DE69024359T2

DE69024359T2 - Verfahren zur behandlung von öl

Info

Publication number: DE69024359T2
Application number: DE69024359T
Authority: DE
Inventors: Thomas K Mcdowell; William R Noonan
Original assignee: Encapsulation International LLC
Current assignee: Encapsulation International LLC
Priority date: 1989-09-26
Filing date: 1990-09-26
Publication date: 1996-06-27
Anticipated expiration: 2010-09-27
Also published as: CA2066162A1; DE69024359D1; CA2066162C; EP0494188A1; NO302578B1; AU6438490A; JPH05503950A; NO921161L; NO921161D0; EP0494188B1; AU646409B2; WO1991005026A1; ATE131854T1; DK0494188T3

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifif ein Verfahren zum Einkapseln von gefährlichem Abfall, und insbesondere ein Verfahren zur Behandlung von irrtümlich ausgelaufenen Kohlenwasserstoffen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Das irrtümliche Auslaufen von Kohlenwasserstoffen mit der daraus resultierenden Umweltbelastung ist leider ein ziemlich häufiges Ereignis. Bis jetzt gab es aber noch kein vollständig zufriedenstellendes Verfahren zum Aufhalten und zur Wiedergewinnung ausgelaufener Kohlenwasserstoffe. Der augenschein lichste Einsatz solcher Verfahren ist jener bei Reinigungsarbeiten, nachdem große Mengen an Rohöl aus seegängigen Öltankern ausgelaufen sind. Die Bemühungen zur Bewältigung eines solchen Auslaufens umfassen das Einschließen unter Verwendung von Schwimmsperren und in der Folge Versuche, das eingeschlossene Öl unter Einsatz verschiedener Verfahren vom Meerwasser zu trennen. Jedoch sind solche Sperren im allgemeinen nur bei relativ ruhigem Wetter wirksam, und bekannte Trennverfahren sind relativ langsam und zur Behandlung großer Mengen an ausgelaufenem Öl ungeeignet.
Es ist seit langem bekannt, daß Tenside, Dispergiermittel und Benetzungsmittel die Fähigkeit haben, Kohlenwasserstoffe in unterschiedlichem Ausmaß zu emulgieren. Diese Tatsache hat man sich in der Vergangenheit zunutzegemacht, um Kohlenwasserstoffe beispielsweise von Stränden zu entfernen und um beispielsweise auch das Dispergieren von Kohlenwasserstoffen zu unterstützen, die in offenem Wasser ausgelaufen sind.
Die Lehren der US-Patente an Paviak et al., Nr.3,577,340 vom 4. Mai 1971; Boardman et al., Nr.3,639,255 vom 1. Februar 1972; und Abaeva et al., Nr.4,197,197 vom 8. April 1980 offenbaren verschiedene neue Tenside, die beim Zerstreuen von Ölfilmen oder Auslauföl im offenen Wasser nützlich sind. Als ein Verfahren zur Beseitigung von Auslauföl gesehen, kann die Verwendung von Tensiden, wie in den oben angeführten angeführten Dokumenten beschrieben, das Öl nur verdünnen und nicht eliminieren oder entfernen. Es gibt in der Tat deutliche Hinweise darauf, daß die chemisch dispergierten oder emulgierten Kohlenwasserstoffe für Schalentiere und Fische giftiger sind als der ursprüngliche undispergierte Kohlenwasserstoff.
Wenn ausgelaufenes Rohöl an Land gespült wird, wird das Entfernen des Öls noch schwieriger. Unter bestimmten Umständen wird das verunreinigte Strandmaterial einfach entfernt. Wo das nicht durchführbar ist, beispielsweise an felsigen Stränden, umfaßt das herkömmliche Reinigungsverfahren die Verwendung von Hochdruckdampf oder -wasser, um das Öl von der Küste wegzuwaschen, aber dieses Verfahren ist langsam und arbeitsintensiv und dennoch relativ unwirksam.
Die Verwendung von Silika oder Silikat zur Bekämpfung von ausgelaufenen Kohlenwasserstoffen ist ebenfalls bekannt, beispielsweise offenbart Whittington et al. in der US-PS-3,843,306 vom 22. Oktober 1974 die Verwendung eines oberflächen behandelten urethanschaum-artigen Silikatschaums, der unter anderem Kohlenwasserstoffe absorbiert.
Kozar offenbart in der US-PS-4,256,578 vom 17. März 1981 die Verwendung von Metasilikaten zur Rückgewinnung von Altöl durch Einstellen des pH-Wert eines Öl/Wasser-Gemisches und Erwärmen, wodurch die Ölverunreinigungen in der wäßrigen Phase solubilisiert werden und eine Wiederverwendung des Öls ermöglicht wird.
Black et al. beschreibt in der US-PS-4,518,506 vom 21. Mai 1985 dieverwendung eines oberflächenbehandelten expandierten Silikataggregats zur Absorption von schwimmenden Ölen von Wasser.
