BR112012012220B1

BR112012012220B1 - Método para separar água de uma solução salina com uso de um solvente direcional

Info

Publication number: BR112012012220B1
Application number: BR112012012220-7A
Authority: BR
Inventors: Anurag Bajpayee; Daniel Kraemer; Andrew Muto; Gang Chen; John Lienhard; Borivoje Mikic
Original assignee: Massachusetts Institute Of Technology
Priority date: 2009-11-25
Filing date: 2010-11-19
Publication date: 2020-03-03
Also published as: PE20130171A1; AU2010324910B2; RU2012123619A; WO2011066193A1; IL219799A; IL219799A0; US20110108481A1; US8119007B2; RU2556669C2; ES2564319T3; CN102712502A; EP2504283A1; US20120138532A1; ZA201204346B; CN102712502B; US8501007B2; CL2012001351A1; EP2504283B1; BR112012012220A2; JP2013512092A

Abstract

método para separar água de uma solução salina com uso de um solvente direcional água substancialmente pura é produzida por meio de dessalinização com uso de um solvente direcional que dissolve de forma direcional a água, mas não dissolve o sal. o solvente direcional é aquecido para dissolver a água da solução salgada no solvente direcional. a água salgada remanescente altamente concentrada é removida, e a solução de solvente direcional e água é resfriada para precipitar água substancialmente pura da solução.

Description

MÉTODO PARA SEPARAR ÁGUA DE UMA SOLUÇÃO SALINA COM USO DE UM SOLVENTE DIRECIONAL

ANTECEDENTES

Neste século, espera-se que a escassez de água fresca ultrapasse a escassez de energia como uma preocupação global para a humanidade, e estes dois desafios estão ligados de forma inexorável. A água fresca é uma das necessidades mais fundamentais dos humanos e outros organismos. Cada ser humano precisa consumir um mínimo de cerca de dois litros por dia, além de demandas maiores de água fresca em processos agrícolas assim como industriais. Entretanto, técnicas para transportar água fresca ou para produzir água fresca por meio de dessalinização tendem a ser altamente exigentes em relação a suprimentos crescentemente escassos de energia a preço 15 acessível.

Os perigos impostos por suprimentos insuficientes de água são particularmente sérios. Uma escassez de água fresca pode levar a fome, doença, morte, migração em massa forçada, conflito/guerra entre regiões (de Darfur ao sudoeste 20 da América), e ecossistemas em colapso. Apesar do estado crítico da necessidade por água fresca e as consequências profundas de escassezes, os suprimentos de água fresca são particularmente restritos. Na Terra, 97,5% da água é salgada, e cerca de 70% do restante está presa como gelo (a maioria em - 25 calotas polares e geleiras), deixando somente 0,75% de toda a água da Terra como água fresca disponível.

Além disso, esse 0,75% de água fresca disponível não está igualmente distribuído. Por exemplo, países em desenvolvimento altamente povoados, tais como índia e China, 30 têm muitas regiões que estão submetidas a suprimentos escassos. Além disso, o suprimento de água fresca é normalmente sazonalmente inconsistente. Tipicamente limitada a bacias de drenagem regionais, a água é pesada e seu

2/19 transporte é custoso e intensivo em energia.

Entretanto, as demandas por água fresca estão aumentando pelo globo. Os reservatórios estão secando; os aquíferos estão diminuindo; os rios estão recando; e as 5 geleiras e as calotas polares estão diminuindo. As populações em crescimento aumentam a demanda, assim como deslocamentos na agricultura e industrialização crescente. A mudança climática impõe ainda mais ameaças em muitas regiões. Consequentemente, o número de pessoas que encaram a escassez 10 de água está aumentando.

Quantidades enormes de energia são tipicamente necessárias para produzir água fresca a partir da água do mar (ou, em um grau menor, a partir de água salobra) , especialmente para locais remotos. A osmose reversa (RO) é 15 atualmente a tecnologia de dessalinização principal, mais é intensiva em energia e ainda relativamente ineficiente devido às grandes pressões necessárias para conduzir a água através das membranas semipermeáveis e sua tendência à obstrução. Em instalações de larga escala, a energia/volume necessário pode 2 0 ser tão pouco quanto 4 kWh/m³ a uma recuperação de 3 0%, em comparação ao mínimo teórico em cerca de 1 kWh/m³, embora sistemas de RO de escala menor (por exemplo, navios a bordo) tenham eficácia muito pior, por uma ordem de magnitude. Outro método popular é a destilação rápida em múltiplos estágios 25 (MSF), também um processo intensivo em energia e capital.

