DE4408958A1 - Electron conductive particles contg. reactive heavy metal - Google Patents

Electron conductive particles contg. reactive heavy metal

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Abstract

Process for the use, regeneration and/or prodn. of electron-conductive reactive heavy metal-contg. particles in which the heavy metal from the particles, converted into solid, dissolved or soluble heavy metal cpds. by treatment with water and/or gas, is deposited on the particles to be regenerated and/or that are to be freshly made, using an electrolytic metallisation procedure with the particles connected as cathode. Pref. the reactive heavy metal is Zn. The particles contg. the reactive heavy metal or that are to be metallised are pref. in the form of a fluidised or solid bed. The substrate particles are e.g. of coke, active carbon, carbon fibres and textiles made from these, carbon foams, stainless steel mesh, noble metal mesh, etc.. During the metallisation of the particles the particles are connected as the cathode and the anode is e.g. of graphite or metal.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung elektro­ nenleitfähiger und mit reaktiven Schwermetallen beladener Partikel, die zur Entfernung halogenhaltiger organischer Verbindungen und von Schwermetallen aus wäßrigen Lösungen und Gasphasen eingesetzt werden können, das Verfahren zu ihrer Anwendung und Regeneration der gebrauchten Partikel.The invention relates to a method for producing electro more conductive and loaded with reactive heavy metals Particles used to remove halogenated organic Compounds and heavy metals from aqueous solutions and gas phases can be used in the process their application and regeneration of the used particles.

Elementare Schwermetalle enthaltende Partikel werden zur reduzierenden Halogenmineralisation organisch gebundener Halogene eingesetzt. Besonders dann, wenn die Partikel Schwer­ metalle mit hohem Elektronendonorpotential wie z. B. Eisen und vorzugsweise Zink in Verbindung mit einem aktivierenden Schwermetall, das ein geringeres Elektronendonorpotential hat, wie z. B. Kupfer, Nickel oder Silber bzw. deren Ver­ bindungen enthalten, sind sie besonders geeignet für diesen Anwendungszweck.Particles containing elemental heavy metals become reducing halogen mineralization of organically bound Halogens used. Especially when the particles are heavy metals with high electron donor potential such as B. iron and preferably zinc in combination with an activating one Heavy metal, which has a lower electron donor potential has, such as B. copper, nickel or silver or their Ver contain bonds, they are particularly suitable for this Purpose.

Von den Schwermetallen ist besonders das Zink geeignet, weil damit die Mineralisationsreaktion am schnellsten abläuft.Of the heavy metals, zinc is particularly suitable because so that the mineralization reaction takes place fastest.

Aus den Gründen des Gewässerschutzes ist aber das Zink nach den bisherigen Erkenntnissen ungeeignet, weil die durch die Mineralisationsreaktion freigesetzten Zinkionen weitaus schädlicher für die Umwelt sind, als beispielsweise die freigesetzten Eisenionen aus einem eisenhaltigen Partikel.For reasons of water protection, however, this is zinc according to previous knowledge unsuitable because of the the mineralization reaction released zinc ions far are more harmful to the environment than, for example, released iron ions from an iron-containing particle.

Neben Organohalogenverbindungen in der wäßrigen Phase lassen sich mit den elementare Schwermetalle enthaltenden Partikeln auch Organohalogenverbindungen in Gasphasen ent­ fernen, indem auch hier eine reduzierende Halogenminerali­ sation ablaufen gelassen wird. In addition to organohalogen compounds in the aqueous phase can be made with the elemental heavy metals Particles also entail organohalogen compounds in gas phases distant by a reducing halogen mineral sation is allowed to run out.  

Die entstehenden Schwermetallhalogenide werden im ersten Fall mit den wäßrigen Lösungen aus den Partikeln fortgetragen. Bei der Gasphasenbehandlung bleiben die Schwermetallhalogenide als solche auf den Partikeln deponiert.The resulting heavy metal halides are in the first Case carried away with the aqueous solutions from the particles. The heavy metal halides remain in the gas phase treatment deposited as such on the particles.

Die gebrauchten schwermetallarmen Partikel oder schwermetall­ halogenidhaltigen Partikel sind als solche für die Halogen­ mineralisation nicht mehr einsetzbar und müssen entsorgt werden.The used low-heavy metal particles or heavy metal halide-containing particles are as such for the halogen mineralization can no longer be used and must be disposed of become.

Die genannten Nachteile, nämlich die Schwermetallfrei­ setzung in die Gewässer und die Notwendigkeit der Ent­ sorgung der gebrauchten Partikel, werden durch das er­ findungsgemäße Verfahren beseitigt.The disadvantages mentioned, namely the heavy metal free settlement in the waters and the need for ent supply of the used particles, through which he method according to the invention eliminated.