Alle obigen Verwendungen von Silikaten oder Silikas basieren einfach auf der physikalischen Absorption oder Einstellung des pH-Wertes.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß vorliegender Erfindung wird ein Verfahren zum Einkapseln von Kohlenwasserstoffen bereitgestellt, um ein Material zu erzeugen, das gut gebunden ist und leich eingesammelt und von einer Auslaufstelle entfernt werden kann. Das Verfahren umfaßt das In-Berührung-Bringen des Kohlenwasserstoffs mit einer Emulgatorlösung, gefolgt vom In-Berührung-Bringen des resultierenden Gemisches mit einer Silikatlösung. Der Emulgator spaltet den Kohlenwasserstoff in sehr kleine Tröpfchen, und das Silikat schließt die Öltröpfchen in eine amorphe Hülle auf Silikabasis ein und bildet ein unbewegliches Gel, das zu einem feinen, freifließenden Pulver trocknet.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Dieser und andere Aspekte der Erfindung werden nun anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die beiligenden Zeichnungen beschrieben, die Testergebnisse veranschaulichen, die von verschiedenen Proben erhalten werden, die aus der Durchführung des Verfahren gemäß vorliegender Erfindung resultieren.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt die Behandlung eines Kohlenwasserstoff- oder Ölsystems mit einer emulgierenden oder dispergierenden Lösung, die üblicherweise einen pH-Wert unter 7 hat, um den Kohlenwasserstoff oder das Öl zu emulgieren/solubilisieren, gefolgt von einer Silikatlösung, um das resultierende saure Gemisch zu neutralisieren/immobilisieren. Das Verfahren kann für Reinigungsverfahren bei Unfällen, bei denen Kohlenwasserstoff ausläuft, und Verseuchungsfällen eingesetzt werden. Der Emulgator kann eine Mischung aus organischen Säuren, anorganischen Säuren, Benetzungsmitteln, Tensiden und Dispergiermitteln oder herkömmlichen Emulgatoren sein.
Ein bevorzugter Emulgator hat die folgende Zusammensetzung:
Phosphorsäure 30%
Zitronensäure 8%
Natriumchlorid 4%
Nonylphenolethoxylat 5%
Natriumdodecylbenzol-Sulfonsäure 6%
lineares Alkoholethoxylat 4%
Phenylglykolether 3%
Wasser 40%
Der Emulgator kann auf den Kohlenwasserstoff in einem Bereich aufgebracht werden, in dem die obigen konzentrierte Lösung bis zu einem Verhältnis von 30:1 mit Wasser verdünnt ist.
Ein weiterer bevorzugter Emulgator hat die folgende Zusammensetzung:
Zitronensäure 12,5%
Nonylphenolethoxylat 10,0%
Ethoxyliertes Sorbitanmonooleat (20E.O) 8,0%
Ethoxyliertes Sorbitanmonooleat (5 E.O) 14,05
Hexylenglykol 8,0%
Wasser auf 100%
Wieder ein anderer bevorzugter Emulgator hat die folgende Zusammensetzung:
Zitronensäure 14,0%
Hexylenglykol 12,0%
N-Methylpyrrolidon 5,0%
dibasische Ester 12,0%
Phenylglykolether 5,0%
Wasser auf 100%
Die letztere Zusammensetzung ist besonders nützlich in Situationen, wo die Verwendung von Tensiden oder Benetzungsmitteln ein Problem darstellen würde oder diese nicht verwendet werden dürfen.
Eine bevorzugte Silikatlösung, die ein wasserlösliches Silikat umfaßt, hat die folgende Zusammensetzung:
Kalium- oder Natriumsilikat 33-58%
Wasserglaslösung 0,01 bis 2,0%
Aluminiumtrihydrat 0,01 bis 2,0%
Titandioxid 0,01 bis 2,0%
Glykol 1,0 bis 4,0%
Wasser Rest
Die Silikatlösung kann auf das Kohlenwasserstoff/Emulgator-Gemisch in einem Bereich aufgebracht werden, in dem die obige konzentrierte Lösung bis zu einem Verhältnis von 30:1 mit Wasser verdünnt ist.
Die Ergebnisse des Einsatzes des Verfahrens können wie nachstehend dargelegt zusammengefaßt werden.
Die Behandlung des Öls mit Emulgator spaltet das Öl sehr rasch in sehr kleine Tröpfchen auf. Das darauffolgende Aufbringen der Silikatlösung schließt die Öltröpfchen beinahe sofort in Hüllen auf Silikabasis ein, die in großer Menge als nasses Gel in Erscheinung treten. Das Gel besteht aus Agglomeraten aus Mikrokugeln (in Wänden auf Silikabasis eingekapseltes Öl) mit einem typischen Durchmesser von 2 bis 4 µm und weniger. Die Agglomerate sind nur lose gebunden und die Mikrokugeln können leicht in einzelne Einheiten dispergiert werden.
Das resultierende nasse Gel kann getrocknet werden, was ein freifließendes Pulver ergibt, und die Testergebnisse weisen darauf hin, daß die Behandlung das Öl in keiner Weise chemisch verändert oder abbaut.
Anwendungen des geoffenbarten Reinigungsbehandlungsverfahrens umfassen: das zur Verfestigung führende Einkapseln von Schweröl, Steinkohlenteer, Kerosin und Flugzeugtreibstoff als Auslaufeindämmungsmaßnahme im Notfall entweder zur Anwendung in einer Anlage oder zur topischen Anwendung; die Behandlung von Böden in der Nähe lecker Speichertanks oder anders verunreinigter Böden; und die Reinigungsbehandlung für verunreinigtes Wasser.
Um die Verwendungsmöglichkeiten für das erfindungsgemäße Verfahren zu demonstrieren, folgt nun eine Anzahl von Beispielen für Anwendungen des Verfahrens.

