CN101683605A - 用于形成不溶性化合物的装置以及使用该装置来形成不溶性化合物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种由包含待处理水溶液的盐形成不溶性化合物的装置及形成不溶性化合物的方法。该装置包括反应器，该装置包括一对电极，具有不同的构造并由不同的材料制成，插入反应器的侧面，一个与另一个相对，连接至位于装置外部的电源和磁感应源；第二对电极，具有不同的构造并由不同的结构材料制成，插入到反应器内，一个与另一个相对，并与第一对电极相邻，连接至位于反应器外部的频率发生器；螺旋形传导元件，其位于反应器的外部并被连接至电源和磁感应源；注射器，将由吹气泵和光子发射器产生的光子化空气通过毛细管注射进入反应器中；位于反应器外部的电场和磁场发生器以及可调节的频率发生器；以及位于反应器外部的速度可调的浆状搅拌装置。
Description
技术领域
本发明的应用领域为通过化学、电学和磁学过程将可溶性盐变成不溶物来回收可溶性盐。
背景技术
在现有技术中存在许多过程(方法)，其中化学反应导致不溶性产物。然而，其他反应，形成可溶性盐，由于该原因使它们不能从水溶液中分离。
本发明通过从水溶液中获取所有的可溶性盐并迫使它们形成不溶性化合物来解决该技术问题。
形成不溶性盐的过程(方法)的实例可以在现有技术中找到如下：
JP2004255627披露了一种作为预处理以防止膜被反渗透污染(fauling)的盐不溶解(不溶化)的过程。该过程不使用任何磁场和频率，并且无法使氯化物或硫酸盐不溶解。
US 5858249披露了一种在一类电解池(electrolytic cell)中离子物质的不溶解(不溶化)的过程，其作为电凝聚起作用以与固有地包含在水溶液中的盐形成不溶物，并且添加牺牲电极的离子。该过程不能沉淀氯化物或硫酸盐。
CN 1131127C披露了一种通过添加化学试剂(如磷酸盐和钡盐)使包含在水溶液中的盐不溶解的过程。沉淀物溶液通过过滤被分离，水溶液，在这种情况下为水，以低盐含量结束。该过程不施加电场、磁场或频率场，并且不能形成化合物。
发明内容
本发明包括一种通过物理刺激的方式在液体介质中形成不溶性化合物(chemical compounds)的程序(流程)。由此形成的化合物可以为无机或有机的，简单或复合的。通过本发明解决的技术问题在于将高度可溶性盐转变为不溶性化合物，使得它们可以从水溶液中分离以获得来自分离的盐和纯化的残留液体两者的益处。
本发明的一个方面，提供了一种由包含待处理的水溶液的盐形成不溶性化合物的装置，该装置包括反应器，该装置包括：a)一对电极，具有不同的构造并由不同的材料制成，被插入反应器的侧面，一个与另一个相对，被连接至位于装置外部的电源和磁感应源；b)第二对电极，具有不同的构造并由不同的结构材料制成，被插入到反应器内，一个与另一个相对，并且与第一对电极相邻，被连接至位于反应器的外部的频率发生器；c)螺旋形传导元件，其位于反应器的外部并被连接至电源和磁感应源，其中通过该元件流动的电流产生特定磁场；d)注射器，将由吹气泵(blowing pump)和光子发射器产生的光子化(photonized)空气通过毛细管注射进入所述反应器中，所述毛细管紧邻连接至所述电源的阴极的电极定位，以便使所述毛细管尽可能与所述反应器的底部接近；e)电场和磁场发生器以及可调节的频率发生器，位于反应器的外部；f)速度可调的浆状搅拌装置，其位于反应器的中心。