Darüberhinaus können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gleichzeitig neue elementare Schwermetalle enthaltende Partikel hergestellt werden.In addition, with the method according to the invention at the same time containing new elemental heavy metals Particles are produced.

Wesentliche Eigenschaft der Partikel, die in dem erfindungs­ gemäßen Verfahren eingesetzt werden, ist ihre Elektronen­ leitfähigkeit, damit das erfindungsgemäße Verfahren durch­ geführt werden kann.Essential property of the particles in the fiction according to the method used is their electrons conductivity, so that the inventive method by can be performed.

Den in der Wasserreinigung eingesetzten Partikeln wird er­ findungsgemäß ein gebrauchtes Partikelbett nachgeschaltet, das in einem galvanischen Element als Kathode geschaltet ist. Die aus dem aktiven Partikelbett durch die Halogenminerali­ sationsreaktion freigesetzten Schwermetallionen werden an der nachgeschalteten Partikelelektrode unter Schwermetall­ abscheidung an den Partikeln galvanisch ausgefällt.It becomes the particles used in water purification according to the invention, a used particle bed, which is connected in a galvanic element as a cathode. The from the active particle bed through the halogen minerals heavy metal ions released the downstream particle electrode under heavy metal separation on the particles is galvanic.

Dadurch wird nicht nur das Gewässer von Schwermetallen ge­ reinigt und die Schwermetalle zurückgewonnen: Es entsteht gleichzeitig wieder ein regeneriertes Partikelbett, so daß keine Abfälle bzw. Reststoffe entstehen. Es ist sogar möglich, die elektrochemische Reaktion so zu steuern, daß anodisch entstehendes Halogen aufgefangen wird und auf dem Recycling­ weg als Grundstoff in den Wirtschaftskreislauf zurückgeführt werden kann.As a result, not only is the water of heavy metals ge cleans and the heavy metals are recovered: it is created again a regenerated particle bed, so that no waste or residues arise. It’s even possible to control the electrochemical reaction so that it is anodic  emerging halogen is collected and recycled fed back into the economic cycle as a raw material can be.

Dabei hat sich überraschend gezeigt, daß die galvanisch erzeugten vorzugsweise zinkhaltigen Partikel von hervorragen­ der Aktivität bezüglich der Halogenmineralisation sind.It has surprisingly been found that the galvanic produced preferably zinc-containing particles of outstanding the activity related to halogen mineralization.

Die in der Gasreinigung eingesetzten elementare Schwermetalle enthaltenden Partikel können in prinzipiell gleicher Weise gereinigt werden, indem sie in einem geeigneten Elektrolyten galvanisch als Kathode geschaltet werden, wobei die Schwer­ metalle in elementarer Form auf den Partikeln zur Abscheidung gebracht werden. Die derart regenerierten Partikel eignen sich sowohl für die weitere Gasreinigung als auch die Wasser­ reinigung.The elemental heavy metals used in gas cleaning Particles containing can in principle in the same way can be cleaned by placing them in a suitable electrolyte be galvanically connected as cathode, the heavy metals in elemental form on the particles for deposition to be brought. The particles regenerated in this way are suitable for both the further gas cleaning and the water cleaning.

Die elektronische Leitfähigkeit, die Voraussetzung für die erfindungsgemäße Verwendung bzw. Regeneration bzw. Herstellung der Partikel ist, wird vorzugsweise dadurch hervorgerufen, daß die Schwermetalle auf einer korrosionsbeständigen Unterlage, wie Kohlenstoff oder Edelstahl, abgeschieden werden.Electronic conductivity, the prerequisite for that Use or regeneration or production according to the invention the particle is preferably caused by the fact that the heavy metals on a corrosion-resistant base, such as carbon or stainless steel.

Es ist aber auch möglich, die Metallpartikel ganz aus den reaktiven Metallen herzustellen.But it is also possible to completely remove the metal particles from the to produce reactive metals.

