wesentlichen vollständigen Entfernen von Tensiden aus der Lösung und zur Rückgewinnung derartiger Tenside zur wiederholten Verwendung in einem Abtrennverfahren zu schaffen. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines sauberen Abwassers, das frei von Tensid und auch von gelösten organischen Stoffen ist.
Wieder andere Ziele und Vorteile der Erfindung sind teilweise offensichtlich und werden teilweise aufgrund der folgenden Beschreibung klar werden.
Die Erfindung umfaßt demgemäß die mehreren Schritte und die Beziehung eines oder mehrerer derartiger Schritte bezogen aufeinander, wie im in der Folge beschriebenen Verfahren beispielhaft dargelegt, und der Schutzumfang der Erfindung ist in den Ansprüchen angegeben.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Um gelöste organische Stoffe von der Wasserlösung abzutrennen, ist es zuerst notwendig, die Lösung mit einer oder mehreren Tensidverbindungen zu mischen. Geeignete Tensidverbindungen werden aus anionischen, kationischen und nicht-ionogenen Tensiden ausgewählt. Anionische und kationische Tenside weisen aufgrund elektrostatischer Kräfte eine adsorptive Affinität zu gegenionhaltigen gelösten Stoffen auf. Nicht-ionogene Tenside weisen aufgrund ihrer Polarität und auch aufgrund der Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen und der Gegenwart von Van Der Waals-Kräften solvatisierende und adsorptive Eigenschaften auf. Als Ergebnis kann, je nach den gelösten organischen Stoffen, deren Adsorption gewünscht wird, ein geeignetes Tensid oder Tensidmischung formuliert werden.
Gemäß vorliegender Erfindung sind die am besten geeigneten Tenside zur Adsorption nicht-ionischer gelöster organischer Stoffe nichtionogene Tenside, die aus Alkoholäthoxylaten, Alkylphenoläthoxylaten, Äthylenoxid/Propylenoxid-Blockcopolymeren, Fettsäureäthoxylaten, Fettaminäthoxylaten, Fettsäureäthanolamiden und Fettsäuresorbitestern ausgewählt sind.
Die Alkoholäthoxylate können aus zwischen 6 und 15 Athoxydecyl- bis -tridecylalkoholen ausgewählt werden.
Die Alkylphenoläthoxylate können aus Octyl- und Nonylphenoläthoxylaten ausgewählt werden.
Die Athylenoxid/Propylenoxid-Blockcopolymeren können aus zwischen 5 und 30 Äthoxylpropylenoxid- und 5 und 30 Propoxyläthylenoxidverbindungen mit einem Molekulargewicht von zwischen 1000 und 4000 ausgewählt werden.
Die Fettsäureäthoxylate können aus zwischen 5 und 20 Äthoxyloleat und -stearat ausgewählt werden.
Die Fettsäureaminäthoxylate können aus zwischen 5 und 30 Äthoxyloleylamin ausgewählt werden.
Die Fettsäureäthanolamide können aus zwischen 5 und 20 Äthoxyloleyläthanolamiden ausgewählt werden.
Die Fettsäuresorbitester können aus zwischen 5 und 20 Äthoxylsorbitanoleat, laurat und -stearat ausgewählt werden.
Zur Adsorption ionischer gelöster organischer Stoffe sind die bevorzugten Tensidformulierungen Mischungen aus nicht-ionogenen Tensiden der oben angeführten Typen in Kombination mit entweder kationischen Tensiden oder anionischen Tensiden des in der Folge beschriebenen Typs.
Gemäß vorliegender Erfindung sind die bevorzugten kationischen Tenside aus Alkylbenzylammoniumhaliden, Alkylammoniumäthoxylaten und quaternären Alkylammoniumhaliden ausgewählt.
Die Alkylbenzylammoniumhalide sind aus C&sub1;&sub2;- bis C&sub1;&sub8;-Alkyldimethylbenzylammoniumchloriden ausgewählt.
Die Alkylammoniumäthoxylate sind aus 10 bis 15 Athoxyl-C&sub1;&sub2;- bis C&sub1;&sub4;-Aminen ausgewählt.
Die quaternären Alkylammoniumhalide sind aus C&sub1;&sub2;- bis C&sub1;&sub4;-Alkylammoniumchloriden ausgewählt.
Gemäß vorliegender Erfindung sind die am besten geeigneten anionischen Tenside aus Alkylbenzolsulfonaten, Lignosulfonaten, Petroleumsulfonaten, Alkylsulfaten, Alkylarylpolyäthersulfonaten und Alkylarylpolyäthersulfaten ausgewählt.
Die Alkylbenzolsulfonate sind aus C&sub1;&sub0;- bis C&sub1;&sub6;-Alkylbenzolsulfonaten ausgewählt.
Die Lignosulfonate sind aus Mischungen mit einem Molekulargewicht zwischen 200 und 500 ausgewählt.
Die Petroleumsulfonate sind aus Mischungen mit einem Molekulargewicht zwischen 300 und 500 ausgewählt.
