ES2961285T3 - Polímeros eliminadores de metales y usos de los mismos - Google Patents

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Abstract

Se describen usos para una composición que comprende un polímero derivado de al menos dos monómeros: acrílico-x y una alquilamina, en donde dicho polímero se modifica para contener un grupo funcional capaz de eliminar una o más composiciones que contienen uno o más metales. Estos polímeros tienen muchos usos en diversos medios, incluidos los sistemas de aguas residuales. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Polímeros eliminadores de metales y usos de los mismos
Campo de la invención
El campo de la invención se refiere a nuevos polímeros eliminadores de metales y a usos de los mismos.
Antecedentes de la invención
La eliminación de metales de diversos medios, tales como agua de proceso y aire, ha sido un desafío para diversas industrias, incluyendo la industria pesada y ligera, tales como centrales eléctricas y operaciones de minería. Además, la eliminación de metales de las aguas de proceso también ha sido objeto de aplicaciones urbanas.
Diversos sectores industriales desean seguir con las investigaciones para mejorar la tecnología de eliminación de metales. La presente descripción aborda diversas vías para gestionar los metales en procesos industriales y urbanos. Estas químicas podrían utilizarse potencialmente en otras aplicaciones diferentes que requieren la eliminación de metales.
El documento JP 2000 063794 (A) describe un grupo funcional eliminador de metales, por ejemplo, un grupo ditioácido y un grupo fosfato de alquileno, que se forma con un sustituyente unido a un átomo de nitrógeno en una cadena principal que tiene una estructura obtenida mediante la policondensación de un material producido haciendo reaccionar un compuesto que contiene nitrógeno que tiene preferiblemente 3 o más átomos de hidrógeno activo sustituibles unidos al átomo de nitrógeno, por ejemplo, aminoetiletanol-amina, con un éster vinílico, por ejemplo, acrilato de metilo.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 muestra un esquema general de una parte de un sistema de tratamiento de aguas residuales.
Resumen de la invención
La presente invención se refiere a un método para eliminar uno o más metales de un medio que contiene estos metales según la reivindicación 1.
Descripción detallada de la invención
A. Composiciones (no según la invención reivindicada)
La presente descripción proporciona una composición que comprende un polímero derivado de al menos dos monómeros: acrílico-x y una alquilamina, en donde dicho acrílico-x tiene la siguiente fórmula:
en donde X = OR, OH y sales de los mismos, o NHR2 y en donde R1 y R2 es H o un grupo alquilo o arilo, en donde R es un grupo alquilo o arilo, en donde el peso molecular de dicho polímero está entre 500 y 200.000, y en donde dicho polímero se modifica para contener un grupo funcional capaz de eliminar una o más composiciones que contienen uno o más metales.
Los metales pueden incluir metales con valencia cero, monovalentes y multivalentes. Los metales pueden estar unidos o no por compuestos orgánicos o inorgánicos. También, los metales pueden ser radiactivos y no radiactivos. Los ejemplos incluyen, aunque no de forma limitativa, metales de transición y metales pesados. Los metales específicos pueden incluir, aunque no de forma limitativa: cobre, níquel, cinc, plomo, mercurio, cadmio, plata, hierro, manganeso, paladio, platino, estroncio, selenio, arsénico, cobalto y oro.
El peso molecular de los polímeros puede variar. Por ejemplo, una de las consideraciones a tener en cuenta puede ser la especie/aplicación a la que se dirigen los polímeros. Otro factor puede ser una selección del monómero. Se puede calcular el peso molecular mediante diversos medios conocidos por los expertos en la técnica. Por ejemplo, se puede utilizar la cromatografía de exclusión por tamaño, como se analiza en los ejemplos siguientes.
Cuando se menciona el peso molecular, se refiere al peso molecular del polímero no modificado, denominado también como la cadena principal polimérica. Los grupos funcionales que se añaden a la cadena principal no forman parte del cálculo. Por lo tanto, el peso molecular del polímero con los grupos funcionales puede exceder con mucho el intervalo de pesos moleculares.
En una realización, el peso molecular del polímero es de 1.000 a 16.000.
En otra realización, el peso molecular de dicho polímero es de 1.500 a 8.000.
Pueden utilizarse diversos grupos funcionales para la eliminación de metales. El experto en la técnica entenderá correctamente la siguiente redacción: en donde dicho polímero se modifica para contener un grupo funcional capaz de depurar una o más composiciones que contengan uno o más metales. Más específicamente, el polímero se modifica para contener un grupo funcional que puede unirse a metales.