Ao invés de extrair água pura, os métodos eletroquímicos, tais como eletrodiálise (ED) e dessalinização capacitiva (CD), extraem apenas sal suficiente para conseguir água potável (< 10 mM). Os sistemas de dessalinização eletroquímicos em larga escala são menos eficazes que as instalações de RO na dessalinização de água do mar (por exemplo, 7 kWh/m³ é o estado da técnica em ED) , mas se tornam mais eficazes para água salobra (por exemplo, CD pode atingir

3/19

0,6 kWh/m³) . Em geral, as técnicas existentes para remoção de sal de água, alguns dos quais existem por séculos, tendem a ser custosos ou complicados ou ambos.

SUMÁRIO

São descritos na presente invenção métodos e aparelhos para dessalinização de água com uso de extração por solvente direcional. Várias modalidades dos aparelhos e método podem incluir alguns ou todos os elementos, recursos e etapas descritos abaixo.

Certos solventes, tais como óleos comestíveis (por exemplo, óleo de soja) e alguns ácidos graxos, possuem uma característica incomum de serem capazes de dissolver de forma direcional a água enquanto não dissolvem outros sais solúveis em água, tal como cloreto de sódio, ou impurezas e enquanto são insolúveis ou quase insolúveis em água (isto é, a água se dissolve na maioria da fase de solvente direcional, mas o solvente direcional não se dissolve na maioria da fase de água em mais que quantidades residuais) . Esse fenômeno de solubilidade direcional é explorado, na presente invenção, em um novo método de dessalinização controlada por temperatura de uma solução salina.

Em um exemplo do método, uma solução salina (por exemplo, água do mar) é colocada em contato com um solvente direcional. O solvente direcional pode incluir um ácido carboxílico (isto é, um composto que inclui um grupo carboxila, R-COOH), tal como ácido decanoico, CH3(CH2)8COOH. A solução salina e o solvente são aquecidos antes ou após o contato para acentuar a dissolução direcional da água no solvente e para assim produzir fases distintas, uma primeira fase que inclui o solvente e água da solução salina e uma segunda fase que inclui um remanescente altamente concentrado da solução salina. A primeira fase se separa da segunda fase e é extraída. Alternativamente, a segunda fase pode ser

4/19 extraída da primeira fase. Após a extração, a primeira fase é resfriada para precipitar a água do solvente; e a água precipitada é então removida do solvente. A água extraída pode estar na forma de água substancialmente pura (por 5 exemplo, adequada para uso industrial ou agrícola ou até mesmo atendendo os padrões de pureza de água potável, tal como 99,95% de pureza).

Os métodos dessa revelação podem usar calor de qualidade baixa, que pode vir de fontes de calor terrestres, 10 do oceano, do sol, ou como calor residual de outros processos. Esses métodos de dessalinização podem ser também fáceis de usar e podem oferecer economias de energia e custos com relação aos métodos de dessalinização atuais.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 é uma ilustração esquemática de um processo de dessalinização de extração por solvente direcional, escala de laboratório.

A Figura 2 é uma ilustração de um estágio inicial no processo, em que a água salina é misturada com um solvente 20 direcional.

A Figura 3 é uma ilustração que mostra o uso de uma placa de agitação para agitar a mistura da água salina e solvente para criar uma emulsão.

A Figura 4 é uma ilustração que mostra a imersão da 25 emulsão em um banho de água quente para elevar a temperatura da emulsão.

*

A Figura 5 é uma ilustração que mostra a separação da emulsão aquecida em uma camada superior de solvente com água dissolvida e uma camada inferior de água salina 30 altamente concentrada.

A Figura 6 é uma ilustração que mostra a decantação da camada superior de solvente e água dissolvida em um tubo.

A Figura 7 é uma ilustração que mostra o

5/19 resfriamento do solvente decantado e água dissolvida para precipitar pequenas gotículas de água do solvente.

A Figura 8 é uma ilustração que mostra o uso de dieletroforese para separar as gotículas de água do solvente, com a água separada sendo coletada no fundo do tubo.

A Figura 9 é uma ilustração que mostra a recuperação de água substancialmente pura do fundo do tube.

A Figura 10 é uma ilustração que mostra o uso de uma placa de agitação para agitar a mistura de água salina e solvente de ácido decanoico para criar uma emulsão aquecida.

A Figura 11 é uma ilustração que mostra a separação da emulsão aquecida em uma camada superior de ácido decanoico com água dissolvida e uma camada inferior de água salina altamente concentrada.

A Figura 12 é uma ilustração que mostra a decantação da camada superior de solvente e água dissolvida em um tubo aquecido em um banho de água quente.

A Figura 13 é uma ilustração que mostra o uso de dieletroforese em um tubo aquecido para separar as gotículas de água do solvente, com a água separa sendo coletada no fundo do tubo.

A Figura 14 é um gráfico que plota o rendimento de água fresca a partir do solvente de ácido decanoico como uma função de temperatura.