Die Gehalte der Partikel an reaktiven Schwermetallen sollten vorzugsweise mehr als 5% betragen. Die galvanische Herstellung der reaktiven Partikel bietet gleichzeitig den Vorteil, die Abscheidung der aktivierenden Metallkomponente, wie z. B. Kupfer, Nickel und andere elektrochemisch edlere Metalle bezogen auf das wirksame Schwermetallreduktionsmittel, vorzugs­ weise Zink, gleichzeitig vorzunehmen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, die aktivierenden Metallkomponenten galvanisch auf dem zu reaktivierenden Partikelbett niederzu­ schlagen; somit ist die Zugabe der aktivierenden Komponenten als Ionen zu dem zu behandelnden Wasser entbehrlich und ihr Einsatz in optimaler und nicht durch den Gewässerschutz limitierter Höhe möglich. The levels of the particles in reactive heavy metals should preferably be more than 5%. The galvanic manufacturing the reactive particle also offers the advantage that Deposition of the activating metal component, such as. B. Copper, nickel and other electrochemically nobler metals based on the effective heavy metal reducing agent, preferred wise zinc to do at the same time. With the invention It is possible to process the activating metal components galvanically on the particle bed to be reactivated beat; thus the addition of the activating components dispensable as ions to the water to be treated and their use at an optimal height and not limited by water protection possible.  

Als Trägerstoffe, aus denen die Partikel nach dem erfindungs­ gemäßen Verfahren aufgebaut sind, eignen sich vorzugsweise Kokse, Aktivkohlen, Kohlefasern und die daraus hergestellten textilen Gebilde, Kohlenstoffschäume, Edelstahldrahtgestrick, Edelmetalldrahtgestricke oder Gemische bzw. Kombinationen der genannten Partikelformen und -stoffe.As carriers from which the particles according to the Invention are constructed according to the method, are preferably suitable Coke, activated carbon, carbon fiber and the products made from it textile structures, carbon foams, stainless steel wire mesh, Precious metal wire mesh or mixtures or combinations of the mentioned particle shapes and substances.

Nach einer vorzugsweisen Anordnung der Partikel werden diese als Fest- oder Fluidbetten von den zu behandelnden Fluiden durchströmt, wobei der Fluidstrom mindestens durch zwei hintereinandergeschaltete Partikelbetten geleitet wird, von denen mindestens eines in der Halogenmineralisationsphase und mindestens eines in der Reaktivierungsphase befindlich ist.After a preferred arrangement of the particles, they become as fixed or fluid beds of the fluids to be treated flows through, the fluid flow through at least two series-connected particle beds is directed from those of at least one in the halogen mineralization phase and at least one is in the reactivation phase.

Es ist bekannt, daß die zur Halogenmineralisation geeigneten elementaren Schwermetalle auch zur Reduktion von Nitrover­ bindungen eingesetzt werden. Insofern soll das erfindungsge­ mäße Verfahren nicht allein auf die Halogenmineralisations­ reaktionen beschränkt sein.It is known that those suitable for halogen mineralization elemental heavy metals also for the reduction of nitrover bindings are used. In this respect, the fiction method not only on halogen mineralization reactions may be limited.

Durch Zementation und Reduktion lassen sich an den erfindungs­ gemäßen Partikelbetten auch gelöste Schwermetallionen,wie z. B. Kupfer, Nickel, Silber, Quecksilber und sonstige durch Reduk­ tion in die schwerlösliche Form umzusetzende gelöste Verbin­ dungen, wie z. B. Chromat, Antimonit, Arsenit und Arsenat, zur Abscheidung bringen.Through cementation and reduction can be made to the Invention according particle beds also dissolved heavy metal ions, such as. B. Copper, nickel, silver, mercury and others through Reduk loosened connection to be converted into the hardly soluble form applications such as B. chromate, antimonite, arsenite and arsenate, bring to deposition.

Für bestimmte Anwendungszwecke in der Grundwasseraufbereitung ist es auch von Bedeutung, daß das gereinigte Grundwasser in reduzierter Form reinfiltriert wird, um z. B. in einem reduzier­ ten Grundwasserleiter die Ausfällung von Eisenoxidhydrat zu unterbinden. Auch hierfür ist das erfindungsgemäße Verfahren geeignet, indem der Sauerstoff an den reaktive Schwermetalle enthaltenden Partikeln reduziert wird und damit das infiltrierte Wasser sauerstofffrei wird. For certain applications in groundwater treatment it is also important that the purified groundwater in reduced form is filtered to z. B. in a reducer groundwater aquifer caused the precipitation of iron oxide hydrate prevent. The method according to the invention is also for this suitable by adding oxygen to the reactive heavy metals containing particles is reduced and thus the infiltrated Water becomes oxygen-free.  

