EP1370494A1 - Elimination des ions de metaux des effluents aqueux - Google Patents

Elimination des ions de metaux des effluents aqueux

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EP1370494A1
EP1370494A1 EP02720057A EP02720057A EP1370494A1 EP 1370494 A1 EP1370494 A1 EP 1370494A1 EP 02720057 A EP02720057 A EP 02720057A EP 02720057 A EP02720057 A EP 02720057A EP 1370494 A1 EP1370494 A1 EP 1370494A1
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metals
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metal
weight
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EP02720057A
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Jean-Marie Basset
Jean-Pierre Candy
Grégory GODARD
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F2101/20Heavy metals or heavy metal compounds
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    • Y10S210/00Liquid purification or separation
    • Y10S210/902Materials removed
    • Y10S210/911Cumulative poison
    • Y10S210/912Heavy metal

Definitions

  • the present invention relates to a new process for the removal of metals, such as, but not limited to, zinc, lead, chromium, copper, iron, aluminum, manganese, cadmium, cerium or silver in solution in ionic form in water or any medium of an aqueous nature, by chemisorption on a solid charge easily extracted from the aqueous phase and containing a preferably reduced metal preferably selected from the metals of the NUI group ( Ni, Co, Fe, Cu, Pt, Pd, Rli, Ir., ..).
  • a preferably reduced metal preferably selected from the metals of the NUI group ( Ni, Co, Fe, Cu, Pt, Pd, Rli, Ir., ..).
  • the present invention relates to a new method which makes it possible to remove a metal in ionic form in solution in water in the trace or ultratrace state.
  • the claimed method uses chemisorption with a solid charge of which at least one of the constituents is a reduced metal.
  • this metal belongs to the metals of group VLII of the periodic table, and more preferably it is metals such as nickel, palladium, platinum, iron or cobalt.
  • the reduced metal can be in colloidal form or on a support.
  • these metals When these metals are present on a solid support, they can be found alone or in a mixture such as Ni and Pt, in the alloyed state or not.
  • the metal of the NIJJ group can also be prepared by the Raney method, that is to say from a powder of alloy of this metal with aluminum, extraction of aluminum by a strong base in solution in l water, hot washing, filtration and storage of the powder obtained in slightly basic aqueous medium, in a neutral atmosphere.
  • nickel in Raney form is commercial, it can be used directly.
  • the metal of group NUI can be deposited on a preferably divided support, composed of one or a combination of metal oxides of groups IIA,
  • ⁇ IA, IVA or IVB of the periodic table such as Aluminum, Silicon,
  • Titanium It is also possible to use activated carbon, zeolites, alumina, TiO 2 , mesoporous solids such as MCM 41, molecular sieves or their mixtures.
  • the metal of the Vin group is deposited on the support by impregnation or exchange from its mineral salts or molecular complexes.
  • the deposited salts are decomposed by treatment under a flow of reducing, oxidizing or neutral, at a temperature between 100 and 600 ° C.
  • the group VIII metal deposited on a support is reduced using a chemical reducing agent or with hydrogen between 100 and 600 ° C.
  • the metal of the Vffl group is brought into contact in a reduced state with the aqueous solution containing the traces of metals to be eliminated.
  • the reduction of the supported metal is preferable for a better action of the process but it is not essential because the load to be treated can possibly contain a reducing element such as traces of hydrazine, sodium borohydride, potassium ... or other chemical reducers such as forrnic acid, formaldehyde.
  • the process consists in passing the aqueous charge to be treated over a solid containing the metal on which the metallic traces will cliimisorber.
  • chemisorption By chemisorption, and this is what characterizes the present invention, is meant the creation of a particular chemical bond, between the metal to be eliminated and the supported metal. It is not an adsorption which is a phenomenon most often balanced and which does not make it possible to reach the very low levels of metals in water which constitute the spectacular result of the present invention.
  • the chemisorption process can be improved if the metal support itself has a high specific surface area, which allows a first adsorption of large quantities of metal ions possibly present in the solution before refining the process by chemisorption on the metal. reduced.
  • the temperature of the process is variable but it can be between 0 and 200 ° C and preferably between 0 and 80 ° C. Higher temperatures may be required in which case pressure is possible. It is also possible, but this is not always necessary, to carry out the absorption under hydrogen, which makes it possible to maintain a better state of reduction of the system.
  • the hydrogen pressure can vary from 0 to 10 atmospheres and preferably between 0 and 1 atmosphere.
  • the final concentration of the solution Cd ⁇ n 'then is more than 4 ppm (cadmium weight per weight of solution).
  • the catalytic solid therefore almost completely eliminated the cadmium from the aqueous solution.
  • the final concentration of Cd " " " in the solution is then lower than 3 ppm (weight of cadmium per weight of solution).
  • the final concentration of Co ++ in the solution is then only 0.5 ppm (weight of cobalt per weight of solution).
  • the final concentration of Ce * * ' in the solution is then no more than 1 ppm (weight of cerium per weight of solution).
  • the final Pb 4 "1" concentration in the solution is then only 2 ppm (weight of lead per weight of solution).
  • Example 7 10 g of an aqueous solution containing an amount of chromium salt (CrCl 3 ) to be eliminated, corresponding to 1000 ppm (weight of cliroma per weight of solution) is brought into contact with an amount of Raney nickel (ACROS) corresponding to 0.1 g / g of solution. After 24 hours of reaction, the solid is removed from the solution by filtration.
  • CrCl 3 chromium salt
  • ACROS Raney nickel
  • the final concentration of C ⁇ - +++ in the solution is then no more than 3 ppm (weight of chromium per weight of solution).