BEISPIEL 1

Ein kleines Aliquot eines im Handel erhältlichen Steinkohlenteers wurde mit einem Überschuß der ersten genannten Emulgatorlösung behandelt. Unmittelbar nach dem Zugeben der Enmulgatorlösung zum Steinkohlenteer bildete sich eine trübe Lösung, die feine schwarze Teilchen, vermutlich Kohlenstoff, enthielt. Die Reaktion wies auf eine rasche Solubilisierung/Emulgierung des Kohlenteers hin. Diese saure Lösung wurde dann mit der Silikatlösung behandelt, um ein grau/schwarzes gelartiges Präzipitat zu erhalten.
Eine Teilmenge dieses gelartigen Materials wurde bei Umgebungstemperatur im Vakuum getrocknet. Das noch nasse Gel, das getrocknete Gel und ein Teil des ursprünglichen unbehandelten Steinkohlenteers wurden dem Leachate-Test nach Bestimmung Nr. 309 des Umweltministeriums der kanadischen Provinz Ontario unterzogen, dessen Ergebnisse nachstehend angeführt sind: Polyaromatischer Kohlenwasserstoff ...(PAH) Leachate-Analyse Steinkohlenteer Konzentration - UG/ML (PPM) VERBINDUNGEN UNBEHANDELTE KONTROLLE BEHANDELTES TROCKENES GEL BEHANDELTES NASSES GEL Naphthalin Methylnaphthalin Ehylnaphthalin 3-Ethylennaphthalin 1,3-Dimethylnaphthalin 1,2-Dimethylnaphthalin Acenaphthylen 1,2-Dihydroacenaphthalin Isocyanonaphthalin Naphthalinisocyanat Naphthalin (substituiert) 9H-Fluoren Phenanthren Phenanthridin Methylacridin Methylcarbazol Fluorenamin Anthracenidian Fluoranthen Antrhacencarbonitril Phenantrhdinan Gesamt:Anmerkung: A) Ermittlungsgrenze für Benzo
(A) Pyren < 1,0 ppm
B) N.D. = nicht festgestellt < 0,001 ppm
Es wurde auch eine chemische Analyse des getrockneten "Geis" durchgeführt, deren Ergebnisse nachstehend angeführt sind: CHEMISCHE ANALYSE DES STEINKOHLENTEER-GELS (TROCKEN) Glühverlust GESAMT
Die Ergebnisse der chemischen Analyse zeigen, daß das "Gel" größtenteils aus Silika- und Kaliumverbindungen mit geringem Natriumgehalt besteht. Der hohe Glühverlust weist darauf hin, daß, vermutlich aufgrund der Kohlenwasserstoffkomponenten, eine beträchlichte Menge an flüchtigen Substanzen vorhanden ist.