Die Alkylsulfate sind aus C&sub1;&sub2;- bis C&sub1;&sub8;-Alkylsulfaten ausgewählt.
Die Alkylarylpolyäthersulfonate sind aus Mischungen mit einem Molekulargewicht zwischen 300 und 700 ausgewählt.
Die Alkylarylpolyäthersulfate sind aus Mischungen mit einem Molekulargewicht zwischen 300 und 700 ausgewählt.
Gemäß vorliegender Erindung ist es wünschenswert, daß, wenn die die gelösten organischen Stoffe enthaltende wässerige Lösung mit dem Tensid gemischt wird, im wesentlichen alle organischen Moleküle adsorbiert werden. Um vollständige Adsorption zu erreichen, wird Tensid üblicherweise im überschuß hinzugefügt. Insbesondere sollte das Molverhältnis zwischen Tensid und gelöstem organischen Stoff größer als etwa 1:1 sein, und vorzugsweise größer als etwa 2:1. Des weiteren sollte als Teil des Verfahrens die Konzentration des Tensids in der resultierenden Lösung zwischen etwa 0,01 und 20 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 0,1 und 10 Gew.-% liegen.
Nachdem die Tensidformulierung mit der Lösung gemischt wurde, sodaß im wesentlichen vollständige Adsorption des gelösten organischen Stoffes erreicht ist, wird ein Aggregat aus Tensid und gelöstem organischen Stoff gebildet, und die resultierende Mischung wurde dann entsprechend behandelt, um das Aggregat aus Tensid und gelöstem organischen Stoff von der Lösung abzutrennen. Das wird erreicht, indem in geeigneter Kombination, wie unten beschrieben, die Löslichkeit des Tensids verringert wird, oder die Lösung filtriert wird, oder ein Schaumfraktionierungsverfahren angewandt wird.
Eine Verringerung der Löslichkeit des Tensids wird vorzugsweise erreicht, indem die Mischung auf eine Temperatur über der Löslichkeitsgrenze des Tensids (als der CP oder "Cloudpoint"/Trübungspunkt bekannt) erwärmt wird. Die bevorzugte Temperatur liegt zwischen etwa 5ºF über dem CP und der Siedetemperatur der Mischung. Sobald die Temperatur auf diese Höhe angehoben wurde, wird die Löslichkeit des Aggregats aus Tensid und gelöstem organischen Stoff wesentlich verringert, was bewirkt, daß sich das Aggregat abtrennt. Nach dem übertragen in ein geeignetes Absetzgefäß trennt sich die Mischung in zwei Phasen: eine Tensidphase, die die adsorbierten gelösten Stoffe (als Teil eines Aggregats aus Tensid und gelöstem organischen Stoff) enthält, und eine Wasserphase.
Alternativ dazu kann die Verringerung der Löslichkeit durch Hinzufügen eines Elektrolyten, einer Säure oder eines Alkalis, oder einer geeigneten Kombination daraus, erreicht werden.
Wenn ein Elektrolyt zur Verringerung der Löslichkeit gewählt wird, kann er aus den Metallhaliden wie Natriumchlorid, Kalziumchlorid und Kaliumchlorid ausgewählt werden. Der Elektrolyt wird vorzugsweise in einer Menge zwischen etwa 1 bis 5 Gew.-% hinzugefügt.
Wenn eine Säure zur Verringerung der Löslichkeit verwendet wird, kann sie aus herkömmlichen starken Säuren ausgewählt werden, um den pH-Wert auf weniger als 7,0 und vorzugsweise zwischen 1,0 und 7,0 zu senken. Beispiele für derartige Säuren umfassen Salzsäure und Schwefelsäure.
Wenn ein Alkali zur Verringerung der Löslichkeit verwendet wird, kann es hinzugefügt werden, um den pH-Wert auf über 7,0 und vorzugsweise zwischen 7,0 und 13,0 anzuheben. Das bevorzugte Alkali ist Natriumhydroxid, obwohl andere geeignete Alkalien Kalziumhydroxid und Aluminiumhydroxid umfassen.
Ein zweiter Mechanismus zum Abtrennen des Aggregats aus Tensid und organischem gelösten Stoff von der Lösung besteht darin, diese zu filtrieren. Vorzugsweise wird die Mischung durch eine Ultrafiltrationsvorrichtung zirkulieren gelassen, in welcher der Filter eine Membran mit einer Porosität im Bereich zwischen etwa 5.000 und 1.000.000 Molekulargewichts-Cut-off (MWC) umfaßt. Wenn die Mischung durch den Filter geschickt wird, hält der Filter das Aggregat aus Tensid und gelöstem organischen Stoff zurück. Das Retentat der Ultrafiltration kann danach als Teil des Adsorptionsschritts wiederverwendet werden.