Die Anordnung der Anoden zur galvanischen Schwermetallab­ scheidung in dem als Fluidbett oder Festbett betriebenen zu regenerierenden Partikelfilter wird vorzugsweise in der Form von Graphitstäben, oder textilen Graphitfaserwickeln, oder Graphitkugeln vorgenommen, die von rohrförmigen Diaphragmen vom Partikelbett getrennt sind, oder in der Form von Graphit­ platten oder flächenförmigen textilen Graphitlagen durch Diaphragmaplatten vom Partikelbett getrennt sind. Zur galva­ nischen Schwermetallabscheidung an den kathodisch geschalteten Partikelelektroden genügen Spannungsdifferenzen zwischen Kathode und Anode von 3 bis 4 Volt.The arrangement of the anodes for the galvanic heavy metal divorce in the operated as a fluid bed or fixed bed regenerating particulate filter is preferably in the form of graphite rods, or textile graphite fiber coils, or Graphite balls made by tubular diaphragms separated from the particle bed, or in the form of graphite plate or sheet-like textile graphite layers Diaphragm plates are separated from the particle bed. To the galva African heavy metal deposition on the cathodically connected Particle electrodes suffice for voltage differences between 3 to 4 volt cathode and anode.

Die Regeneration der Partikel durch elektrolytische Schwer­ metallabscheidung wird vorzugsweise bei dem für die vorgeschaltete Abbau­ reaktion gewählten pH-Wert vorgenommen. Dieser liegt erfahrungs­ gemäß im leicht sauren Bereich, also vorzugsweise zwischen pH 4 und pH 6,5.The regeneration of the particles by electrolytic heavy Metal deposition is preferably used for the upstream mining selected pH value. This is based on experience accordingly in the slightly acidic range, ie preferably between pH 4 and pH 6.5.

Als Diaphragmenmaterial eignen sich z. B. Ionenaustauscher­ membranen aus Sulfonsäuregruppen enthaltenden Perfluorpoly­ meren oder auf Asbestbasis, also Materialien die beständig gegen halogenhaltige Oxidationsmittel sind.As diaphragm material z. B. ion exchanger membranes made from perfluoropoly containing sulfonic acid groups or asbestos-based, i.e. materials that are resistant against halogen-containing oxidizing agents.

Es ist möglich, die halogenhaltigen bzw. sauerstoffhaltigen Oxidationsmittel und kathodisch gebildeten Wasserstoff auf­ zufangen und diesen in einer Brennstoffzelle unter Gewinnung von elektrischer Energie und Halogenwasserstoffsäure bzw. Wasser zu verwerten, oder aber stromlos, z. B. katalytisch aktiviert und ggf. unter Gewinnung der thermischen Energie, die dabei freigesetzt wird, zu Wasser und Halogenwasserstoff­ säure umzusetzen.It is possible to use the halogen-containing or oxygen-containing ones Oxidizing agent and cathodically formed hydrogen catch and extract this in a fuel cell of electrical energy and hydrohalic acid or Recycle water, or without electricity, e.g. B. catalytic activated and possibly with the generation of thermal energy, which is released to water and hydrogen halide implement acid.

Claims (6)

1. Verfahren zur Anwendung, Regeneration und/oder Herstellung von elektronenleitfähigen reaktive Schwermetalle ent­ haltenden Partikeln, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Wasser- und/oder Gasbehandlung zu festen, gelösten oder löslichen Schwermetallverbindungen und Salzen umge­ setzten Schwermetalle aus den Partikeln durch elektro­ lytische Metallisierung auf den zu regenerierenden Par­ tikeln und/oder erstmalig zu metallisierenden Partikeln niedergeschlagen werden, indem diese als Kathode ge­ schaltet werden.1. A method for the application, regeneration and / or production of electronically conductive reactive heavy metals containing particles, characterized in that the heavy metals converted to solid, dissolved or soluble heavy metal compounds and salts in the water and / or gas treatment from the particles by electro lytische Metallization on the particles to be regenerated and / or particles to be metallized for the first time are deposited by switching them as the cathode. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als reaktives Schwermetall Zink eingesetzt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that that zinc is used as the reactive heavy metal. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die reaktiven Schwermetalle enthaltenden oder damit zu beladenden Partikel als Fluid- oder Festbett angewendet werden.3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that that contain the reactive heavy metals or particles to be loaded with it as a fluid or fixed bed be applied. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die reaktiven Schwermetalle enthaltenden oder damit zu beladenden Partikel aus Kohlenstoff und/oder Metall bestehen.4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that contain the reactive heavy metals or particles of carbon and / or to be loaded therewith Metal. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die reaktiven Schwermetalle enthaltenden oder damit zu beladenden Partikel aus textilen Gebilden oder Schäumen bestehen.5. The method according to claim 1 to 4, characterized in that contain the reactive heavy metals or particles from textile structures to be loaded with it or Foams exist. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden aus Graphit oder Metall bestehen.6. The method according to claim 1 to 5, characterized in that the anodes are made of graphite or metal.
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