根据本发明的形成不溶性化合物的装置，其中，该电源和该磁感应源引起超滤连续流电压的施加，所述连续流电压具有可变的正弦型波几何形状、阻尼的锯齿形脉冲、方波脉冲和射频频谱的电磁波信号，其通过电极对施加，这些电极对组合地或单独地能够促进沉淀反应，其中，这些电极被容纳在将它们连接至电场和磁场发生器以及连接至频率发生器的装置内。
根据本发明的形成不溶性化合物的装置，其中，在反应器内发生的所述反应在pH标度的整个范围内，依赖于平衡常数优选在pH4到pH 12之间，随后是沉淀的颗粒的电辅助动力学凝聚阶段。
根据本发明的形成不溶性化合物的装置，其中，施加的电压对应于电场和磁场，具有一伏到一百伏之间的电压，以及10mA到3A之间的电流强度。
根据本发明的形成不溶性化合物的装置，其中，该电场和磁场和/或频率通过不同种类的电极对传送，所述电极对由下面的元素之一制成：铅、铂、铝、铜、碳(或石墨、煤，coal)、金、锡、锌、铁、钛、硼、镍、金刚石；该第一电极与相同元素的另一电极串联工作，或与其他电极如上面所提及的或由其合金制成的电极串联工作。
根据本发明的形成不溶性化合物的装置，其中，所述反应器内所有的过程的执行是在0到90℃之间的温度范围内以及在1到10巴之间的压力范围内。
根据本发明的另一个方面，提供了一种使用装置来形成不溶性化合物的方法，包括以下步骤：a)提供具有一对电极的浸提反应器，该电极具有不同的构造并由不同的材料制成，被插入反应器的侧面，一个与另一个相对；b)提供第二对电极，该电极具有不同的构造并由不同的结构材料制成，被插入到所述反应器内，一个与另一个相对并与所述第一对电极相邻；c)提供位于反应器外部的电源；d)提供位于反应器外部的频率发生器；e)提供光子化的空气注射系统；f)提供空气泵和与所述电极相邻定位的毛细管，所述电极被连接至所述电源的阴极；g)提供位于反应器外部的电场和磁场发生器以及可调节的频率发生器；h)提供位于反应器的中心的速度可调的浆状搅拌装置；i)提供围绕反应器外部的螺旋形传导元件；j)将具有不溶性化合物的溶液引入到所述反应器中；k)通过采用空气泵、光子化的空气注射器和所述毛细管，将包含臭氧和自由基的空气注入到反应器中；l)同时，通过采用频率发生器和一对电极，将射频频谱的电磁信号或频率施加至反应器内包含不溶性化合物的溶液；m)同时，通过采用电源和另外的电极对，将由脉动的连续流构成的电压施加至反应器内部包含不溶性化合物的溶液；n)同时，通过使用螺旋形传导元件，施加特定磁场；o)同时，通过采用浆状搅拌装置来搅拌反应器内部包含不溶性化合物的溶液；p)同时，加入化学试剂，所述化学试剂添加在所述水溶液中不存在的、且为完成所期望的不溶性化合物所需的离子，优选石灰；q)加入第二离子贡献，如铝、钙、铁、铅或锡，以形成具有包含在所述水溶液中的盐的新的化合物。
在单相或反应器中发生反应机制和物理变化，如作为核用于随后的成核和形成的其他物质的吸收机制的化合物的初始沉淀。这些第一沉淀物的形成是由于借助于通过电极传导的超滤电流施加的电场和磁场的作用，除了通过用作牺牲电极的电极之一的离子贡献(ionic contribution)。
随后，加入第二离子贡献，通常为铝、钙、铁、铅或锡以与包含在水溶液中的盐形成新的化合物。由此，初始形成的核的大小被这些新的化合物增加，并且在该阶段形成的其他非复合盐的吸收发生。
通过该过程的选择性形成不同的化合物，其是通过在1KHz至2MHz的频率施加无线电波谱中的电磁波频率实现的，电磁波发生器具有不同的几何形状和频率。
其中，该技术的可能的应用领域为：
○海水脱盐，氯化物和硫酸盐沉淀。