Ein dritter Mechanismus zum Abtrennen des Aggregats aus Tensid und organischem gelösten Stoff aus der Lösung ist die Schaumfraktionierung. Im speziellen wird die Mischung auf eine geeignete Schaumfraktionierungssäule übertragen, durch die im Gegenstrom ein kontinuierlich perlendes bzw. blasenbildendes Gas zugeführt wird. Geeignete Gase zur Blasenbildung sind Luft, Stickstoff und Kohlendioxid. Die Gasblasen tragen das Aggregat aus Tensid und organischem gelösten Stoff als Schaum in eine Kammer am Kopf der Säule, die mit einem mechanischen Entschäumer ausgestattet ist, um den Schaum zu kondensieren.
Es ist möglich, zuerst die Löslichkeit des Aggregats aus Tensid und gelöstem organischen Stoff herabzusetzen, um eine Phasentrennung zu erreichen, und die Wasserphase dann einem Ultrafiltrationsverfahren zu unterwerfen. Diese kombinierte Behandlung hat den Vorteil, daß eine scharfe Trennung erzielt wird, d.h. ein hochkonzentriertes Aggregat aus Tensid und gelöstem organischen Stoff und eine Wasserphase, die beinahe frei von verbleibendem Tensid ist.
Es ist auch möglich, zuerst die Verringerung der Löslichkeit zu benutzen, um Phasentrennung zu erreichen, und die Wasserphase dann einer Schaumfraktionierung zu unterwerfen. Das kann vorteilhaft sein, wenn die Lösung fein suspendierte Feststoffe oder kolloidale Materie enthält, die schwer abzufiltrieren ist. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, zuerst eine Technik zur Verringerung der Löslichkeit einzusetzen und die Wasserphase dann einem Ultrafiltrationsverfahren sowie einer Schaumfraktionierung zu unterwerfen, wie oben im Detail beschrieben.
Bei jeder der obigen Alternativen ist es notwendig, daß die Verringerung der Löslichkeit zuerst vorgenommen wird. So werden in jedem Fall eine Wasserphase, die etwas verbleibendes Tensid enthalten kann, und eine Tensidphase, die im wesentlichen das gesamte Aggregat aus Tensid und gelöstem organischen Stoff enthält, erhalten. Die Wasserphase kann dann behandelt werden, indem zumindest einer der Schritte Ultrafiltration oder Schaumfraktionierung eingesetzt werden. Wenn beide Schritte auf die Wasserphase angewandt werden, die das Ergebnis des vorhergehenden Schritts der Verringerung der Löslichkeit ist, wird es vorgezogen, daß die Ultrafiltration zuerst angewandt wird, obwohl Schaumfraktionierung der Ultrafiltration vorangehen kann. Die Anwendung von entweder Ultrafiltration oder Schaumfraktionierung, oder beidem, auf die Wasserphase ermöglicht das Abtrennen von verbliebenem Tensid vom Wasser, sodaß ein Wasserprodukt erzeugt wird, das im wesentlichen frei von Tensid ist.
Wenn nach der Verringerung der Löslichkeit Ultrafiltration eingesetzt wird, kann das resultierende Retentat danach im Adsorptionsschritt wiederverwendet werden. Auf ähnliche Weise kann, wenn Schaumfraktionierung nach der Verringerung der Löslichkeit angewandt wird, der kondensierte Schaum daraufhin als Teil des Adsorptionsschritts wiederverwendet werden, obwohl der kondensierte Schaum auch zuerst durch eine Ultrafiltrationsmembran geschickt und das resultierende Retentat im Adsorptionsschritt wiederverwendet werden kann.
Es ist auch möglich, wie oben ausgeführt, nur die Schritte der Ultrafiltration und Schaumfraktionierung einzusetzen (ohne zuerst den Schritt der Verringerung der Löslichkeit durchzuführen) um die Abtrennung des Aggregats aus Tensid und gelöstem organischen Stoff von der ursprünglichen wässerigen Lösung zu erreichen. Insbesondere kann die Mischung durch eine Ultrafiltrationsmembran geschickt werden. Die Filtration ergibt ein Retentat, das Aggregat aus Tensid und gelöstem organischen Stoff enthält, und ein Filtrat, das Wasser mit etwas verbliebenem Tensid umfaßt. Das Filtrat kann dann zu einer Schaumfraktionierungssäule geschickt werden, um das verbliebene Tensid abzutrennen, das dann wieder im Adsorptionsschritt verwendet werden kann.