En una realización, el grupo funcional contiene un grupo químico que contiene sulfuro.
En otra realización, el grupo funcional es un grupo de sal de ditiocarbamato.
En otra realización, los grupos funcionales son al menos uno de los siguientes: grupos fosfato de alquileno, ácidos alquilencarboxílicos y sales de los mismos, grupos oxima, grupos amidooxima, ácidos ditiocarbámicos y sales de los mismos, ácidos hidroxámicos y óxidos de nitrógeno.
Las cantidades molares del grupo funcional con respecto a las aminas totales contenidas en el polímero no modificado también pueden variar. Por ejemplo, la reacción de 3,0 equivalentes molares de disulfuro de carbono a una relación molar de 1,0:1,0 en moles de copolímero de ácido acrílico/TEPA, que contiene 4 equivalentes molares de aminas por unidad de repetición después de la polimerización, dará como resultado un polímero que se ha modificado para contener un 75 % en moles del grupo de sal de ditiocarbamato. En otras palabras, el 75 % de las aminas totales del polímero no modificado se han convertido en grupos de sal de ditiocarbamato.
En una realización, el polímero tiene entre 5 y 100 % en moles del grupo de sal de ditiocarbamato. En una realización adicional, el polímero tiene de 25 a 90 % en moles del grupo de sal de ditiocarbamato. En otra realización más, el polímero tiene de 55 a 80 % en moles del grupo de sal de ditiocarbamato.
La selección de monómeros dependerá del polímero deseado que un experto en la técnica desearía fabricar.
Las alquilaminas pueden variar en su tipo.
En una realización, la alquilamina es al menos una de las siguientes: una etilenamina, una polietilenpoliamina, etilendiamina (EDA), dietilentriamina (DETA), trietilentetraamina (TETA) y tetraetilenpentamina (TEPA) y pentaetilenhexamina (PEHA).
El grupo monómero acrílico-x también puede variar.
En otra realización, el acrílico-x es al menos uno de los siguientes: acrilato de metilo, metacrilato de metilo, acrilato de etilo y metacrilato de etilo, acrilato de propilo y metacrilato de propilo.
En otra realización, el acrílico-x es al menos uno de los siguientes: ácido acrílico y sus sales, ácido metacrílico y sus sales, acrilamida y metacrilamida.
La relación molar entre los monómeros que forman el polímero, especialmente acrílico-x y alquilamina, puede variar y depender del producto polimérico resultante que se desee. La relación molar usada se define como los moles de acrílico-x dividido por los moles de alquilamina.
En una realización, la relación molar entre acrílico-x y alquilamina es de 0,85 a 1,5.
En otra realización, la relación molar entre acrílico-x y alquilamina es de 1,0 a 1,2.
Esta invención abarca diversas combinaciones de acrílico-x y alquilaminas, así como el peso molecular asociado de los polímeros.
En una realización, el acrílico-x es un éster acrílico y la alquilamina es PEHA o TEPA o DETA o TETA o EDA. En una realización adicional, la relación molar entre acrílico-x y alquilamina es de 0,85 a 1,5. En otra realización más, el peso molecular puede abarcar intervalos: 500 a 200.000, 1.000 a 16.000 o 1.500 a 8000. En otra realización más, el éster acrílico puede ser al menos uno de los siguientes: acrilato de metilo, metacrilato de metilo, acrilato de etilo y metacrilato de etilo, acrilato de propilo y metacrilato de propilo, que se combina con al menos una de las alquilaminas, que incluye PEHA o TEPA o d Et A o TETA o EDA. En otra realización más, el polímero resultante se modifica para contener los siguientes intervalos de grupos de sal de ditiocarbamato: 5 a 100%en moles, 25 a 90%en moles, 55 a 80%en moles.
En otra realización, el acrílico-x es una amida acrílica y la alquilamina es TEPA o DETA o TETA o EDA. En una realización adicional, la relación molar entre acrílico-x y alquilamina es de 0,85 a 1,5. En otra realización más, el peso molecular puede abarcar intervalos: 500 a 200.000, 1.000 a 16.000 o 1.500 a 8.000. En otra realización más, la amida acrílica puede ser al menos una o una combinación de acrilamida y metacrilamida, que se combina con al menos una de las alquilaminas, que incluye PEHA o TEPA o DETA o TETA o EDA. En otra realización más, el polímero resultante se modifica para contener los siguientes intervalos de grupos de sal de ditiocarbamato: 5 a 100 % en moles, 25 a 90 % en moles o 55 a 80 % en moles.