A Figura 15 é um gráfico que plota o consumo de energia para um processo de dessalinização com uso de ácido decanoico como um solvente como uma função de temperatura.

Nos desenhos anexos, caracteres de referência similares referem-se á mesma parte ou partes similares por todas as diferentes vistas. Os desenhos não estão necessariamente em escala, sendo, ao invés disso, dada ênfase aos princípios particulares ilustrados, discutidos abaixo.

DESCRIÇÃO DETALHADA

6/19

Os antecedentes e outros recursos e vantagens de vários aspectos da(s) invenção(ões) serão aparentes a partir do seguinte, da descrição mais particular de vários conceitos e modalidades específicas dentro dos limites mais amplos da(s) invenção(ões). Vários aspectos do assunto em questão introduzidos acima e discutidos em mais detalhes abaixo podem ser implantados em qualquer uma de inúmeras formas, já que o assunto em questão não é limitado a qualquer maneira particular de implantação. Os exemplos de implantações e aplicações específicas são fornecidos primariamente para fins ilustrativos.

A não ser que de outra forma definidos, os termos (incluindo termos técnicos e científicos) usados na presente invenção têm o mesmo significado conforme comumente entendido por um versado na técnica ao qual esta invenção pertence. Deve-se ainda entender que os termos, tais como aqueles definidos em dicionários comumente usados, devem ser interpretados como tendo um significado que seja consistente com seu significado no contexto da técnica relevante e não deve ser interpretado em um sentido idealizado ou excessivamente formal a não ser que expressamente assim definido na presente invenção. Por exemplo, se uma composição particular for referida, realidades imperfeitas, práticas, podem aplicar, por exemplo, a presença potencial de ao menos impurezas residuais (por exemplo, em menos de 0,1% em peso ou volume) podem ser entendidas como estando dentro do escopo da invenção.

Embora os termos, primeiro, segundo, terceiro, etc., possam ser usados na presente invenção para descrever vários elementos, esses elementos não devem ser limitados por esses termos. Esses termos são simplesmente usados para distinguir um elemento de outro. Assim, um primeiro elemento, discutido abaixo, poderia ser designado como um segundo

7/19 elemento sem afastamento dos ensinamentos das modalidades exemplificativas.

Os termos de relação espacial, tais como, acima, superior, embaixo, abaixo, inferior e similares, podem ser usados na presente invenção para facilitar a descrição da relação de um elemento com outro elemento, conforme ilustrado nas figuras. Deve-se entender que os termos de relação espacial pretendem incluir diferentes orientações do aparelho em uso ou operação em adição à orientação representada nas figuras. Por exemplo, se o aparelho nas figuras está virado, os elementos escritos como abaixo ou embaixo de outros elementos ou recursos estariam então orientados acima dos outros elementos ou recursos. Assim, o termo exemplificativo acima pode incluir tanto uma orientação de acima quanto de abaixo. O aparelho pode ser orientado de outra forma (por exemplo, girado 90 graus ou em outras orientações) e os descritores de relação espacial usados na presente invenção interpretados de acordo com a mesma.

Ademais, nessa revelação, quando um elemento é referido como estando ligado, conectado a ou acoplado a outro elemento, o mesmo pode estar diretamente ligado, conectado ou acoplado ao outro elemento ou elementos intervenientes podem estar presente a não ser que de outra forma especificado.

A terminologia usada na presente invenção é para fins de descrição de modalidades particulares e não pretende limitar as modalidades exemplificativas. Conforme usadas na presente invenção, as formas singulares um, uma e o/a pretendem incluir as formas plurais também, a não ser que o contexto claramente indique de outra forma. Adicionalmente, os termos, inclui, que inclui, compreende e que compreende especificam a presença dos elementos ou etapas

8/19 determinados, mas não excluem a presença ou adição de um ou mais outros elementos ou etapas.

Um lote, exemplificação em escala de laboratório de um processo de dessalinização é amplamente e esquematicamente ilustrado na Figura 1 com vários estágios mostrados em maiores detalhes nas Figuras 2 a 9. 0 processo pode também ser executado em uma escala industrial, maior, com uso de aparelhos automáticos maiores. Além disso, o processo pode também ser conduzido em um processo em estágios, contínuo, em que a solução salina é continuamente inserida e água substancialmente pura é continuamente emitida.

processo da Figura 1 começa no estágio A com a adição de uma solução salina 12 e calor Q, a um solvente direcional 14 em um recipiente 16. O solvente direcional 14 e a solução salina 12 são misturados 11 para produzir uma emulsão 22, conforme mostrado no estágio B. Com a adição de mais calor, Q, a água da solução salina então se dissolve 13 no solvente direcional através do estágio C; e o remanescente concentrado 30 da solução salina se assenta 15 ao fundo do recipiente 16 no estágio D.