Alternativ dazu kann Schaumfraktionierung zuerst, vor der Ultrafiltration, angewandt werden. In diesem Fall wird die Mischung nach der Adsorption zu einer Schaumfraktionierungssäule geschickt, die das Aggregat aus Tensid und gelöstem organischen Stoff sowie verbliebenes Tensid aus der Lösung abtrennt. Die Tensidfraktion kann dann durch eine Ultrafiltrationsmembran geschickt werden, und das resultierende Filtrat kann dann wieder durch die Schaumfraktionierungssäule rückgeführt werden, während das Retentat das Aggregat aus Tensid und gelöstem organischen Stoff enthält.
Die Anwendung der vorangehenden Mechanismen, entweder allein oder in einer geeigneten Kombination, führt zu einem Wasserprodukt, das im wesentlichen frei sowohl von den gelösten organischen Stoffen als auch den Tensiden ist.
Sobald das Aggregat aus Tensid und gelöstem organischen Stoff von der Lösung abgetrennt ist, kann es wünschenswert sein, das Aggregat zu behandeln, um die gelösten organischen Stoffe von den Tensiden zu desorbieren und dadurch die Wiederverwendung der Tensidformulierung im anfänglichen Adsorptionsschritt zu ermöglichen. Mechanismen, um das zu erreichen, umfassen Strippen gefolgt von Lösungsmittelextraktion, wie detaillierter unten beschrieben.
Beim Strippen wird das Aggregat aus Tensid und gelöstem organischen Stoff in ein geeignetes Strippgefäß übertragen, in dem überschüssiges verbliebenes Wasser und flüchtige gelöste Stoffe, falls vorhanden, durch Destillation entfernt werden. Insbesondere wenn flüchtige gelöste Stoffe vorhanden sind, wird das Dampfdestillat der flüchtigen gelösten Stoffe kondensiert und in einem Sammler für flüchtige Stoffe gesammelt werden, wo nicht polare gelöste Stoffe vom Wasser abgetrennt werden.
Wenn das Destillat nur aus Wasser besteht (keine flüchtigen gelösten Stoffe), kann der Dampf ohne Kondensation in das Gefäß zur Verringerung der Löslichkeit zurückgeführt werden, um seinen Wärmeinhalt wiederzugewinnen.
Nach dem Strippen wird das verbleibende Aggregat aus Tensid und gelöstem organischen Stoff der Lösungsmittelextraktion unterzogen. Insbesondere wird das Aggregat aus Tensid und gelöstem organischen Stoff zur Extraktion mit einem geeigneten organischen Lösungsmittel in ein geeignetes Lösungsmittelextraktionsgefäß übertragen. Die Wirkung besteht in der Desorption der gelösten organischen Stoffe aus dem Tensid und in das Lösungsmittel. Das erzeugt eine Lösungsmittelphase (welche die gelösten organischen Stoffe enthält) und eine Tensidphase.
Das Extraktionslösungsmittel sollte vorzugsweise die folgenden Eigenschaften haben:
a. hohe Mischbarkeit mit dem gelösten Stoff,
b. geringe Mischbarkeit mit Tensiden,
c. hohe Flüchtigkeit gegenüber den gelösten Stoffen,
d. hohe Flüchtigkeit gegenüber den Tensiden,
e. chemische Stabilität,
f. nicht-korrodierend.
Geeignete Lösungsmittel werden aus Leichtbenzinfraktionen wie C-6- bis C-10-Alkanen, niederen Alkoholen wie Methanol und niederen Ketonen ausgewählt.
Die aus dem Lösungsmittelextraktionsschritt resultierende Tensidphase kann in einen Lösungsmittelstripper übertragen werden, wo verbliebenes Lösungsmittel abdestilliert wird. Das gestrippte Tensid kann dann im Adsorptionsschritt wiederverwendet werden.
Die Lösungsmittelphase, die aus dem Lösungsmittelextraktionsschritt resultiert, kann einer Destillationssäule zugeführt werden. Das Lösungsmittel wird destilliert und kann als Teil des Lösungsmittelextraktionsschritts wiederverwendet werden. Die resultierende Fraktion des gelösten organischen Stoffes wird dann zur weiteren Behandlung wie gewünscht wiedergewonnen.
Nach Strippen und Extraktion können die wiedergewonnenen gelösten organischen Stoffe (sowohl flüchtige als auch nicht flüchtige) auf geeignete Art entsorgt werden, wie nach dem Stand der Technik bekannt.
Es können, je nach den behandelten gelösten organischen Stoffen, verschiedene Modifikationen des oben beschriebenen Verfahrens verwendet werden. Beispielsweise kann, wenn nur flüchtige gelöste organische Stoffe in der wässerigen Lösung vorhanden sind, der Schritt der Lösungsmittelextraktion weggelassen werden.
Die folgenden Beispiele dienen der besseren Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung.