En otra realización, el acrílico-x es un ácido acrílico y sales del mismo y la alquilamina es PEHA o TEPA o DETA o TETA o EDA. En una realización adicional, la relación molar entre acrílico-x y alquilamina es de 0,85 a 1,5. En otra realización más, el peso molecular puede abarcar intervalos: 500 a 200.000, 1.000 a 16.000 o 1.500 a 8.000. En otra realización más, el ácido acrílico puede ser al menos uno o una combinación de ácido acrílico o sales del mismo y ácido metacrílico o sales del mismo, que se combina con al menos una de las alquilaminas, que incluye TEPA o DETA o TETA o EDA. En otra realización más, el polímero resultante se modifica para contener los siguientes intervalos de grupos de sal de ditiocarbamato: 5 a 100 % en moles, 25 a 90 % en moles o 55 a 80 % en moles.
Pueden integrarse monómeros adicionales en la cadena principal polimérica compuesta por monómeros constituyentes de acrílico-x y alquilamina. Se puede utilizar un esquema de reacción de condensación de polímeros para preparar la cadena principal polimérica fundamental. Se pueden utilizar otros diversos métodos de síntesis para funcionalizar el polímero con, por ejemplo, ditiocarbamato y/u otros grupos funcionales de eliminación de no metales. Un experto en la técnica puede funcionalizar el polímero sin experimentación excesiva.
Además, la composición de la presente invención puede formularse con otros polímeros tales como los descritos en la patente US-5.164.095, incorporada en la presente memoria como referencia; específicamente, un polímero de amoníaco dicloruro de etileno soluble en agua que tiene un peso molecular de 500 a 100.000 que contiene de 5 a 50 % en moles de grupos de sal de ditiocarbamato. En una realización, el peso molecular del polímero es de 1.500 a 2.000 y contiene de 15 a 50% en moles de grupos de sal de ditiocarbamato. En una realización adicional, el peso molecular del polímero es de 1.500 a 2.000 y contiene de 25 a 40 % en moles de grupos de sal de ditiocarbamato.
Además, la composición de la presente invención puede formularse con otros precipitantes de sulfuro de molécula pequeña tales como sulfuro de sodio, sulfhidrato de sodio, TMT-15® (sales de sodio o calcio de trimercapto-S-triazina; Evonik Industries Corporation 17211 Camberwell Green Lane, Houston, TX 77070, EE.UU.), dimetilditiocarbamato y dietilditiocarbamato.
B. Dosificación
La dosificación de los polímeros descritos para su uso puede variar. El cálculo de las cantidades de dosificación se puede realizar sin experimentación excesiva.
La calidad del medio de proceso y el grado del tratamiento del medio de proceso son dos factores que un experto en la técnica puede tener en cuenta para seleccionar la cantidad de dosificación. Un análisis de prueba realizado en laboratorio (prueba de jarras) es un ejemplo típico de lo que se utiliza como base para determinar la cantidad de dosificación necesaria para lograr una eliminación eficaz de los metales en el contexto de un medio de agua de proceso, por ejemplo, aguas residuales.
En una realización, la cantidad de polímero modificado de la invención capaz de eliminar eficazmente metales de aguas contaminadas está preferiblemente comprendida en el intervalo de 0,2 a 2 moles de ditiocarbamato por mol de metal. Más preferiblemente, la dosificación es de 1 a 2 moles de ditiocarbamato por mol de metal contenido en el agua. Según una realización de la invención, la dosificación de polímero de eliminación de metales requerida para quelar y precipitar 100 ml de cobre soluble 18 ppm a aproximadamente 1 ppm o menos fue de 0,011 g (11,0 mg) de polímero. Los complejos de polímero metálico formados son autofloculantes y se depositan rápidamente. Estos floculantes se separan fácilmente del agua tratada.
En el contexto de la aplicación del polímero a un sistema gaseoso, tal como un gas de combustión, el polímero puede dosificarse gradualmente y las tasas de captura para un metal concreto, por ejemplo, tal como mercurio, pueden calcularse mediante técnicas conocidas en la materia.