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Abstract

La présente invention vise un procédé permettant l'élimination des ions des métaux en milieu aqueux tels que zinc, plomb, chrome, cuivre, fer, aluminum, manganese, cadmium, cérium ou argent et les mélanges de ces métaux présents à l'état de trace ou d'ultratrace dans les effluents aqueux, par adsorption sur une charge solide contenant un métal choisi parmi les métaux du groupe VIII.

Description

ELIMINATION DES IONS DE METAUX DES EFFLUENTS AQUEUX
La présente invention concerne un nouveau procédé permettant l'élimination des métaux, tels que, mais à titre non limitatif, le zinc, le plomb, le chrome, le cuivre, le fer, l'aluminium, le manganèse, le cadmium, le cérium ou l'argent en solution sous forme ionique dans l'eau ou tout milieu à caractère aqueux, par chimisorption sur une charge solide facilement extraite de la phase aqueuse et contenant un métal de préférence réduit choisi de façon préférentielle parmi les métaux du groupe NUI (Ni, Co, Fe, Cu, Pt, Pd, Rli, Ir.,..). On comiaît maintenant les risques encourus par la population lorsque des métaux à l'état de trace se trouvent dans les eaux d'évacuation des usines chimiques, pétrochimiques, agiOchimiques, pharmaceutiques, plastiques, métallurgiques etc .. On peut citer, par exemple les maladies pouvant résulter de l'ingestion par l'homme de traces de plomb (saturnisme), de cadmium (protéinurie, itaï-itaï au Japon), d'aluminium (Elseihmer), de mercure (maladie de Minamata au Japon), de chrome VI (cancer) etc.
On a donc intérêt à trouver des méthodes qui permettent d'éliminer ces métaux à l'état de trace et d'ultratrace dans les eaux résiduaires et d'une façon générale dans l'eau. La législation notamment européenne est particulièrement sévère et dorme des valeurs de plus en plus faibles pour les teneurs en métaux. Par exemple, les teneurs tolérées dans les rejets industriels aqueux sont toutes inférieures au ppm et dans l'eau potable, cette teneur ne doit pas dépasser 50 ppb pour le plomb ou le chrome, 5 ppb pour le cadmium et doit même être inférieure à 1 ppb pour le mercure, Les procédés actuels d'élimination des métaux des effluents aqueux font appel à la précipitation sous forme d'hydroxydes ou de sulfures, à la coprécipitation avec l'aluminium, le fer ou d'autre sels, à l'adsorption sur des charges minérales ou organiques ou encore à l'échange ionique.
Ces procédés font appel à des méthodes de physorption ou d'échange ioniques et ne sont relatives qu'à un type d'ion et de plus sont réversibles. Enfin, de manière générale, ces procédés ne sont pas efficaces pour l'élimination de contaminants présents à l'état de traces par exemple, de l'ordre de 1,1000 à 10000 ppm.
II existe donc une demande pour une méthode efficace d'élimination de contaminants métalliques présents à l'état de traces dans les effluents aqueux.
La présente invention a pour objet une nouvelle méthode qui permet d'éliminer un métal sous forme ionique en solution dans l'eau à l'état de trace ou d'ultratrace. La méthode revendiquée fait appel à la chimisorption par une charge solide dont au moins un des constituants est un métal réduit. De préférence, ce métal appartient aux métaux du groupe VLII du tableau périodique, et plus préférentiellement il s'agit de métaux tels que le nickel, le palladium, le platine, le fer ou le cobalt. Le métal réduit peut être sous une forme colloïdale ou sur un support.
Lorsque ces métaux sont présents sur un support solide, ils peuvent se trouver seuls ou en mélange tels que Ni et Pt, à l'état d'alliage ou non.
Le métal du groupe NIJJ peut être aussi préparé par la méthode de Raney, c'est à dire à partir d'une poudre d'alliage de ce métal avec l' aluminium, extraction de l'aluminium par une base forte en solution dans l'eau, lavage à chaud, filtration et conservation de la poudre obtenue en milieu aqueux légèrement basique, sous atmosphère neutre. Parmi les métaux du groupe Vffl, le nickel sous forme Raney est commercial, il peut être utilisé directement.
Le métal du groupe NUI peut être déposé sur un support de préférence divisé, composé d'un ou d'une combinaison d'oxyde de métaux des groupes IIA,