BEISPIELE

Beispiel 1

Eine 1000 ml-Probe einer Wasserlösung, die Benzol, Toluol und p-Xylol (BTX) in den folgenden Konzentrationen enthielt: Benzol 1870 ppm, Toluol 670 ppm und p-Xylol 210 ppm, wurde behandelt, indem ein Destillierkolben mit 45 g Octylphenoldecaäthoxylat-Tensid beaufschlagt und 2-3 Minuten gerührt wurde, bis das Tensid vollständig aufgelöst war. Der Kolben war mit einem Rückflußkühler ausgestattet, sodaß er flüchtige Bestandteile (in diesem Beispiel Benzol) zurückhielt.
Die Mischung wurde dann im Kolben durch einen Heizmantel auf 80ºC erwärmt, dann in einen Scheidetrichter übertragen und 5 Minuten in eine Wasserphase und eine Tensidphase trennen gelassen. Die obere (Wasser-) Schicht wurde durch UV-Spektroskopie auf BTX analysiert und bei 254 nm mit Standard-Benzol-, Toluol- und Xylollösungen verglichen. Es wurde festgestellt, daß ihr BTX-Gehalt unter der Nachweisgrenze (etwa 5 ppm) lag. Das stellt eine 99,9%ige Entfernung des ursprünglichen BTX-Gehalts in der Lösung dar.

Beispiel 2

Die Wasserschicht von Beispiel 1 wurde durch Ultrafiltration (UF) weiterbehandelt, wobei ein Hohlfaserpatronenfilter mit einer 5000 MWC-Polysulfonmembran verwendet wurde. Die Lösung wurde mittels einer Zentrifugalpumpe durch den Filter zirkulieren gelassen, und der Transmembrandruck wurde bei 12 psi gehalten. Das UF-Filtrat wurde durch UV-Spektroskopie bei 254 nm gegen Standardlösungen analysiert. Es wurde festgestellt, daß es 210 ppm verbliebenes Tensid enthielt.