BEISPIEL 2

Ein kleines Aliquot Kerosingasöl wurde mit einem Überschuß der erstgenannten Emulgatorlösung behandelt. Wie beim Steinkohlenteer wurde unmittelbar nach der Zugabe eine trübe Lösung erhalten, was auf Solubilisierung/Emulgierung hinweist. Die darauffolgende Behandlung mit der Silikatlösung führte zur sofortigen Bildung eines gelartigen Präzipitats. Wieder wurde ein Teil davon trocknen gelassen.
Die nachstehend angeführten Ergebnisse der chemischen Analyse für das getrocknete Gel zeigen, daß die Hauptkomponenten Silika- und Kaliumverbindungen mit geringem Natriumgehalt sind. CHEMISCHE ANALYSE DES KEROSINÖLGELS (TROCKEN) Glühverlust GESAMT
Die Ergebnisse der Öl- und Fett-Leachate-Analyse sind in der nachstehenden Tabelle angeführt und zeigen etwas höhere Werte als beim Steinkohlenteer. Diese Werte liegen aber immer noch deutlich unter den Richtwerten der Bestimmung, die für die Entsorgung in offenem Wasser zulässig sind: Ergebnisse des Leachate-Tests nach Bestimmung 309 Öl und Fette mg/l Kerosinöl-Gel (naß) Kerosinöl-Gel (trocken)