C. Métodos de uso (según la invención reivindicada)
La presente invención se dirige a un método para eliminar uno o más metales de un medio en fase líquida y/o en fase gaseosa que contiene dichos metales que comprende las etapas de: (a) tratar dicho medio que contiene metales con una composición que comprende un polímero derivado de al menos dos monómeros: acrílico-x y una alquilamina, en donde dicho acrílico-x tiene la siguiente fórmula:
en donde el acrílico-X es al menos uno de los siguientes: acrilato de metilo, metacrilato de metilo, acrilato de etilo y metacrilato de etilo, acrilato de propilo y metacrilato de propilo, ácido acrílico, ácido metacrílico, acrilamida y metacrilamida, en donde la alquilamina es PEHA o TEPA o d Et A o TETA o EDA, en donde el peso molecular de dicho polímero está entre 1.500 y 8.000, en donde la relación molar entre acrílico-x y alquilamina es de 0,85 a 1,5 y en donde dicho polímero se ha modificado para contener de 55 a 80 por ciento en moles de grupos de sal de ditiocarbamato capaces de depurar una o más composiciones que contienen uno o más metales; y (b) recoger dichos metales tratados; en donde los metales son al menos uno o una combinación de cobre, níquel, cinc, plomo, mercurio, cadmio, plata, hierro, manganeso, paladio, platino, estroncio, selenio, arsénico, cobalto y oro.
Las composiciones descritas anteriormente se incorporan en esta sección y pueden aplicarse dentro de las metodologías reivindicadas abarcadas por esta invención.
Los metales objetivo de interés dependerán del sistema/medio a tratar.
Los medios que contienen metales pueden variar e incluyen al menos una de las siguientes corrientes de aguas residuales, corrientes de hidrocarburos líquidos, corrientes de gases de combustión, cenizas volantes y otro material en forma de partículas. Se pueden acoplar varias etapas de procesamiento con la eliminación de metales, que incluyen aunque no de forma limitativa, etapas de filtración y/o dispositivos de control de calidad de aire, por ejemplo, filtros de mangas y precipitadores electrostáticos y otros dispositivos de control de la calidad del aire.
En una realización, el medio es una corriente de proceso que contiene agua, por ejemplo, aguas residuales o aguas residuales de una central eléctrica o establecimiento industrial (central eléctrica, operaciones de minería, incineración de residuos y/u operaciones de fabricación).
En otra realización, el medio es una corriente de hidrocarburos líquidos común en los procesos de refino del petróleo o procesos petroquímicos. Los ejemplos incluyen corrientes procedentes de estos procesos que contienen hidrocarburos del petróleo, tales como materias primas de hidrocarburos del petróleo, incluidos el crudo de petróleo y sus fracciones, tales como nafta, gasolina, queroseno, gasóleo, combustible para reactores, gasoil, el gasoil residual de vacío, etc., o las corrientes de proceso olefínicas o nafténicas, etilenglicol, hidrocarburos aromáticos y sus derivados.
En otra realización, se pueden utilizar sustancias químicas, floculantes y/o coagulantes adicionales junto con la química abarcada por esta invención. Las sustancias químicas aplicadas a un medio que contiene metales pueden variar, incluyendo la adición de al menos uno de los siguientes: polímeros catiónicos, polímeros aniónicos, polímeros anfóteros y polímeros de ion híbrido.
En otra realización, el método de esta invención comprende además un tratamiento adicional a la corriente de proceso con una cantidad complejante de un polímero de amoníaco dicloruro de etileno soluble en agua que tiene un peso molecular de entre 500 a 100.000 y contiene de 5 a 50 % en moles de grupos de sal de ditiocarbamato para formar un complejo de estos metales, por ejemplo, metales pesados. En una realización adicional, el peso molecular del polímero es de 1.500 a 2.000 y contiene de 15 a 50 % en moles de grupos de sal de ditiocarbamato. En otra realización más, el peso molecular del polímero es de 1.500 a 2.000 y contiene de 25 a 40 % en moles de grupos de sal de ditiocarbamato.
En otra realización, el tratamiento con polímero y el tratamiento adicional se añaden en una relación de 1:1.
Los medios que contienen un medio en fase gaseosa/un medio que contiene una fase gaseosa son otro objetivo de la invención reivindicada. Además, los procesos que contienen un medio en fase líquida y/o gaseosa también están abarcados por esta invención.
En otra realización, el medio es parte de un sistema de generación de calor, por ejemplo, una corriente de gas de combustión.
En otra realización, el sistema de generación de calor es al menos uno de los siguientes: un sistema de combustión; un sistema de combustión de una central eléctrica; un sistema de combustión de carbón; un sistema de incineración de residuos; un horno; un horno para operaciones de minería o cemento; y un sistema de procesamiento de minerales.