Beispiel 3

Die Filtratlösung von Beispiel 2 wurde weiterbehandelt, um das verbliebene Tensid durch Schaumfraktionierung zu entfernen. Die Lösung wurde in eine Glassäule gegeben, die mit einer porösen Glasfritte am Boden ausgestattet war. Luft wurde unter Druck durch die poröse Fritte geleitet, wodurch kleine Blasen gebildet wurden, die durch die Lösung in der Säule nach oben stiegen. Das Kopfprodukt der Säule wurde durch ein Rohr in ein Becherglas geleitet, das mit einem Entschäumer ausgestattet war, der aus einer flachen Scheibe aus rostfreiem Stahl bestand, die mit 1800 UpM rotierte. Der Luftstrom durch die Säule wurde beibehalten, bis das Schäumen aufhörte. Die Flüssigkeit in der Säule wurde dann auf BTX- und Tensidgehalt analysiert. Beide waren nicht nachweisbar.

Beispiel 4

Die Tensidphase von Beispiel 1 wurde durch Destillation bei 98-102ºC von flüchtigen gelösten Stoffen befreit. Die Destillation wurde in einem Destillierkolben durchgeführt, der mit einem wassergekühlten Kühler ausgestattet war. Das Destillat wurde gesammelt und auf BTX-Gehalt analysiert. Es wurde festgestellt, daß es 2,14 g BTX enthielt, was eine 78% Wiedergewinnung des ursprünglichen BTX darstellt.

Beispiel 5

Der Destillationsrückstand von Beispiel 4 wurde durch Hinzufügen von 200 ml n-Hexan extrahiert und anschließend 2-3 Minuten lang gerührt. Die Mischung wurde dann in einen Scheidetrichter übertragen und 5-6 Minuten absetzen gelassen. Die oberste Schicht wurde entfernt, und die Extraktion wurde noch zweimal auf die gleiche Art wiederholt. Die Hexanextrakte wurden vereinigt und auf BTX-Gehalt analysiert. Es wurde festgestellt, daß der Extrakt 0,53 g BTX enthielt, was etwa 19% des ursprünglichen BTX-Gehalts entspricht.

Beispiel 6

Die wässerige Schicht von Beispiel 1 wurde weiterbehandelt, um das restliche Tensid durch Schaumfraktionierung zu entfernen. Die Lösung wurde mit Wasser verdünnt, dann in eine Glassäule gegeben, die am Boden mit einer porösen Glasfritte ausgerüstet war. Luft wurde unter Druck durch die poröse Fritte geleitet, wodurch kleine Blasen gebildet wurden, die durch die Lösung in der Säule nach oben stiegen. Das Kopfprodukt der Säule wude durch ein Rohr in ein Becherglas geleitet, das mit einem Entschäumer ausgerüstet war, der aus einer flachen Scheibe aus rostfreiem Stahl bestand, die mit 1800 UpM rotierte. Der Luftfluß durch die Säule wurde beibehalten, bis das Schäumen aufhörte. Die Flüssigkeit in der Säule wurde dann auf BTX- und Tensidgehalt analysiert. Beide waren nicht nachweisbar.

Beispiel 7

Eine 1000 ml-Probe einer Wasserlösung, die Benzol, Toluol und p-Xylol (BTX) in den folgenden Konzentrationen enthielt: Benzol 1870 ppm, Toluol 670 ppm und p-Xylol 210 ppm, wurde behandelt, indem ein Kolben mit 45 g Octylphenoldecaäthoxylat-Tensid beaufschlagt und 2-3 Minuten gerührt wurde, bis das Tensid vollständig aufgelöst war.
Die Mischung wurde durch Ultrafiltration (UF) weiterbehandelt, wobei ein Hohlfaserpatronenfilter mit einer 5000 MWC Polysulfonmembran verwendet wurde. Die Lösung wurde durch den Filter mittels einer Zentrifugalpumpe zirkulieren gelassen, und der Transmembrandruck wurde bei 12 psi gehalten. Das UF-Filtrat wurde bei 254 nm durch UV-Spektroskopie gegen Standardlösungen analysiert. Es wurde festgestellt, daß es 200 ppm restliches Tensid enthielt.