O recipiente 16 é então removido da fonte de calor e a solução de água no solvente direcional é decantada 17 a partir do recipiente para um vaso secundário no estágio E e deixada resfriar para precipitar 19 água da solução, conforme mostrado no estágio F. A água precipitada se assenta 21 ao fundo do vaso no estágio G e é então recuperada 23 como água substancialmente pura do fundo do vaso no estágio H. Conforme mostrado, o solvente direcional pode então ser reutilizado 25 conforme o processo é repetido com solução salina adicional.

Voltando-se às etapas desse processo a partir do começo em um exemplo mais específico, partindo da Figura 2 (estágio A na Figura 1), uma solução salina 12 é adicionada a um recipiente (por exemplo, um béquer) 16 preenchido com um

9/19 solvente direcional 14 à ou próximo à temperatura ambiente (por exemplo, 25 a 35°C) . A solução salina 12 pode ser de ocorrência natural — por exemplo, na forma de água salina extraída do mar. O solvente direcional 14 pode ser, por exemplo, um óleo comestível, tal como óleo de soja, óleo de palma, óleo de semente de colza, óleo de coco ou solo de semente de linho, que inclui ácidos graxos. Alternativamente, o solvente direcional pode consistir essencialmente em um ou mais ácidos graxos selecionados. Os ácidos graxos adequados incluem cadeias de carbono de, por exemplo, 6 a 13 átomos de carbono, tal como ácido decanoico, que tem uma um comprimento de cadeia de carbono de 10 átomos de carbono. O ácido graxo pode ser também um sólido à temperatura ambiente (por exemplo, a cerca de 30°C e/ou abaixo). O ácido decanoico é considerado substancialmente insolúvel em água (por exemplo, dissolvendo em água até somente cerca de 4 0 a 5 0 partes per por milhão); e o ácido decanoico é relativamente inócuo a humanos, já que é naturalmente encontrado no leite. Nos métodos para separar água de uma solução salina, um grupo hidróxido hidrofílico do ácido graxo pode se ligar à água da solução salina.

recipiente 16 com a solução salina combinada 12 e o solvente direcional 14 são então misturados para formar uma emulsão. Conforme mostrado na Figura 3 (estágio B na Figura 1) , em um ambiente de escala de laboratório, a mistura pode ser executada em uma placa de agitação magnética 20 com um agitador magnético 18 gotejado no recipiente 16. A placa de agitação 20 desloca magneticamente o agitador magnético 18 no recipiente 16 para vigorosamente misturar o solvente 14 e a solução salina 12 para produzir uma emulsão 22 dos dois líquidos. A mistura é conduzida até a emulsão 22 parecer turva à visão (por exemplo, nessa modalidade, por cerca de 30 segundos).

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A emulsão 22 no recipiente 16 é exposta a uma fonte de calor 24 (por exemplo, na forma de um banho de água quente), conforme mostrado na Figura 4 (estágio C na Figura 1), e pré-aquecida até uma temperatura de pré-aquecimento de, por exemplo, cerca de 75°C ou, em outras modalidades, somente até uma temperatura tal baixa quanto 4 0°C, com a temperatura elevada refletida pelo mercúrio elevado no termômetro ilustrado 26. Alternativamente, o solvente 14 e/ou a solução salina 12 podem ser aquecidos antes do contato ou mistura. O calor pode ser fornecido, por exemplo, por calor residual de outro processo ou de fontes terrestres de calor, do oceano, ou de simples aquecimento solar do sol. A emulsão 22 permanece submetida à fonte de calor para manter a temperatura de pré-aquecimento (por exemplo, por um dia) para permitir que a água da solução salina goteje na emulsão 22 para se dissolver no solvente direcional.

A solução 2 8 do solvente com a água dissolvida se eleva até o topo do recipiente 16 e parece clara à visão, enquanto o remanescente concentrado 30 da solução salina se separa ao fundo do recipiente 16, conforme mostrado na Figura 5 (estágio D na Figura 1).

O recipiente 16 é então removido da fonte de calor 24 e a solução 28 que inclui o solvente e a água dissolvida é decantada a partir do recipiente 16 para os vasos secundários 32 (por exemplo, na forma de tubos cônicos), conforme mostrado na Figura 6 (estágio E na Figura 1) , e deixada resfriar (por exemplo, no ar ambiente) de volta à temperatura ambiente, conforme mostrado na Figura 7 (estágio F na Figura 1) . Conforme a solução 28 resfria, a solução 28 se trona turva, indicando a precipitação de pequenas gotículas de água para formar uma emulsão 34.

