DE4417081A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Entfernung organischer Verbindungen aus Fluiden mittels Absorption und nachfolgender Desorption mittels Mikrowellenbeheizung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Entfernung organischer Verbindungen aus Fluiden mittels Absorption und nachfolgender Desorption mittels Mikrowellenbeheizung

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Description

Für die Entfernung leichtflüchtiger organischer Verunreinigungen aus Wasser oder Luft bzw. einem Abgas werden allgemein Adsorbentien, wie z. B. Aktivkohle, Zeolithe oder Harze verwendet. Dabei werden die zu entfernenden Moleküle an großen Oberflächen adsorbiert.
In der Regel sind diese Verfahren wenig selektiv. Bei schwerflüchtigen organischen Verbindungen, z. B. höhersiedenden Aromaten ist die Adsorption nicht praktikabel.
Es ist aber bekannt, daß sich diese organischen Verbindungen in be­ stimmten Polymeren lösen und diese dabei zum Quellen bringen. Das Polymer nimmt also diese Verbindung in seinem Volumen auf. Die Menge der aufnehmbaren, d. h. absorbierbaren organischen Verbindung­ en kann dabei beträchtlich sein.
Der Vorgang verläuft analog zur Extraktion, wo die in einer Flüssigkeit gelöste Substanz von einer zweiten Flüssigkeit, die mit der ersten nicht oder praktisch nicht mischbar ist, zu einem hohen Anteil aufgenommen wird (z. B.: E.-V. Schlünder, F. Thurner"Destillation, Absorption, Extraktion", G. Thieme Verlag Stuttgart, New York 1986).
Das Konzentrationsverhältnis der in den beiden Flüssigkeiten gelösten Substanz wird häufig Verteilungskoeffizient genannt. Im vorliegenden Fall wird nun erfindungsgemäß statt der zweiten Flüssigkeit das Polymer verwendet, wobei der Begriff des Verteilungskoeffizienten (Verhältnis gelöster Substanz im Polymer zu gelöster Substanz in der fluiden Phase, bezogen auf das Volumen) beibehalten wird. In jedem Fall muß dieser Verteilungskoeffizient möglichst hoch sein, um mit der eingesetzten Polymermenge möglichst viel von der organischen Verbindung aus dem Fluid zu entfernen.
Durch die Wahl des Polymeren kann daher eine hohe Selektivität für die Aufnahme einer organischen Verbindung erzielt werden, wodurch sich dieses Verfahren im Prinzip sehr gut für die Entfernung von organischen Schadstoffen oder wertvollen Aromastoffen aus Fluiden, wie z. B. Wasser oder Luft bzw. Gas eignet.
Leider ist die Regenerierung, d. h. die Entfernung der organischen Ver­ bindung aus dem Polymer schwierig. Im Prinzip könnte man es auf­ heizen; jedoch ist dies wegen der schlechten Wärmeleitung mit den üb­ lichen Verfahren nicht praktikabel.
Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, die Rückgewinnung der orga­ nischen Verbindungen in konzentrierter Form aus dem Polymeren durch Mikrowellenheizung zu beschleunigen.
Dies bietet sich insbesondere bei polaren organischen Verbindungen, wie Alkohol oder Azeton an. Ist die organische Verbindung unpolar, wie z. B. Benzol, so muß das Absorbens, d. h. das Polymer so gewählt werden, daß es selbst durch die Mikrowellen aufgeheizt werden kann. Z.B. löst sich Azeton sehr gut in Polysiloxanen und kann anschließend durch Mikrowellenbeheizung daraus wieder entfernt und in hoher Konzentration wiedergewonnen werden (durch Kondensation).
Dagegen lösen sich eine Reihe von Aromaten sehr gut in Polyether- Block-Amiden, die durch Mikrowellen in wenigen Sekunden (s. Tabelle) aufgeheizt werden können. Dabei werden die gelösten organischen Verbindungen aus der Polymermatrix ausgetrieben, d. h. desorbiert. Da dies unter kontrollierten Bedingungen ablaufen kann, ergibt sich die Möglichkeit durch Einstellen einer optimalen Konzentration im Desorbatstrom die organischen Verbindungen entweder katalytisch vollständig zu zerlegen oder sie durch nachfolgende Kondensation zurückzugewinnen. Letzteres kann durch Anlegen eines geringen Unterdruckes unterstützt werden. Dies bietet sich beispielsweise bei der Aromarückgewinnung an.
Das Polymer muß bei dem vorgeschlagenen Verfahren keine große Oberfläche mehr besitzen. Allerdings sollte die Geometrie so gewählt werden, daß die Wege für die zu entfernende bzw. zu gewinnende organische Verbindung kurz sind. D.h. das Polymer sollte entweder als kleine Partikel (in der Regel kleiner 1 mm) oder als dünnwandiges Formteil (z. B. Schlauch oder Folie) von dem mit der organischen Verbindung beladenen Fluid (Wasser oder Gas) angeströmt werden. Bei solchen Polymeren, die so große Mengen an organischen Verbindungen aufnehmen können, daß sie ihre Form verlieren, ist es empfehlenswert, das Polymer in einem Stütz- bzw. Trägergerüst, z. B. eine stark poröse Keramik zu fixieren.

Claims (5)

1. Verfahren zur Entfernung organischer Verbindungen aus Fluiden mit nachfolgender Rückgewinnung, dadurch gekennzeichnet, daß man die organischen Verbindungen in einem Polymer absorbiert (löst), das so gewählt ist, daß die organischen Verbindungen darin einen mindestens 10mal höheren Verteilungskoeffizient haben als im Ausgangsfluid.
2. Verfahren nach 1 dadurch gekennzeichnet, daß man zur Entfernung und Rückgewinnung bzw. Zerstörung der organischen Verbindungen aus dem Polymer das System Polymer/organische Verbindung mittels Mikrowellen aufheizt.
3. Verfahren nach 1. und 2. dadurch gekennzeichnet, daß man für die Entfernung und Rückgewinnung bzw. Zerstörung polarer organischer Verbindungen ein Polymer benutzt, daß sich mittels Mikrowellen wenig aufheizen läßt, d. h. für Mikrowellen "transparent" ist.
4. Verfahren nach 1. und 2. dadurch gekennzeichnet, daß man für die Entfernung und Rückgewinnung bzw. Zerstörung wenig polarer oder unpolarer organischer Verbindungen ein Polymer verwendet, daß sich mittels Mikrowellen leicht aufheizen läßt.
5. Vorrichtung nach 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß man den mit organischen Verbindungen beladenen Fluidstrom durch einen mit Polymerpartikeln gefüllten Behälter oder an dünnwandigen Polymer- Schläuchen bzw. -Folien vorbei führt.
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