En otra realización, el método de esta invención comprende además aplicar un agente oxidante a un sistema de generación de calor. En una realización adicional, el agente oxidante se aplica antes de dicho tratamiento con polímero.
En otra realización más, un protocolo de tratamiento multifásico para un proceso implica tratar un gas y un líquido, por ejemplo, uno o más metales en un gas tal como mercurio y uno o más metales en un líquido. Esto puede implicar el tratamiento con polímero y el tratamiento adicional como se ha descrito anteriormente.
En otra realización más, el agente oxidante es al menos uno de los siguientes: un halógeno molecular termolábil, bromuro de calcio o un compuesto que contiene halógeno.
En otra realización más esta invención comprende además aplicar un agente oxidante al gas de combustión; opcionalmente, en donde dicho agente oxidante oxida una especie diana a una temperatura de 500 °C o mayor o una temperatura donde el oxidante pueda oxidar el mercurio molecular que existe en un proceso que genera mercurio; opcionalmente, en donde dicha especie diana es mercurio elemental o derivados del mismo; y opcionalmente, en donde dicho agente oxidante es al menos uno de los siguientes: un halógeno molecular termolábil, bromuro de calcio o un compuesto que contiene halógeno. Las metodologías de oxidantes del mercurio se describen en las patentes US-6.808.692 y US-6.878.358, que se han incorporado como referencia en la presente memoria.
En otra realización, el tratamiento con polímero se produce a una temperatura de 300 °C o inferior, preferiblemente de 250 °C o inferior.
No se pretende que los siguientes ejemplos sean limitantes.
Ejemplos
A. Preparación del polímero
Ejemplo 1
Cadena principal del polímero de acrilato de metilo/tetraetilenpentamina que a continuación se funcionaliza con un grupo ditiocarbamato
a. Síntesis de la cadena principal del polímero de acrilato de metilo/tetraetilenpentamina
Se introdujo tetraetilenpentamina (TEPA) (18,275 % en peso) en un reactor de vidrio provisto de un agitador mecánico y un condensador. Mientras se purgaba el espacio superior con nitrógeno y agitación, se añadió acrilato de metilo (16,636 % en peso) gota a gota durante 30 min manteniendo la temperatura entre 25 - 31 °C durante la adición y durante 1 h después de finalizar la adición. A continuación, se realizó una segunda carga de TEPA (18,275 % en peso) y la mezcla de reacción resultante se calentó a 130 °C. Esta temperatura se mantuvo durante ~ 3 h mientras se recogía el condensado en una trampa Dean-Stark. En este momento, la masa de polímero fundido se dejó enfriar a 120 °C y luego se diluyó lentamente con agua desionizada (DI) (46,814 % en peso) manteniendo la temperatura por encima de 90 °C durante la dilución. A continuación, la solución de polímero resultante al ~50 % en peso se enfrió a temperatura ambiente. Se determinó que el peso molecular promedio en peso del polímero era 7.500 utilizando un método de cromatografía de exclusión por tamaño y patrones de polisacárido.
b. Preparación del polímero de ditiocarbamato
La segunda etapa implicó añadir el polímero de acrilato de metilo / TEPA (35,327 % en peso), agua DI (28,262 % en peso) y Dowfax 2A1 (0,120 % en peso), Dow Chemical Company Midland, MI 48674, EE.UU., a un matraz de fondo redondo provisto de un agitador mecánico. A continuación, se añadió una solución de NaOH al 50 % (9,556 % en peso) a la mezcla de la reacción en agitación. Una vez que la mezcla se calentó y se mantuvo a 40 °C, se añadió gota a gota disulfuro de carbono (17,179 % en peso) durante 2 h. Una hora después de la adición de disulfuro de carbono, se introdujo otra cantidad de NaOH al 50 % (9,556 % en peso). La mezcla de reacción se mantuvo a 40 °C durante 2 h más. Finalmente, la reacción se enfrió a temperatura ambiente y se filtró a través de papel de filtro para obtener ~ 40 % en peso de producto de ditiocarbamato polimérico.