Opcionalmente, para agilizar a separação da água precipitada e a separação da água do solvente, a emulsão 34

11/19 da água precipitada e o solvente, apesar de mantidos no tubo

32 em um	suporte	33,	pode ser	submetida	à	dieletroforese,
conforme	mostrado	na	Figura 8	(estágio	G	na	Figura	1) .
Conforme	mostrado,	uma	fonte de	alimentação	40	é	acoplada	por

meio de fios condutivos 38 a um par de eletrodos 35 e 36 posicionados no fundo e topo do vaso 32. A fonte de alimentação 40 produz uma diferença potencial através dos eletrodos 35 e 36, em que a não uniformidade do formato do eletrodo (por exemplo, uma placa plana em uma extremidade e uma agulha na outra extremidade) produz um campo elétrico não uniforme que age sobre as gotículas de água para separá-las do solvente. Consequentemente, a água substancialmente pura 42, que tem uma densidade maior que o solvente, é coletada no fundo do vaso 32 e removida por meio de um furo no fundo do vaso e coletada em um reservatório de água 44 (nessa modalidade, na forma de um béquer), conforme mostrado na Figura 9 (estágio H na Figura 1).

A água substancialmente pura 42 pode ter um teor de sal em peso por peso de a, por exemplo, menos que 1,5%, menos que 0,14%, ou menos que 0,05%. Opcionalmente, uma dessalinização adicional pode ser empregada após os métodos de separação de água descritos acima para atingir um nível mais alto de pureza da água. Por exemplo, um segundo estágio de dessalinização pode ser na forma de osmose reversa ou destilação rápida.

Em sistemas grandes, a recuperação de calor pode ser usada para aprimorar a eficácia do sistema. Por exemplo, o calor liberado no resfriamento para precipitar água pura pode ser usado para aquecer a emulsão de sal e água em óleo.

Uma aplicação para esse aparelho e métodos é na produção de óleo de petróleo ou gás natural, em que o solvente direcional pode ser usado para separar sais e outros componentes que são insolúveis no solvente direcional, por

12/19 exemplo, da água produzida (isto é, a água que é produzida juntamente com o óleo e gás) ou água de fraturamento (isto é, água de fratura hidráulica) que é gerada, particularmente, quando se extrai óleo de areias de piche ou quando se extrai gás natural de xisto. A água de fraturamento pode ter uma concentração de sal três vezes maior que da água do mar típica e pode incluir, por exemplo, benzeno e metais pesados. E tipicamente, a água produzida ou água de fraturamento é transportada para fora do sítio por tratamento e/ou contida em piscinas acima do solo.

Tanto na osmose reversa quanto à rápida de múltiplos estágios eximem desempenho mais baixo no tratamento de água produzida ou de fraturamento, em que uma salinidade muito mais alta na água produzida ou de fraturamento aumenta o consumo de energia e causa obstrução aumentada da membrana. Misturando-se, ao invés disso, a água produzida com o solvente direcional, a maior parte da água pode ser extraída na forma substancialmente pura com uso de energia e entradas de calor relativamente baixas e a um custo razoável, deixando um produto residual muito mais concentrado e de volume mais baixo e permitindo que a água extraída seja reutilizada no processo de extração de óleo, assim oferecendo benefícios ambientais substanciais em termos de retenção de resíduos, demandas de água mais baixas, menos poluição ambiental e eficácia maior.

EXEMPLIFICAÇÃO 1:

MATERIAIS, MÉTODOS E OBSERVAÇÕES:

Em um primeiro experimento, óleo de soja foi usado como o solvente direcional. 0 óleo de soja um limite de saturação em água de 0,3% em volume a 25°C, e espera-se que esse limite de saturação quase dobre a 60°C. 0 óleo de soja não é custoso e está facilmente disponível.

Uma solução aquosa de cloreto de sódio foi

13/19 preparada para simular a água do mar. O teor de sal dessa solução foi medido com uso de um Medido de Sal Horiba e foi encontrada sendo 3,367% + 0,115%.

Cerca de 6 ml dessa solução salgada foi adicionada a cerca de 300 ml de óleo de soja e misturados vigorosamente em um recipiente em uma placa de agitação para produzir uma emulsão de solução salgada em óleo. A mistura foi agitada por cerca de 30 segundos até os conteúdos do recipiente parecerem turvos à visão.

Esse recipiente de emulsão foi então colocado em um banho de água quente pré-aquecido a 75 °C. A emulsão foi deixada no banho de água quente por 24 horas (esse período de incubação pode facilmente ser diminuído ou aumentado para otimizar a velocidade ou saída de processamento) para permitir que parte da água da emulsão goteje para se dissolver no óleo. Espera-se que essa dissolução direcional de água no óleo torne as gotículas remanescentes altamente concentradas com sal, e espera-se que essas gotículas se separem sob gravidade ao fundo de um recipiente.