Beispiel 8

Das Retentat von Beispiel 7 wird dann in einem Destillierkolben durch einen Heizmantel auf 80ºC erwärmt, dann in einen Scheidetrichter übertragen und 5 Minuten in eine Wasserphase und Tensidphase trennen gelassen. Die untere (Tensid-) Schicht wird durch UV-Spektroskopie auf Tensid untersucht und enthält 90% des ursprünglich eingebrachten Tensids.

Beispiel 9

Eine 1000 ml-Probe einer Wasserlösung, die 50 ppm Trinitrotoluol (TNT) enthielt, wurde behandelt, indem ein Kolben mit 0,20 g Octylphenoldecaäthoxylat-Tensid beaufschlagt und 2-3 Minuten lang gerührt wurde, bis das Tensid vollständig aufgelöst war.
Die wässerige Schicht wurde weiterbehandelt, um das TNT und Tensid durch Schaumfraktionierung zu entfernen. Die Lösung wurde in eine Glassäule gegeben, die am Boden mit einer porösen Glasfritte ausgestattet war. Luft wurde unter Druck durch die poröse Fritte geleitet, wodurch kleine Blasen gebildet wurden, die durch die Lösung in der Säule nach oben stiegen. Das Kopfprodukt der Säule wurde durch ein Rohr in ein Becherglas geleitet, das mit einem Entschäumer ausgerüstet war, der aus einer flachen Scheibe aus rostfreiem Stahl bestand, die mit 1800 UpM rotierte. Der Luftstrom durch die Säule wurde beibehalten, bis das Schäumen aufhörte. Die Flüssigkeit in der Säule wurde dann auf TNT- und Tensidgehalt analysiert. Beide waren nicht nachweisbar.

Beispiel 10

Der kondensierte Schaum von Beispiel 9 wird durch Ultrafiltration (UF) weiterbehandelt, wobei ein Hohlfaserpatronenfilter mit einer 5000 MWC Polysulfonmembran verwendet wird. Die Lösung wird mit einer Zentrifugalpumpe durch den Filter zirkulieren gelassen, und der Transmembrandruck wurde bei 12 psi gehalten. Das UF-Retentat wird auf TNT-Gehalt analysiert.

Beispiel 11

Eine 1000 ml-Probe einer Wasserlösung, die 120 ppm Trinitrotoluol (TNT) enthielt, wurde behandelt, indem ein Kolben mit 2,0 g Octylphenoldecaäthoxylat-Tensid beaufschlagt und 2-3 Minuten lang gerührt wurde, bis das Tensid vollständig aufgelöst war.
Die Lösung wurde dann filtriert, wie in Beispiel 2 beschrieben, und weiter behandelt, um das restliche Tensid durch Schaumfraktionierung zu entfernen; die Lösung wurde in eine Glassäule gegeben, die am Boden mit einer porösen Glasfritte ausgerüstet war. Luft wurde unter Druck durch die poröse Fritte geleitet, wodurch kleine Blasen gebildet wurden, die durch die Lösung in der Säule nach oben stiegen. Das Kopfprodukt der Säule wurde durch ein Rohr in ein Becherglas geleitet, das mit einem Entschäumer ausgestattet war, der aus einer flachen Scheibe aus rostfreiem Stahl bestand, die sich mit 1800 UpM drehte. Der Luftstrom durch die Säule wurde beibehalten, bis das Schäumen aufhörte. Die Flüssigkeit in der Säule wurden dann auf TNT- und Tensidgehalt analysiert. Beide waren nicht nachweisbar.

Beispiel 12

Der kondensierte Schaum aus Beispiel 9 wurde dann in einem Destillierkolben durch einen Heizmantel auf 80ºC erwärmt, dann in einen Scheidetrichter übertragen und 5 Minuten lang in eine Wasserphase und eine Tensidphase trennen gelassen. Die untere (Tensid-) Schicht enthält 90% des ursprünglich eingebrachten Tensids.