BEISPIEL 3

Altes (gebrauchtes) Motoröl, die oben beschriebene erstgenannte Emulgatorlösung und die oben beschriebene bevorzugte Silikatlösung wurden für die Probenherstellung und darauffolgende Analyse verwendet.
Die Behandlung der Ölprobe wurde wie folgt durchgeführt: zuerst wurden gleiche Volumina (10 ml) an Öl und Emulgator in einem Glasbecher vermischt. Bei der Zugabe des Emulgators wurde festgestellt, daß das Gemisch sehr fluid wurde und daß das Öl sich in kleine Tröpfchen zu spalten schien.
Das Gemisch wurde gut gerührt. An diesem Punkt wurden 10 ml der reaktiven Silikatlösung zugegeben. Der Becherinhalt wurde fast sofort zu einem sehr dicken Gel.
Ein Teil des Gels wurde über Nacht unter Umgebungstemperaturen in einem Vakuumofen getrocknet. Das getrocknete Gel war stark bröcklig und konnte leicht in ein freifließendes Pulver zerteilt werden. Daraufhin wurde am getrockneten Gel eine chemische Analyse durchgeführt.
Kontrollproben des Emulgators und der Silikatlösungen wurden hergestellt, indem Teilmengen davon über Nacht bei 40ºC in einem Vakuumofen getrocknet wurden, um ihre nichtflüchtigen Feststoffe zu erhalten.
Die eingesetzten Analyseverfahren sind nachstehend beschrieben:
Ein Teil des getrockneten Gels wurde Extraktion unter Verwendung von Hexan als Lösungsmittel unterzogen. Der Extrakt wurde vom Lösungmittel gestrippt, und der Rückstand wurde zur Infrarot(IR)-Analyse auf eine KBr-Scheibe geschmiert. Eine zweite Teilmenge des Rückstands wurde unter Einsatz von Größenausschlußchromatographie analysiert.
Der nicht-extrahierbare Teil des getrockneten Geis wurde über Nacht getrocknet und der Analyse unter Einsatz von Röntgenstrahlen-Diffraktiometrie und Rasterelektronenmikroskopie (SEM) in Verbindung mit einer angeschlossenen Energiestreuungsröntgenanalyse (EDXA) unterzogen. Letztere liefert die relativen Mengen aller Elemente in der Probe, deren Atomzahl gleich oder größer als 11 (Natrium) ist.
Eine weitere Teilmenge des im Vakuum getrockneten Geis wurde bei 750ºC 20 Stunden lang verascht, um die anorganischen (nicht-Öl) Komponenten zu isolieren. Die veraschte Probe wurde unter Einsatz von Röntgenbeugung und SEM-EDXA analysiert.
Für die Infrarotanalyse wurden trockene Pulverproben mit Kaliumbromid (Kbr) vermischt und zu Pellets gepreßt. Flüssige Proben wurden als dünne Filme oder KBR- Scheiben analysiert.
Der veraschte Rückstand des getrockneten Geis wurde pelletiert und unter Einsatz eines Philips PW-1410-Röntgenstrahlen-Spektrometers bezüglich aller Elemente mit einer Atomzahl über 8 analysiert.
Das Restwasser in den getrockneten Geis wurde unter Einsatz der Karl-Fischer-Titration ermittelt.
Ein Waters GPC-II-Chromatograph wurde verwendet, um Änderungen in den Molekulargewichtsverteilungen der Öle vor und nach der Behandlung zu ermitteln. Es wurden Proben von Öl vor der Behandlung und von den getrocknetnen Geis nach der Behandlung extrahierte Proben analysiert.
Die Ergebnisse der obigen Analyse werden nachstehend erörtert:
Infrarotspektrum 1 (Fig. 1) stammt vom von der getrockneten Silikatlösung erhaltenen nicht-flüchtigen Rückstand. Die breite Absorption bei Wellenzahl 3400 und 1657 ist höchstwahrscheinlich auf Restwasser zurückzuführen. Das breite Absorptionsband ohne besondere Merkmale hatte seine Mitte bei Wellenzahlen von etwa 1024, was für viele Materialien auf Silikabasis typisch ist.
Infrarotspektrum 2 (Fig. 2) stammt vom nichtflüchtigen, nach dem Trocknen erhaltenen Teil der Emulgatorlösung. Es war für die Interpretation der darauffolgenden Spektren nützlich.
Infrarotspektum 3 (Fig. 3) stammt von der Ölprobe wie erhalten. Es ist für einen hochverzweigten aliphatischen Kohlenwasserstoff typisch. Eine sehr schwache Absorption im Bereich von Wellenzahl 1750 weist darauf hin, daß ein Grad an thermooxidativem Abbau aufgetreten ist, wie man ihn bei einem Altöl erwarten würde.
Infrarotspektrum 4 (Fig. 4) stammt von dem getrockneten Gel, das nach der Behandlung des Öls mit Emulgator- und Silikatlösung erhalten wird. Die Absorptionsbänder aufgrund des Öls sind bei Wellenzahl 2927, 2855, 2456 und 1379 klar zu sehen. Außerdem kann ein breites Absorptionsband ohne besondere Kennzeichen beobachtet werden, das seinen Mittelpunkt in etwa um Wellenzahl 1075 hat, wie für Substanzen auf Silikabasis typisch.
Das Infrarotspektrum des vom getrockneten Gel durch Lösungsmittelextraktion wiedergewonnen Öls ist in Infrarotspektrum 5 (Fig. 5) zu sehen. Es ist identisch mit Spektrum 3 vom Öl vor der Behandlung und weist deutlich darauf hin, das letztere zu keinerlei chemischem Abbau oder chemischer Umwandlung des Öls führt. Da das getrocknete Gel ein freifließendes Pulver ist, weist das darauf hin, daß das Öl in einer anorganischen Hülle auf Silikabasis eingeschlossen ist, die es völlig isoliert.
Nach der Hexanextraktion des getrockneten Geis, um das eingeschlossene Öl zu entfernen, wurde der Rückstand vom Gel getrocknet. lnfrarotspektrum 6 (Fig. 6) stammt von diesem Rückstand. Die breite Absorption bei Wellenzahl 1085 ist typisch für Materialien auf Silikabasis. Die Bänder bei Wellenzahl 2927, 2855, 1460 und 1378 sind typisch für Öl und weisen darauf hin, daß nicht das gesamte Öl extrahiert worden ist. Ein Teil des Öls bleibt sehr eng in der Silikamatrix gebunden.
Die Infrarotspektren unbehandelter und extrahierter Öle weisen klar darauf hin, daß es während der Behandlung zu keiner wesentlichen Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung des Öls kommt. Um zu beurteilen, ob ein Abbau der Ölmoleküle stattgefunden hat, wurde Größenausschlußchromatographie (SEC) durchgeführt.