ÏÏIA, IVA ou IVB de la classification périodique, tels que Aluminium, Silicium,
Titane. On peut aussi utiliser le charbon actif, les zéolites, l'alumine, le TiO2, les solides mésoporeux tels que MCM 41, les tamis moléculaires ou leurs mélanges.
Le métal du groupe Vin est déposé sur le support par imprégnation ou échange à partir de ses sels minéraux ou de complexes moléculaires. Les sels déposés sont décomposés par traitement sous flux de gaz réducteur, oxydant ou neutre, à température comprise entre 100 et 600°C. Préalablement à son utilisation dans le procédé revendiqué, le métal du groupe VIII déposé sur un support est réduit à l'aide d'un réducteur chimique ou par l'hydrogène entre 100 et 600°C.
Selon une variante préférée de l'invention, le métal du groupe Vffl est mis en contact à l'état réduit avec la solution aqueuse contenant les traces de métaux à éliminer. La réduction du métal supporté est préférable pour une meilleure action du procédé mais elle n'est pas indispensable car la charge à traiter peut éventuellement contenir un élément réducteur comme des traces d'hydrazine, de borohydrure de sodium, potassium... ou d'autre réducteurs chimiques tels que l'acide forrnique, le formaldéhyde.
Le procédé consiste à faire passer la charge aqueuse à traiter, sur un solide contenant le métal sur lequel les traces métalliques vont se cliimisorber. Par chimisorption et c'est ce qui caractérise la présente invention, on entend la création d'une liaison chimique particulière, entre le métal à éliminer et le métal supporté. Il ne s'agit pas d'une adsorption qui est un phénomène le plus souvent équilibré et qui ne permet pas d'atteindre les très bas niveaux de métaux dans l'eau qui constituent le résultat spectaculaire de la présente invention. Cependant on peut améliorer le processus de chimisorption si le support du métal est lui- même de haute surface spécifique ce qui permet une première adsorption des grosses quantités d'ions métalliques éventuellement présentes dans la solution avant d'affiner le processus par chimisorption sur le métal réduit.
La température du procédé est variable mais elle peut être comprise entre 0 et 200°C et de préférence entre 0 et 80°C. Il peut arriver que des températures supérieures soient nécessaires auquel cas une pression est possible. II est également possible, mais cela n'est pas toujours nécessaire, de réaliser la cl imisorption sous hydrogène, ce qui permet de maintenir un meilleur état de réduction du système. La pression d'hydrogène peut varier de 0 à 10 atmosphères et de préférence entre 0 et 1 atmosphère.
Les exemples suivants illustrent l'invention sans en limiter la portée. Exemple 1
10 g d'une solution aqueuse contenant une quantité de sel de cadmium (CdCl2) à éliminer, correspondant à 3800 ppm (poids de cadmium par poids de solution) est mise en contact avec une quantité de nickel de Raney (ACROS) correspondant à 0.1 g/g de solution.
Après 5 heures de réaction, le solide est éliminé de la solution par filtration.
La concentration finale en Cd de la solution n'est alors plus que de 4 ppm (poids de cadmium par poids de solution). Le solide catalytique a donc éliminé presque totalement le cadmium de la solution aqueuse.
Exemple 2
10g d'une solution aqueuse contenant une quantité de sel de cadmium (CdCl2) à éliminer, correspondant à 1000 ppm (poids de cadmium par poids de solution) est mise en contact avec 1 g d'un solide constitué de nickel supporté sur alumine contenant 23% (en poids) de nickel
Après 24 heures de réaction, le solide est éliminé de la solution par filtration.
La concentration finale en Cd""" de la solution est alors plus faible que 3 ppm (poids de cadmium par poids de solution).
Exemple 3
10 g d'une solution aqueuse contenant une quantité de sel de cobalt (CoCL) à éliminer, correspondant à 2000 ppm (poids de cobalt par poids de solution) est mise en contact avec une quantité de nickel de Raney (ACROS) correspondant à 0.1 g/g de solution.
Après 24 heures de réaction, le solide est éliminé de la solution par filtration .
La concentration finale en Co++ de la solution n'est alors plus que de 4 ppm (poids de cobalt par poids de solution). Exemple 4