Após 24 horas de incubação, o recipiente de emulsão foi tirado do banho de água quente. Como esperado, uma quantidade significante da solução salgada tinha se separado para o fundo do recipiente, e o óleo acima pareceu claro à visão. Essa mudança de turvo para claro indica que as gotículas de emulsão ou se dissolveram ou se separaram para o fundo do recipiente.

óleo acima da solução salgada separada foi decantado em seis diferentes tubos cônicos de 50 ml e deixado resfriar no ar à temperatura ambiente. Como esperado, após diversas horas de resfriamento descendente, o óleo pareceu voltar a turvo novamente, indicando a precipitação de pequenas gotículas de água.

Para agilizar o processo de separação dessa água

14/19 precipitada e sua separação do óleo, as emulsões foram submetidas à dieletroforese. No processo de dieletroforese, um campo elétrico não uniforme foi usado para separar os particulados (aqui, gotículas de água) de um fluido hospedeiro (aqui, o óleo). Especificamente, a mistura foi submetida a um campo elétrico de cerca de 2 kV/cm por cerca de 5 minutos. Separação significante de água do óleo foi observada. Essa água separada e aparentemente dessalinizada foi removida por um furo no fundo dos tubos cônicos. Cerca de 1,5 ml de água foram recuperados.

A água recuperada foi testada com uso do Medidor de Sal Horiba e o teor final de sal foi revelado como sendo 0,5833% ± 0,0681%.

DISCUSSÃO:

Como esperado, o teor de sal da solução salgada inicial foi significantemente reduzido com uso do processo demonstrado.

Embora a concentração de sal final tenha sido significantemente menor que a concentração inicial, não está nos padrões de consumo de 0,05%. 0 sal remanescente na água recuperada é atribuído à possibilidade de que nem toda a água não dissolvida que continha sal foi separada antes da decantação e eventualmente misturada com a água pura. O teor de sal pode ser reduzido submetendo-se a mistura à dieletroforese antes do resfriamento para acentuar a separação de microgotículas de água salgada altamente emulsificada e assim reduzir ainda mais a concentração final de sal da água recuperada. Alternativamente, mesmo com tal teor de sal, esse processo pode ser usado como um primeiro estágio (pré-tratamento) de dessalinização, em combinação com, por exemplo, o uso de tecnologia de separação de água baseada em membrana em um segundo estágio subsequente. Nesse contexto, esse processo de dessalinização do primeiro estágio

15/19 reduz a energia e o custo necessários para produzir água de alta pureza no processo do segundo estágio.

Outra área para aprimoramento foi o pequeno volume de água pura que foi recuperado; a água pura recuperada foi somente cerca de 0,5% do volume de óleo usado. Essa recuperação limitada poderia tornar o processo ineficientes em energia assim como ineficiente em tamanho. Para tratar dessa questão, outros solventes direcionais, tal como ácido decanoico, que são capazes de dissolver quantidades maiores de água, podem ser usados.

A despeito dessas áreas que podem ser direcionadas para aprimoramento, os resultados desse experimento foram vistos como sendo extremamente promissores; e acredita-se que esse método com as modificações contempladas poderia render água pura enquanto ainda mantém as eficácias de energia e tamanho.

EXEMPLIFICAÇÃO 2:

Em uma tentativa de revelar um processo mais eficaz, um segundo experimento foi conduzido, em que os experimentos descritos acima foram repetidos com uso de ácido decanoico como o solvente. O ácido decanoico dissolve cerca de 3,4% de água (isto é, de forma que a solução inclui cerca de 3,4% de água dissolvida) a 33°C e cerca de 5,1% de água a 62°C. O ácido decanoico puro é um sólido abaixo de 30 °C.

ácido decanoico foi inicialmente ligeiramente aquecido (a cerca de 30°C) para fundir-se antes da solução salina ter sido adicionada, e a placa de agitação 20 foi aquecida para aquecer a mistura (conforme mostrado pelo termômetro 26 refletindo uma temperatura elevada) quando se forma a emulsão 22, conforme mostrado na Figura 10. Após a agitação, a emulsão foi deixada repousar na placa de aquecimento/agitação 20 para permitir a separação da solução de solvente e água dissolvida 28 do remanescente altamente

16/19 concentrado da solução salina 30, conforme mostrado na Figura

11.