Die Chromatogramme SEC1 und 2 (Fig. 7 und 8) stammen vom unbehandelten Öl bzw. den durch Hexanextraktionen wiedergewonnen Ölen, wobei ein Differentialbrechungsindexdetektor verwendet wurde. Die Chromatogramme sind im wesentlichen identisch, mit der Ausnahme, daß das unbehandelte Öl eine etwas längere durchschnittliche Retentionszeit aufweist, was darauf hinweist, daß es ein etwas geringeres durchschnittliches Molekulargewicht hat.
Die Differenz ist auf der Basis erklärbar, daß die Fraktion mit geringerem Molekulargewicht des Öls zu eng in der Silikamatrix gebunden ist, um durch das in der vorliegenden Untersuchung eingesetzte Verfahren extrahiert zu werden. Das ist nicht unerwartet und wird durch ein Infrarotspektrum (siehe oben) untermauert, das deutlich Restöl in einer Matrix im wesentlichen auf Silikabasis zeigt.
Ähnliche Ergebnisse ergeben sich, wenn ein (auf 254 nm eingestellter) UV-Detektor auf dem Größenausschlußchromatographen verwendet wird. Diese werden als Abtastbilder SEC 3 und 4 (Fig. 9 und 10) für das unbehandelte bzw. das wiedergewonnene Öl gezeigt. Wieder ist die durchschnittliche Retentionszeit des erstenes etwas länger als die des letzteren, was darauf hinweist, daß das unbehandelte Öl ein etwas geringeres durchschnittliches Molekulargewicht aufweist.
Röntgen-Fluoreszenzspektroskopie wurde am getrockneten Gel, dem Gelrückstand nach der Extraktion des Öls mit Hexan und an einer veraschten Probe des letzteren durchgeführt. Die ermittelten Hauptelemente waren Silizium, Chlor und Kalium, die alle in Mengen von 10% oder mehr vorhanden waren. Kalzium wurde in einer Menge von etwa 1 % bis 2% ermittelt, während alle anderen Elemente nur in Spurenmengen vorhanden waren. Typische Ergebnisse (für den veraschten Rückstand von der Extraktion) sind nachstehend angeführt.
Eine Suche wurde bezüglich aller Elemente mit einer Atomzahl über 8 durchgeführt. Näherungswerte (Gew.-%) sind nachstehend für alle ermittelten Elemente angeführt. Nicht angeführte Elemente wurden in der Probe nicht festgestellt. Natrium Magnesium Aluminium Silizium Phosphor Schwefel Chlor Zink Barium Kalium Kalzium Titan Chrom Eisen Nickel Kupfer Bromid Blei
Röntgenstrahlendiffraktometrie an den obigen drei Proben wies darauf hin, daß die kristalline Hauptkomponente in allen Fällen Kaliumchlorid (KCl) war. Die veraschte Probe enthielt ebenfalls 5% Cristobalit (SiO&sub2;) plus einer weiteren sehr geringen unidentifizierten Komponente.
Alle drei Proben hatten eine sehr große amorphe Komponente in ihren jeweiligen Diffraktionsmustern. Die größte amorphe Anzeige ergab das getrocknete Gel.
Rasterelektronenmikroskopie zeigt, daß das amorphe Material die Gestalt sphäroidförmiger oder avoider Teilchen hat. Diese stellen die Mehrzahl dar, in den meisten Fällen mehr als 90% des umgesetzten Materials. In diesem Silikamantel ist der eigentliche Kohlenwasserstoff eingeschlossen. Aufgrund des Ergebnisses, daß die Silikahülle amorph ist, und da die Analyse der eigentlichen Hülle zeigt, daß nur Silizium und Sauerstoff vorhanden sind, ist offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung nicht auf Adsorption oder Absorption basiert, wie bestehende Verfahren, bei denen Silika oder Silikat eingesetzt werden. Die tatsächliche chemische Struktur hat sich als Netzwerk aus Si-O-Ring-Bildungen erwiesen, die um das gesäuerte, emulgierte Kohlenwasserstoffteilchen herum ausgerichtet sind.
Reduzierte Kopien der Diffraktometerspuren sind als XRD-Spektren 1, 2 und 3 (Figuren 11, 12 und 13) angeführt.
SEM-EDXA-Analyse der gleichen durch Röntgenstrahlentechniken analysierten Proben ergab wieder ähnliche Ergebnisse. Das energiedispersive Röntgenstrahlenspektrum 1 (Fig. 14) veranschaulicht die Ergebnisse vom veraschten Rückstand des ölfreien Geis. Silizium (Si), Chlor (Cl), Kalium (K) und Kalzium (Ca) sind nachweisbar. Der Nickel(Ni-)- Peak liegt kaum über dem Hintergrund und ist wahrscheinlich entweder unecht oder stellt Probenverunreinigung während der Herstellung dar. Aus den obigen EDS-Spektren wurden folgende Gewichtsprozent und Atomprozent berechnet: EDS-ANALYSE OHNE STANDARD Element-% Linie Atom-% TOTAL
Die nasse Geiprobe wurde mit dem optischen Mikroskop untersucht, um sie weiter zu charakterisieren. Es wurde festgestellt, daß das Gel aus Klumpen sehr kleiner Kugeln besteht. Die Kugeln haben einen maximalen Durchmesser von etwa 2 bis 4 µm, wobei eine große Anzahl noch kleiner ist.
Die zu sehenden Kugelklumpen sind nur sehr lose miteinander verbunden. Die Kugeln trennten sich nach dem Eintauchen in Glycerin und dem Anwenden dispergierender Kräfte durch Anwendung von Ultraschall. Die getrennten Kugeln sind im wesentlichen nicht zusammengeballt.
Schließlich wurden die durch das Trocknen der nassen Geis auftretenden Gewichtsverluste zweimal gemessen, was die Werte 46,7% und 44,7% und den sich daraus ergebenden Durchschnitt von 45,7% ergab, ausgehend vom ursprünglichen Probengewicht. Das stellt primär Wasser dar.
Das restliche Wasser, wie durch Karl-Fischer-Titrationen in den getrockneten Geis ermittelt, machte 15,11%, 16,16% und 15,70% aus, was einen Durchschnitt von 15,65% ergab, ausgehend vom Gewicht des trockenen Gels.
Der Aschegehalt (Gesamtmenge der anorganischen Substanzen) wurde basierend auf dem Gewicht des nassen Gels mit 10,89% und 10,92% gemessen, was einen Durchschnittswert von 1 0,91% ergibt.
Der extrahierbare Ölgehalt vom getrockneten Gel wurde basierend auf dem Gewicht der trockenen Probe mit 34,8% ermittelt.

