DE19734209A1

DE19734209A1 - Verfahren zur elektrochemischen Behandlung stark schäumender flüssiger Medien

Info

Publication number: DE19734209A1
Application number: DE19734209A
Authority: DE
Inventors: Joerg Dipl Chem Hildebrandt; Ulrike Dipl Chem Schuemann; Michael Dipl Chem Gluschke; Steffan Dipl Ing Krueger
Original assignee: DECONTAS GES fur DECONTAMINIE
Current assignee: DECONTAS GESELLSCHAFT FUER DECONTAMINIERUNGS SYSTE
Priority date: 1997-08-07
Filing date: 1997-08-07
Publication date: 1999-02-11

Description

Anwendungsgebiet

Elektrochemische Behandlung stark schäumender flüssiger Medien.

Stand der Technik

Tenside sind wie Mineralöle und -fette Kohlenwasserstoffverbindungen. Ohne Tenside z. B. als Reinigungsmittel sind viele Prozesse der industriellen Welt nicht aufrechtzuerhalten. So lebensgestaltend die Stoffe auf der einen Seite sind, so zerstörerisch wirken sie auch auf die Natur und den Menschen. Durch das wachsende Umweltbewußtsein der Menschen und die geltenden gesetzlichen Richtlinien ergibt sich die Notwendigkeit, die in die Natur eingetragenen Mengen zu begrenzen.

Tenside, die z. B. eine Emulsion stabilisieren, verfügen über einen charakteristischen Aufbau und weisen mindestens eine hydrophile und eine hydrophobe funktionelle Gruppe auf.

Bei den hydrophilen Anteilen des Moleküls handelt es sieh meist um polare funktionelle Gruppen (-COO⁻, -OSO₃⁻, -SO₃⁻), während die hydrophoben Teile in der Regel unpolare Kohlenwasserstoff-Reste darstellen. Löst man eine derartig aufgebaute Substanz beispielsweise in Wasser, so wird sie sich, sofern der hydrophile Teil überwiegt, lösen. Überwiegt hingegen der hydrophobe Rest, wird man ein Aufrahmen beobachten. Erst wenn beide Teile des Moleküls im Gleichgewicht zueinander stehen, wird sieh die Substanz an der Grenzfläche anreichem und ausrichten, d. h. die hydrophile Gruppe weist in die wäßrige Phase während die hydrophobe Gruppe in Richtung der flüssigen Phase zeigt. Dieses Verhalten charakterisiert die Tenside für die Einsatzmöglichkeiten in der Praxis /RÖM95/.

Aufgrund ihres heteropolaren Charakters und der damit verbundenen begrenzten Löslichkeit reichem sieh die Tensidmoleküle jedoch bevorzugt an der Phasengrenzfläche an. Bei dem Vorhandensein einer flüssig/flüssig Phasengrenzfläche, wie zum Beispiel bei einem Öl- Wassergemisch, umhüllen die Tenside den Öltropfen. Entsprechend der Bildung sphärischer Mizellen ragen die hydrophoben Kohlenwasserstoffketten in den Öltropfen hinein, während die polaren Gruppierungen zur Wasserphase zeigen /STA90/, /HEU83/.

Mit der Kenntnis des Anlagerns von Tensiden auf Oberflächen besteht die Möglichkeit, Tenside in flüssigen Medien elektrochemisch zu oxidieren.

Bei der elektrochemischen Oxidation werden nach Wabner an Bleidioxid-Anoden Hydroxylradikale als hochreaktive Oxidationsmittel im Abwasser erzeugt (DE 34 28 582 A1).

Diese OH^•-Radikale gehen mit den Wasserinhaltstoffen echte chemische Reaktionen ein. Aus der Literatur ist bekannt, daß der oxidative Angriff der Tenside in der äußeren Wasserphase zuerst abläuft. Die heteropolare Struktur der Tenside wird angegriffen. Dadurch lassen sich beispielsweise tensidstabilisierte Emulsionen spalten.

Nachteile des Standes der Technik

Ein Problem bei der elektrochemischen Oxidation ist die Schaumentstehung bei der Oxidation stark schäumender, flüssiger Medien. Die Ursache für dieses Verhalten liegt in der Eigenschaft des Elektrolyten sowie in der durch Elektrolyse bedingten Gasentwicklung begründet. An der Anode des Elektrodenpaketes entstehen nach DE 34 28 582 A1 hauptsächlich Sauerstoffs Ozon und Hydroxylradikale.