Posteriormente, a fase que contém solução de ácido decanoico e água dissolvida 28 foi transferida para os tubos cônicos 32 colocados em um banho de água 48, conforme mostrado na Figura 12, em que os conteúdos foram deixados resfriar e repousar por diversas horas antes da separação final da água substancialmente pura. Em seguida, conforme mostrado na Figura 13, foi fornecido aquecimento por meio de uma bobina de aquecimento resistiva 46 durante a dieletroforese para manter o ácido decanoico acima de 30°C e impedir a solidificação. Finalmente, a água substancialmente pura 42, que tem uma densidade maior que o ácido decanoico, é coletada no fundo do vaso 32 e removida por meio de um furo no fundo do vaso 32 e coletada em um reservatório de água 44, conforme mostrado na Figura 9. Esse segundo experimento inclui ciclos experimentais em que a emulsão foi aquecida às temperaturas de 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, e 80°C. Partindo de um teor de sal inicial de 3,5% em peso por peso (p/p), a água dessalinizada continha entre 0,06% e 0,11% de sal com um rendimento entre 0,4% p/p e 2% p/p de água dessalinizada a partir da emulsão (em que o rendimento é o peso de água recuperada dividido pelo peso unitário do solvente usado), dependendo da temperatura operacional superior. Assim, esse solvente não é somente consideravelmente mais eficaz (que o óleo de soja, conforme usado no primeiro experimento) , como a remoção de sal é também muito mais eficaz com ácido decanoico. A salinidade da água recuperada está na faixa de padrões de água potável de agrícola. A Figura 14 sumariza os resultados, em que os rendimentos (círculos) 49 e as salinidades da água recuperada (triângulos) 50 de ciclos experimentais diferentes são plotados. São também plotados os rendimentos experimentais

17/19 (quadrados) 52 quando a água pura foi dissolvida no ácido decanoico. A linha tracejada 54 reflete o rendimento calculado a partir dos dados de solubilidade de C. Hoerr, et al. , The Effect of Water on Solidification Points of Fatty Acids, Journal of the American Oil Chemists' Society, Volume 19, 126 a 128 (1942) . Finalmente, o limite de salinidade de EPA é mostrado como a linha de traços e pontos 56 na parte inferior do gráfico, com a salinidade de WHO plotada como uma segunda linha de traços e pontos 58 logo acima da mesma.

Adicionalmente, outro benefício de usar o ácido decanoico como um solvente é que o ácido decanoico é um sólido abaixo de 30°C, e assim se qualquer solvente é deixado para trás na água recuperada como uma impureza, esse pode ser facilmente removido por resfriamento da mistura abaixo de 30°C e separação da água das impurezas sólidas.

consumo de energia foi calculado para um processo de dessalinização industrial com uso de ácido decanoico como o solvente direcional e é sumarizado na Figura 15, em que o consumo de energia dos resultados experimentais (círculos) 60 nas temperaturas de pré-aquecimento de 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75 e 80°C, são comparados com os valores da literatura para consumo de energia de osmose reversa (triângulos ocos) 62 e rápida de múltiplos estágios (diamantes) 64. Essas plotagens de consumo de energia representam a quantidade máxima de equivalente de trabalho elétrico usado para remover o sal da água do mar. É também representado consumo de energia de temperatura de fonte real da osmose reversa (triângulos cheios) 66 dado que a eletricidade é derivada de uma estação de força a altas temperaturas. Para extrapolar os resultados experimentais a números para um processo industrial contínuo, uma eficácia de trocador de calor de 80% foi assumida. A energia para conversão de trabalho para o processo proposto foi feita à

18/19 eficácia de Carnot, que é o máximo teórico alcançável com uso de uma máquina térmica. Na realidade, nenhuma máquina térmica é eficaz nas temperaturas operacionais baixas usadas aqui, e os equivalentes de trabalho elétrico reais poderíam ser muito mais baixos que aqueles calculados. A linha tracejada 68 no vãmente se baseia no consumo de energia calculado a partir dos dados de solubilidade de C. Hoerr, et al., The Effect of Water on Solidification Points of Fatty Acids, Journal of the American Oil Chemists' Society, Volume 19, 126 a 128 (1942) .

Na descrição de modalidades da invenção, terminologia específica é usada para fins de clareza. Para o fim de descrição, os termos específicos pretendem ao menos incluir equivalentes técnicos e funcionais que operam de uma maneira similar para alcançar um resultado similar. Adicionalmente, em algumas ocorrências em que uma modalidade particular da invenção inclui uma pluralidade de elementos de sistema ou etapas de método, esses elementos ou etapas podem ser substituídos por um único elemento ou etapa; similarmente, um único elemento ou etapa pode ser substituído por uma pluralidade de elementos ou etapas que sirvam ao mesmo fim. Ademais, onde parâmetros para várias propriedades são especificados na presente invenção para as modalidades da invenção, esses parâmetros podem ser ajustados para cima ou para baixo em 1/100, 1/50, 1/20, 1/10, 1/5, 1/3, 1/2, 3/4, etc. (ou para cima por um fator de 2, 5, 10, etc.), ou por aproximações arredondadas dos mesmos, a não ser que de outra forma especificado. Além disso, apesar de esta invenção ter sido mostrada e descrita com referências a modalidades particulares da mesma, aqueles versados na técnica entenderão que várias substituições e alterações na forma e detalhes podem ser feitas nas mesmas sem se afastar do escopo da invenção. Além disso, outros aspectos, funções e vantagens