Claims

1. Verfahren zum Abtrennen zumindest eines gelösten organischen Stoffes aus einer Lösung, umfassend:

das Mischen der genannten Lösung mit einem oberflächenaktiven Stoff (Tensid), der im Vergleich zur Menge des genannten zumindest einen gelösten organischen Stoffes im überschuß vorhanden ist, damit der genannte gelöste Stoff vom genannten Tensid adsorbiert wird, um ein Aggregat aus Tensid und gelöstem organischen Stoff zu bilden; und

das Abtrennen des genannten Aggregats von der genannten Lösung, um eine Tensidfraktion und eine Wasserfraktion zu bilden, indem zumindest zwei der folgenden Schritte durchgeführt werden:

a. Verringern der Löslichkeit des Tensids, um eine getrennte Tensidphase und eine Wasserphase zu bilden;

b. Filtrieren der genannten Lösung; und

c. Schaumfraktionierung der genannten Lösung,

wobei die genannten zumindest zwei Schritte in der Reihenfolge a+b, b+a, b+c, c+b, a+c oder c+a durchgeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin das genannte Tensid in einer Menge vorhanden ist, die größer als etwa 1 Mol pro Mol des genannten zumindest einen gelösten organischen Stoffes ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, worin das genannte Tensid gelöste Stoffe von Tensiden umfaßt, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die anionische, kationische und nicht-ionische Tenside enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 3, worin der genannte zumindest eine gelöste organische Stoff ein nicht-ionischer gelöster organischer Stoff ist und worin der genannte Mischungsschritt das Mischen der genannten Lösung mit nicht-ionischen Tensiden umfaßt.

5. Verfahren nach Anspruch 3, worin der genannte zumindest eine gelöste organische Stoff ein ionischer gelöster organischer Stoff ist und worin der genannte Mischungsschritt das Mischen der genannten Lösung mit einer Tensidmischung umfaßt, die aus nicht-ionischen Tensiden in Kombination mit entweder kationischen oder anionischen Tensiden ausgewählt ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, worin der genannte Schritt des Verringerns der Löslichkeit das Erwärmen der genannten Lösung auf eine Temperatur über der Löslichkeitsgrenze des Tensids umfaßt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, worin der genannte Schaumfraktionierungsschritt das Durchperlen eines Gases durch die genannte Lösung umfaßt, um einen Schaum zu erzeugen.

8. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiters den Schritt des Behandelns des Aggregats aus Tensid und gelöstem organischen Stoff umfaßt, um den genannten zumindest einen gelösten organischen Stoff vom Tensid zu desorbieren.

9. Verfahren nach Anspruch 1, worin der genannte Filtrierungsschritt das Zirkulierenlassen der genannten Lösung durch einen Ultrafiltrationsfilter umfaßt.

10. Verfahren nach Anspruch 8, worin der genannte Behandlungsschritt das Strippen des genannten Aggregats durch Entfernen überschüssigen Wassers davon durch Destillation umfaßt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, worin der genannte zumindest eine gelöste organische Stoff ein flüchtiger gelöster Stoff ist und der genannte Strippschritt weiters das Entfernen des genannten zumindest einen flüchtigen gelösten Stoffes durch Destillation umfaßt.

12. Verfahren nach Anspruch 8, worin der genannte Behandlungsschritt weiters das Extrahieren des genannten Aggregats mit einem organischen Lösungsmittel umfaßt.

13. Verfahren nach Anspruch 1 zum Abtrennen zumindest eines gelösten organischen Stoffes aus einer Lösung, umfassend:

das Mischen der genannten Lösung mit einem Tensid, das im Vergleich zur Menge des genannten zumindest einen gelösten organischen Stoffes im überschuß vorhanden ist, damit der genannte gelöste Stoff durch das genannte Tensid adsorbiert wird, um ein Aggregat aus Tensid und organischem gelösten Stoff zu bilden; und

das Abtrennen des genannten Aggregats von der genannten Lösung, um eine Tensidfraktion und eine Wasserfraktion zu bilden, indem die drei folgenden Schritte durchgeführt werden:

a. das Verringern der Löslichkeit des Tensids, um eine getrennte Tensidphase und eine Wasserphase zu bilden;

b. das Filtrieren der genannten Lösung; und

c. die Schaumfraktionierung der genannten Lösung,

wobei die genannten Schritte in der Reihenfolge a+b+c oder a+c+b durchgeführt werden.