2H₂O → O₂ + 2H⁺ + 2e⁻ Gl. 1

3H₂O → O₃ + 3H⁺ + 3e⁻ Gl. 2

H₂O → OH^• + H⁺ + e⁻ Gl. 3

An der Kathode bildet sich bei der Durchführung der Elektrolyse Wasserstoff.

2H⁺ + 2e⁻ → H₂ Gl. 4

Somit entstehen als gasförmige Reaktionsprodukte bei der Elektrolyse Sauerstoff, Ozon und Wasserstoff.

Das Ablösen der gasförmigen Reaktionsprodukte von den Elektroden und deren Aufsteigen an die Oberfläche führt zu Turbulenzen und einer starken Durchmischung im Elektrolyten. Durch die aufsteigenden Gasblasen kommt es zu Flotationseffekten. Tenside und tensidstabilisierte Tropfen werden ausflotiert. Tenside die in die Schaumschicht flotiert wurden lösen sieh nach Beendigung der Behandlung in die Flüssigphase zurück.

In der Literatur ist der Einsatz von Entschäumern beschrieben, was zu schlechteren Abbauergebnissen führte und der trotzdem entstandene Schaum war teilweise noch feiner /WIL95/. Eigene Untersuchungen bestätigen diese Aussage.

Der Einsatz von Silikonöl auf der Elektrolytoberfläche konnte die Entstehung der Schaumschicht in keiner Weise mindern. Eine Verschlechterung der Abbauergebnisse durch den Einsatz des Silikonöles konnte aber nicht festgestellt werden.

Aufgabe der Erfindung

Die Entwicklung eines Verfahrens zur Schaumbegrenzung ist für die geforderte Reinigungsleistung und für störungsfreies und umweltgerechtes Arbeiten mit stark schäumenden flüssigen Medien notwendig geworden.

Eine Möglichkeit die Schaumentstehung zu begrenzen wurde im Rahmen eines F der DECONTAS GmbH und der Universität Rostock gefunden und getestet.

Lösung der Aufgabe

Das durch die Merkmale des Anspruch 1 beschriebene Verfahren ermöglicht es, die Schaumentstehung bis auf ein Minimum zu unterdrücken.

Das Verfahren der elektrochemische Oxidation wird in einem druckstabilen, geschlossenen Gefäß bei Überdruck durchgeführt. In dem Gefäß befindet sich mindestens ein Anoden/Kathoden Paar. Die durch die Elektrolyse entstehenden Gasblasen bleiben im Elektrolyten gelöst.

Durch gezielte Entspannung werden die gelösten Reaktionsgase ausgeschieden und der Flotationseffekt ausgenutzt.

Das Verfahren kann kontinuierlich und diskontinuierlich durchgeführt werden.

Vorteile der Erfindung

Die Schaumentstehung durch Ausgasen während der Reaktion wird bis auf ein Minimum unterdrückt.

Die Tenside werden der Reaktion nicht durch Schaumaustrag entzogen. Behandlungszeiten können dadurch verringert werden.

Die Reaktion von OH-Radikalen zu gasförmigem Ozon wird zurückgedrängt. Oxidativ wirkende Gase verbleiben zu einem großen Anteil in Lösung. Das Arbeiten mit Überdruck behindert die eigentliche Reaktionsführung in keiner Weise.

Literatur

/HEU83/ Heusch, R.:
Elementarprozesse bei der Herstellung und Stabilisierung von Emulsionen, Chem.-Ing.-Techn. 55 Nr. 8, S. 608. . .616, Verlag Chemie GmbH, Weinheim, 1983
/RÖM95/ Regitz, M. Falbe, J.:
CD-Rom Römpp Chemie Lexikon, Version 1.0, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1995
/STA90/ Stache, H.:
Tensid-Tasehenbuch, 3. Auflage, Carl Hanser Verlag, München, 1990.

Claims

1. Verfahren zur elektroehemischen Behandlung stark schäumender flüssiger Medien mit Hilfe von mindestens einen Elektrodenpaar aus Bleidioxid beschichteter Titananode und Titankatode dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die elektrochemische Behandlung in einem druckstabilen geschlossenen Gefäß bei Überdruck durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch gezielte Entspannung des unter Druck stehenden Mediums die gelösten Reaktionsgase ausgeschieden werden und der dadurch entstehende Flotationseffekt genutzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren kontinuierlich und diskontinuierlich durchgeführt werden kann.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren separat und eingebunden in komplexe Prozesse betrieben werden kann.