○从来自采矿操作的酸水中除去盐。
○从采矿的PLS溶液沉淀盐。
○饮用水处理，氯化物和硫酸盐的沉淀。
○锅炉水处理和冷却，除去硫酸盐和氯化物。
○灌溉水处理，氯化物和硫酸盐沉淀。
○灌溉水处理，磷酸盐和硝酸盐沉淀。
○污水处理，氯化物、硫酸盐和磷酸盐的沉淀。
○污水处理，硝酸盐和亚硝酸盐的沉淀。
○通常在用于生产药物和化学试剂的过程中盐的不溶解。
○作为用于超滤和反渗透过程的预处理的盐的沉淀。
虽然这些实例可能是非常熟知的，但是许多其他过程可以利用能够使规则的可溶性盐不溶解并由此最优化获得的产物的性能和/或纯度的优点。这样，如果一个过程将利用本发明的部分或全部技术，那么它将落入本发明的范围内。
该技术采用超滤连续流，其具有可变的正弦型波几何形状、阻尼的锯齿脉冲、方形波脉冲和射频频谱的电磁波信号，其通过成对电极被施加。所有这个，组合起来，能够促进沉淀反应。
此外，对于所述沉淀，必须存在优选的pH范围，其必须在pH4到pH 12之间。然而，如果该过程在所述pH尺度的任一范围进行，则将可以获得良好的结果。随后，存在沉淀的颗粒的等动力学凝聚(isokinetic coagulation)阶段，其中该凝聚是电辅助的。施加的电压(对应于电场和磁场)也在一范围内，其必须在一伏到一百伏之间，而采用的电流的强度必须在10mA到3A之间。如上所述，电压和电磁信号通过被浸没在要处理的溶液中的电极而被施加。用于构造所述电极的材料根据所述水的性质而变化。这些材料可以为：铅、铂、铝、铜、碳、金、锡、锌、铁、钛、硼、镍或金刚石。
形成不溶物的整个程序在单个装置中进行，该装置包括不同的元件，即：
-反应器，包含一对电极，所述电极具有不同的构造并由不同的材料制成，被插入所述反应器的侧面，一个与另一个相对，连接至电源和磁感应源，其在所述装置的外部。
-第二对电极，具有不同的构造并由不同的结构材料(construction material)制成，被插入到所述反应器内，一个与另一个相对并与第一对电极相邻，连接至位于所述反应器的外部的频率发生器(frequency generator)。
-螺旋形传导元件，其位于所述反应器的外部，并被连接至电源和磁感应源，其中，通过该元件流动的电流产生特定磁场。
-注射器，将由吹气泵和光子发射器产生的光子化空气通过毛细管注射进入反应器中，所述毛细管紧邻连接至电源的阴极的电极定位，以便使所述毛细管尽可能与所述反应器的底部接近。
-电场和磁场发生器(电磁场发生器)以及可调节的频率发生器，位于所述反应器的外部。
-速度可调的浆状搅拌装置，位于所述反应器的中心。
此外，所有这些过程的执行可以在具有超过一个装置的其他设备中进行。
用来形成沉淀物的过程包括特定压力和温度值，其分别在1到10巴的范围内和0到90℃的范围内。这是由于以下事实，即，沉淀过程是基于浓度的，其意味着平衡常数的转移，其允许过饱和。温度的作用影响反应的动力学，增进沉淀过程，原因是分子碰撞加速，并且作为其结果，动力学常数提高。外压原因的应用导致相同的结果。其清楚的实例为黄钾铁矾沉淀，其形成在正常条件下是不可能的，原因是需要应用这些变量。
附图说明
图1示出了本发明的组件及其与此的连接。
具体实施方式
所述过程在单个步骤中在这样的装置中进行，所述装置包括反应器1，所述反应器具有连接至电源和磁感应源4的一对电极2和3，以及连接至频率发生器7的第二对电极5和6。包含臭氧和氧化剂-自由基的加压光子化空气流从空气泵9进入反应器，所述空气泵通过光子发生器10循环空气。并且，螺旋形传导元件11围绕所述反应器的外部，产生特定磁场的电流通过其循环。所述元件被连接至产生电流的电源和磁感应源4。每种物料用机械或磁力搅拌装置8搅拌，并加入这样的化学试剂，其添加在水溶液中不存在的、且为完成所期望的不溶性化合物所需的离子。在大多数情况下，钙和氢氧根离子是不足的，原因是石灰(line)优选用作单一试剂。