BEISPIEL 4

Um das Verfahren in einem größeren Maßstab zu beurteilen, als in einem Labor möglich, wurde ein Sandkasten mit 4 Fuß (122 cm) x 4 Fuß (122 cm) konstruiert. Der Kasten wurde mit Polyethylenfilm ausgekleidet, um ihn wasserdicht zu machen.
Der Kasten wurde dann mit einer seichten Schicht Salzlauge bis zu einer Höhe von 3 bis 4 Inches (8-11 cm) gefüllt. Etwa zwei Drittel der Rückflächen wurden mit Granitsteinen mit einer Größe gefüllt, die im Durchmesser zwischen einigen wenigen Zentimetern und 20 cm variiert. Diese Anordnung stellte ein in kleinem Maßstab ausgeführtes, aber doch vernünftiges Modell eines Meeresstrandes dar.
Die Steine wurden dann absichtlich mit Rohöl verunreinigt. Dafür wurde etwa 2/3 l Öl verwendet. Es wurde beobachtet, daß eine kleine Ölmenge aus den Steinen austrat und ein Ölfeld auf dem offenen Wasser bildete.
An der Wasserlinie wurde ein Damm gebildet, indem die Emulsionslösung, unmittelbar gefolgt von der Silikatlösung einen dünnen Streifen mit einer Breite von 4 bis 5 cm und parallel zum Wasserrand aufgetragen wurde.
Dieser Damm sollte eine Barriere bilden, sodaß die darauffolgende Emulgierung des auf der landwärts gelegenen Seite verbleibenden Öls nicht zu weiterer Verunreinigung des Wassers führt.
Nachdem das abgeschlossen worden war, wurden die verbleibenden Steine zuerst mit der erstgenannten Emulgatorlösung und dann mit der bevorzugten Silikatlösung behandelt. Zwischen den beiden Anwendungen verging eine Zeitspanne von einigen Minuten. Die Lösungen wurden mit geringem Druck aufgesprüht. Es wurden keine zusätzlichen Hilfen, wie Hochdruckdampf, verwendet.
Während der Durchführung dieses Beispiels wurde beobachtet, daß die Schaffung des Dammes, um weitere Verschmutzung der offenen Wasserfläche zu verhindern, uneingeschränkt erfolgreich war. Es wurde keine zusätzliche Verunreinigung durch Auslaufen beobachtet. Es wurde beobachtet, daß der vor dem Auftragen bereits auf dem offenen Wasser vorhandene Ölfleck aufgrund einer geringen Auslaufmenge des Emulgators während des Dammbaus aufgebrochen wurde.
Das Auftragen des Emulgators auf die mit Öl bedeckten Steine brach den Ölfilm rasch und offensichtlich vollständig auf, sodaß er ablief und sauberes Gestein hinterließ. Eine kleine Menge an emulgiertem Öl verblieb in Rissen und Klüften an den Gesteinsoberflächen. Durch Einwirkung der Silikatlösung auf das emulgierte Öl wurde dieses in ein dickes Gel umgewandelt. Die Umwandlung erfolgt beinahe sofort.
Das Ölgel konnte von den Gesteinsoberflächen abgeschabt oder mit Wasser abgewaschen werden, wodurch eine scheinbar saubere Oberfläche zurückblieb. Dieses Verfahren war einfach und leicht durchzuführen.
Wenn man es trocknen ließ, war das Gel daraufhin noch leichter durch Abwaschen mit Wasser zu entfernen als gleich nach der Bildung.
Nach dem Waschen mit Wasser trockneten die Steine mit einer stumpfen, matten Oberfläche, die ihrem Aussehen vor dem Auftragen des Öls sehr nahe kam. Ihre Oberflächen fühlten sich trocken an und es gab keine Hinweise auf einen Ölfilmrückstand.