10 g d'une solution aqueuse contenant une quantité de sel de cobalt (CoCl2) à éliminer, correspondant à 100 ppm (poids de cobalt par poids de solution) est mise en contact avec une quantité de nickel de Raney (ACROS) correspondant à 0.1 g/g de solution.
Après 24 heures de réaction, le solide est éliminé de la solution par filtration.
La concentration finale en Co++ de la solution n'est alors plus que de 0.5 ppm (poids de cobalt par poids de solution).
Exemple 5
10 g d'une solution aqueuse contenant une quantité de sel de cérium (Ce(NO3)3) à éliminer, correspondant à 4760 ppm (poids de cérium par poids de solution) est mise en contact avec 1 g d'un solide constitué de nickel supporté sur alumine contenant 23% (en poids) de nickel
Après 24 heures de réaction, le solide est éliminé de la solution par filtration.
La concentration finale en Ce** ' de la solution n'est alors plus que de 1 ppm (poids de cérium par poids de solution).
Exemple 6
10 g d'une solution aqueuse contenant une quantité de sel de plomb (Pb(NO3)2) à éliminer, con-espondant à 1760 ppm (poids de plomb par poids de solution) est mise en contact avec 1 g d'un solide constitué de nickel supporté sur alumine contenant 23% (en poids) de nickel.
Après 24 heures de réaction, le solide est éliminé de la solution par filtration.
La concentration finale en Pb4"1" de la solution n'est alors plus que de 2 ppm (poids de plomb par poids de solution).
Exemple 7 10 g d'une solution aqueuse contenant une quantité de sel de chrome (CrCl3) à éliminer, correspondant à 1000 ppm (poids de clirome par poids de solution) est mise en contact avec une quantité de nickel de Raney (ACROS) correspondant à 0.1 g/g de solution. Après 24 heures de réaction, le solide est éliminé de la solution par filtration.
La concentration finale en Cι-+++ de la solution n'est alors plus que de 3 ppm (poids de chrome par poids de solution).
Exemple 8
10 g d'une solution aqueuse contenant une quantité de sel de chrome (Cr2θ7~") à éliminer, correspondant à 500 ppm (poids de clirome par poids de solution) est mise en contact avec une quantité de nickel de Raney (ACROS) correspondant à 0, 1 g/g de solution. Après 24 heures de réaction, la concentration finale en Cr0+ de la solution n'est alors plus que de 3 ppm (poids de chrome par poids de solution).

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'élimination de métaux présents dans l'eau ou un milieu aqueux par passage de la solution polluée sur un solide contenant un métal réduit.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les métaux à éliminer, sous une forme ionique, dissoute, sont choisis parmi le zmc, le plomb, le chrome, le cuivre, le fer, raluniinium, le manganèse, le cadmium, le cérium, l'argent et leurs mélanges.
3. Procédé selon la revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le métal réduit est sous une forme colloïdale ou sur un support.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le métal réduit est choisi paπm' les éléments du groupe VIII du tableau périodique.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le métal réduit est le nickel et de préférence le Nickel de Raney.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le métal réduit peut être associé à un ou plusieurs autres métaux.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le métal réduit ou le mélange de métaux est supporté sur un support divisé.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le métal réduit ou le mélange de métaux est supporté sur un support choisi pairni la silice, l'alumine, le TiO2, le charbon actif, les zéolithes ou leurs mélanges.
9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la solution polluée est traitée sous une pression d'hydrogène.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la pression d'hydrogène est comprise entre 0 et 10 atmosphères et préférablement entre 0 et 1 atmosphère.
11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la solution aqueuse polluée est traitée à une température comprise entre 0°C et 20O°C et de préférence entre 0 et 80°C.
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