实施例1：
如果我们采取例如海水脱盐过程的应用，则采用的机制如下：
首先，施加通过光子的空气混合物，随后其被直接施加到海水上。所得的反应为：
应用上面的反应直到pH＞9.8单位。电场通过铝电极被施加，引起第二电解反应，即：
基于下面的反应使铝与OH离子反应，形成第一成核：
一旦形成氢氧化铝核，则剂量给予氢氧化钙、并且施加1.8MHz长度的波射频，然后形成下面的硫酸盐、氯化物和磷酸盐沉淀反应：
离子铜可以可替换地通过在一对铜电极中与离子铝的形成一起应用而形成，以首先形成以下反应：
硝酸盐基于下面的反应从介质中被捕获：
伴随上面，以及在射频和场的前述装置中，形成下面的反应：
氯化物、硫酸盐、磷酸盐和硝酸盐已经被沉淀。阴离子的去除带来铝、铜和钙的去除。形成的每个沉淀物具有很大的吸收重金属的能力。
如形成的这些不溶物通常是必须生长的微-沉淀物。为了促进生长，通过加入聚合物引起絮凝，然后通过沉降，随后通过过滤分离。
下面的表示出了利用来自San Antonio，5th Region的海水进行的经历的操作条件和剂量。
下面的表示出了当从海水去除盐时达到的效果。该表包含未处理的栏，其示出海水的质量。处理的栏示出了在沙和煤絮凝并过滤后达到的值。％去除栏表示获得的有效性。
| 要素 | 单位 | 未处理的 | 处理的 | ％去除 |
| 氯化物 | mg/L | 19,500 | 2,650 | 86.4％ |
| 硫酸盐 | mg/L | 2,850 | 327 | 88.5％ |
| 硝酸盐 | mg/L | 220 | 25 | 88.6％ |
| 磷酸盐 | mg/L | 78 | 5 | 93.6％ |
实施例2：
盐沉淀的应用的另一实施例为矿井水(mining water)中硫酸盐的不溶化。
为此效果，在Collahuasi Mine采集水样品，具有5,200mg/L硫酸盐的初始含量。
采用的化合物为沉淀，正如黄钠铁矾的那个。
M[Al3(SO4)2(OH)6]
M元素可以为钠或钾。为此效果，采用下面的机制。
首先，施加通过光子的空气混合物，随后其被直接施加到海水上。所得的反应为：
应用上面的反应直到pH＞9.8单位。电场通过铝电极被施加，引起第二电解反应，即：
基于下面的反应使铝与OH离子反应，形成第一成核：
在平衡中，形成氢氧化铝核，随后它们在伴随射频和电场的介质中作为黄钾铁矾沉淀。
操作条件为：
获得的结果为：
| 要素 | 单位 | 未处理的 | 处理的 | ％去除 |
| 硫酸盐 | mg/L | 6,820 | 870 | 87.2％ |
这样，不同的不溶性元素(借助其，盐可以被减少)可以被形成(configured)。
Claims (7)
1.一种由包含待处理的水溶液的盐形成不溶性化合物的装置，所述装置包括反应器，所述装置包括：
a)一对电极，具有不同的构造并由不同的材料制成，被插入所述反应器的侧面，一个与另一个相对，被连接至位于所述装置外部的电源和磁感应源；
b)第二对电极，具有不同的构造并由不同的结构材料制成，被插入到所述反应器内，一个与另一个相对，并且与所述第一对电极相邻，被连接至位于所述反应器的外部的频率发生器；