BEISPIEL 5

Um die Vielseitigkeit der vorliegenden Erfindung zu zeigen, wurde eine Vielzahl von Kohlenwasserstoffen behandelt, um sie einzukapseln, und sie wurden daraufhin Leachate-Analyse unterzogen.
2 kg Bunker "C"-Öl wurde mit 2,2 kg des erstgenannten Emulgators vermsicht, der auf 140ºC (60ºC) erwärmt worden war. Dadurch bildete sich ein sehr fluides Gemisch, das nicht mehr an den Seiten des Bechers haftete. Diesem Gemisch wurde 1,8 kg Silikatlösung zugegeben, die sofort ein dickes Gel bildete, wobei es keinen Hinweis auf irgendeinen Ölfilmrückstand im Becher gab. Die Leachate-Analse zeigte 14 ppm Öl im Auslaugwasser.
Die folgenden Kohlenwasserstoffe wurden auf ähnliche Weise behandelt und ergaben ähliche Ergebnisse. Kohlenwasserstoff: Gewicht des Kohlenwasserstoffs Gewicht des Emulgators Gewicht des Silikats Leachate-Analyse Dieselöl Nr. Benzin Jet-Treibstoff Albertarohöl Dieselöl Nr.
Somit ist festzustellen, daß die geoffenbarten Verfahren wirkungsvolle Mittel bzw. Einrichtungen zur Behandlung gefährlicher Abfälle, und insbesondere zur Behandlung von Kohlenwasserstoffen bereitstellen.
Die Prinzipien, bevorzugten Ausführungsformen und Arten der Durchführung der vorliegende Erfindung sind in den obigen Beispielen beschrieben worden. Die Erfindung, die geschützt werden soll, ist jedoch nicht als auf eine bestimmte geoffenbarte Form beschränkt zu betrachten, da diese nicht einschränkende, sondern veranschaulichende Funktion haben.

Claims

1. Verfahren zum Einkapseln eines Kohlenwasserstoffs, um seine toxische Wirkung auf die Umgebung zu minimieren, umfassend:

das Vermischen des Kohlenwasserstoffs mit einem Emulgator, der eine saure Komponente aufweist, um den Kohlenwasserstoff zu Tröpfchen zu dispergieren; und

das anschließende Vermischen des resultierenden Gemisches mit einer wasserlösliches Silikat enthaltenden wäßrigen Lösung, was zur Bildung von im wesentlichen amorphen Silikaschalen führt, die die Tröpfchen umgeben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin das wasserlösliche Silikat ein Silikat eines Alkalimetalls ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, worin das wasserlösliche Silikat Kaliumsilikat umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin der Emulgator eine organische Säure enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin der Emulgator ein anorganische Säure enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin der Emulgator ein oberflächenaktives Mittel oder eine Mischung aus oberflächenaktiven Mitteln enthält, das/die zur Emulgierung von Kohlenwasserstoff fähig ist/sind.

7. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin der Emulgator ein Lösungsmittel oder eine Mischung aus Lösungsmitteln enthält, das/die zur Bildung einer wäßrigen Dispersion mit dem Kohlenwasserstoff fähig ist/sind.