19/19 estão também dentro do escopo da invenção; e todas as modalidades da invenção não precisam necessariamente atingir todas as vantagens ou possuir todas as características descritas acima. Adicionalmente, as etapas, elementos e recursos discutidos na presente invenção em conexão com uma modalidade podem ser similarmente usados em conjunto com outras modalidades. Os conteúdos de referências, incluindo textos de referência, artigos de jornal, patentes, pedidos de patente, etc., citados por todo o texto são incorporados ao presente a título de referência em sua totalidade; e os componentes, etapas e caracterizações apropriadas dessas referências opcionalmente podem ou não estar incluídos nas modalidades desta invenção. Além disso, os componentes e etapas identificados na seção de Antecedentes estão integrados a esta revelação integral e podem ser usados em conjunto com ou usados em lugar dos componentes e etapas descritos em outra parte na revelação dentro do escopo da invenção. Nas reivindicações de método, em que os estágios são citados em uma ordem particular — com ou sem caracteres de prefácio sequenciados adicionados para facilitar a referência — os estágios não devem ser interpretados como sendo temporariamente limitados à ordem em que foram citados, a não ser que de outra forma especificado ou implicado pelos termos e expressões.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. MÉTODO PARA SEPARAR ÁGUA DE UMA SOLUÇÃO SALINA COM USO DE UM SOLVENTE DIRECIONAL, sendo que o método é caracterizado por compreender:

fornecer o solvente direcional e a solução salina que compreende água e ao menos um sal, em que o solvente direcional inclui um ácido carboxílico com uma cadeia de carbono de 6 a 13 átomos de carbono;

produzir uma emulsão da solução salina no solvente direcional;

aquecer o solvente direcional antes ou após o contato com a solução salina para produzir uma primeira fase que inclui o solvente direcional e água da solução salina dissolvida no solvente direcional, e uma segunda fase que

inclui um remanescente altamente concentrado da solução salina; permitir que a primeira fase se separe da segunda fase; extrair a primeira fase que inclui o solvente

direcional e a água dissolvida do remanescente altamente concentrado da solução salina ou extrair o remanescente altamente concentrado da solução salina a partir da primeira fase;

resfriar a primeira fase após a extração para precipitar a água do solvente direcional; e remover a água precipitada do solvente direcional em que a água é dissolvida e precipitada a partir do solvente numa atmosfera com uma pressão inferior a 10 atm.
2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo solvente direcional incluir um composto que dissolve água, mas não dissolve impurezas e sais solúveis em água e que é completamente ou substancialmente insolúvel em água.

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3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo solvente direcional incluir um composto com um grupo hidróxido hidrofílico, e em que o grupo

hidróxido hidrofílico se de liga à água da solução salina. 4 . MÉTODO, acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo grupo hidróxido hidrofílico ser parte de um grupo carboxila. 5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo ácido < carboxílico incluir ácido decanoico. 6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo solvente direcional ser um sólido a temperaturas de 30°C e abaixo. 7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1,

caracterizado por compreender, ainda, misturar o solvente direcional e a solução salina para produzir a emulsão antes de aquecer o solvente direcional e a solução salina.

8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender, ainda, misturar o solvente direcional e a solução salina para produzir a emulsão após aquecer o solvente direcional.
9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender, ainda, usar dieletroforese para separar a água precipitada do solvente direcional.
10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo solvente direcional ser aquecido com uso de energia de uma fonte de calor de temperatura média de não mais que 75°C.
11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo solvente direcional ser aquecido com uso de energia de uma fonte de calor de temperatura baixa de não mais que 40°C.
12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo solvente direcional e a solução salina

Petição 870190118567, de 14/11/2019, pág. 5/8

3/3 serem aquecidos com uso de calor de outro processo.
13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo solvente direcional e a solução salina serem aquecidos com uso de calor terrestre ou calor solar.
14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela água precipitada extraída ter um teor de sal em peso por peso de menos que 1,5%.
15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela água precipitada extraída ter um teor de sal em peso por peso de menos que 0,14%.
16. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela água precipitada extraída ter um teor de sal em peso por peso de menos que 0,05%.
17. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela separação da água a partir da solução salina com uso do solvente direcional ser um primeiro estágio em um processo de dessalinização de múltiplos estágios, sendo que o método compreende, ainda, submeter a água precipitada, após a extração, a um segundo estágio de dessalinização para alcançar um nível mais alto de pureza.
18. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo segundo estágio de dessalinização incluir osmose reversa ou destilação rápida.
19. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender, ainda, reutilizar o solvente direcional para repetir o método de separação de água a partir de solução salina.