c)螺旋形传导元件，其位于所述反应器的外部并被连接至电源和磁感应源，其中通过该元件流动的电流产生特定磁场；
d)注射器，将由吹气泵和光子发射器产生的光子化空气通过毛细管注射进入所述反应器中，所述毛细管紧邻连接至所述电源的阴极的电极定位，以便使所述毛细管尽可能与所述反应器的底部接近；
e)电场和磁场发生器以及可调节的频率发生器，位于所述反应器的外部；
f)速度可调的浆状搅拌装置，其位于所述反应器的中心。
2.根据权利要求1所述的形成不溶性化合物的装置，其中，所述电源和所述磁感应源引起超滤连续流电压的施加，所述连续流电压具有可变的正弦型波几何形状、阻尼的锯齿形脉冲、方波脉冲和射频频谱的电磁波信号，其通过电极对施加，这些电极对组合地或单独地能够促进所述沉淀反应，其中，这些电极被容纳在将它们连接至电场和磁场发生器以及连接至频率发生器的装置内。
3.根据权利要求1所述的形成不溶性化合物的装置，其中，在所述反应器内发生的所述反应在pH标度的整个范围内，依赖于平衡常数优选在pH 4到pH 12之间，随后是沉淀的颗粒的电辅助动力学凝聚阶段。
4.根据权利要求1所述的形成不溶性化合物的装置，其中，所述施加的电压对应于电场和磁场，具有一伏到一百伏之间的电压，以及10mA到3A之间的电流强度。
5.根据权利要求1所述的形成不溶性化合物的装置，其中，所述电场和磁场和/或频率通过不同种类的电极对传送，所述电极对由下面的元素之一制成：铅、铂、铝、铜、碳、金、锡、锌、铁、钛、硼、镍、金刚石；该第一电极与相同元素的另一电极串联工作，或与其他电极如上面所提及的或由其合金制成的电极串联工作。
6.根据权利要求1所述的形成不溶性化合物的装置，其中，所述反应器内所有的过程的执行是在0到90℃之间的温度范围内以及在1到10巴之间的压力范围内。
7.一种使用装置来形成不溶性化合物的方法，包括以下步骤：
a)提供具有一对电极的浸提反应器，所述电极具有不同的构造并由不同的材料制成，被插入所述反应器的侧面，一个与另一个相对；
b)提供第二对电极，所述电极具有不同的构造并由不同的结构材料制成，被插入到所述反应器内，一个与另一个相对并与所述第一对电极相邻；
c)提供位于所述反应器外部的电源；
d)提供位于所述反应器外部的频率发生器；
e)提供光子化的空气注射系统；
f)提供空气泵和与所述电极相邻定位的毛细管，所述电极被连接至所述电源的阴极；
g)提供位于所述反应器外部的电场和磁场发生器以及可调节的频率发生器；
h)提供位于所述反应器的中心的速度可调的浆状搅拌装置；
i)提供围绕所述反应器外部的螺旋形传导元件；
j)将具有不溶性化合物的溶液引入到所述反应器中；
k)通过采用空气泵、所述光子化的空气注射器和所述毛细管，将包含臭氧和自由基的空气注入到所述反应器中；
l)同时，通过采用频率发生器和一对电极，将所述射频频谱的电磁信号或频率施加至所述反应器内包含不溶性化合物的溶液；
m)同时，通过采用电源和另外的电极对，将由脉动的连续流构成的电压施加至所述反应器内部包含不溶性化合物的溶液；
n)同时，通过使用所述螺旋形传导元件，施加特定磁场；
o)同时，通过采用所述浆状搅拌装置来搅拌所述反应器内部包含不溶性化合物的溶液；
p)同时，加入化学试剂，所述化学试剂添加在所述水溶液中不存在的、且为完成所期望的不溶性化合物所需的离子，优选石灰；
q)加入第二离子贡献，如铝、钙、铁、铅或锡，以形成具有包含在所述水溶液中的盐的新的化合物。
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