Ejemplo 2
A continuación, se funcionaliza la cadena principal del polímero de ácido acrílico / tetraetilenpentamina con un grupo ditiocarbamato
a. Síntesis de la cadena principal del polímero de ácido acrílico / tetraetilenpentamina
Se introdujeron tetraetilenpentamina (TEPA) (37,556 % en peso) y ácido sulfúrico (0,199 % en peso) en un reactor de vidrio provisto de un agitador mecánico y un condensador. Mientras se purgaba el espacio superior con nitrógeno y agitación, se añadió ácido acrílico (14,304%en peso) gota a gota durante 30 min manteniendo la temperatura entre 130-140 °C durante la adición, permitiendo que la exotermia de la reacción de ácido-base alcanzara la temperatura deseada. A continuación, la mezcla de reacción resultante se calentó a 160 °C. Esta temperatura se mantuvo durante 4,5 h mientras se recogía el condensado en una trampa Dean-Stark. En este momento, la masa de polímero fundido se dejó enfriar a 120 °C y luego se diluyó lentamente con agua DI (47,941 % en peso) manteniendo la temperatura por encima de 90 °C durante la dilución. A continuación, la solución de polímero resultante al ~50 % en peso se enfrió a temperatura ambiente. Se determinó que el peso molecular promedio en peso del polímero era 4.700 utilizando un método de cromatografía de exclusión por tamaño y patrones de polisacárido.
b. Preparación del polímero de ditiocarbamato
La segunda etapa implicó añadir el polímero de ácido acrílico/TEPA (31,477 % en peso), agua DI (36,825 % en peso) y Dowfax 2A1 (0,118 % en peso) a un matraz de fondo redondo provisto de un agitador mecánico. A continuación, se añadió una solución de NaOH al 50 % (8,393 % en peso) a la mezcla de la reacción en agitación. Una vez que la mezcla se calentó y se mantuvo a 40 °C, se añadió gota a gota disulfuro de carbono (14,794 % en peso) durante 2 h. Una hora después de la adición de disulfuro de carbono, se introdujo otra cantidad de NaOH al 50 % (8,393 % en peso). La mezcla de reacción se mantuvo a 40 °C durante 2 h más. Finalmente, la reacción se enfrió a temperatura ambiente y se filtró a través de papel de filtro para obtener ~ 35 % en peso de producto de ditiocarbamato polimérico.
Ejemplo 3
a. Síntesis de la cadena principal del polímero de acrilamida / tetraetilenpentamina
Se introdujo tetraetilenpentamina (TEPA) (14,581 % en peso) en un reactor de vidrio provisto de un agitador mecánico y un condensador. Mientras se purgaba el espacio superior con nitrógeno y agitación, se añadió una solución de acrilamida al 48,6 % (30,441 % en peso) gota a gota durante 1 h durante la cual se alcanzó la temperatura deseada y se mantuvo entre 65-75 °C. Tras la carga de acrilamida, la temperatura se mantuvo durante 1 h más. A continuación, se realizó una segunda carga de TEPA (14,581 % en peso) y la mezcla de reacción resultante se calentó a 160 °C mientras se recogía el agua destilada en una trampa Dean-Stark. Esta temperatura se mantuvo durante ~ 4 h mientras se continuaba recogiendo el condensado en una trampa Dean-Stark y atrapando el producto secundario de amoníaco liberado. En este momento, la masa de polímero fundido se dejó enfriar a 120 °C y luego se diluyó lentamente con agua DI (40,397 % en peso) manteniendo la temperatura por encima de 90 °C durante la dilución. A continuación, la solución de polímero resultante al ~50 % en peso se enfrió a temperatura ambiente. Se determinó que el peso molecular promedio en peso del polímero era 4.500 utilizando un método de cromatografía de exclusión por tamaño y patrones de polisacárido.
b. Preparación del polímero de ditiocarbamato
La segunda etapa implicó añadir el polímero de acrilamida/TEPA (34,004 % en peso), agua DI (36,518 % en peso) y Dowfax 2A1 (0,122 % en peso) a un matraz de fondo redondo provisto de un agitador mecánico. A continuación, se añadió una solución de NaOH al 50 % (7,763 % en peso) a la mezcla de la reacción en agitación. Una vez que la mezcla se calentó y se mantuvo a 40 °C, se añadió gota a gota disulfuro de carbono (13,830 % en peso) durante 2 h. Una hora después de la adición de disulfuro de carbono, se introdujo otra cantidad de NaOH al 50 % (7,763 % en peso). La mezcla de reacción se mantuvo a 40 °C durante 2 h más. Finalmente, la reacción se enfrió a temperatura ambiente y se filtró a través de papel de filtro para obtener ~ 35 % en peso de producto de ditiocarbamato polimérico.
B Análisis de prueba de aguas residuales
Como se ha indicado anteriormente, el protocolo típico para determinar la cantidad y la eficacia potencial de la capacidad de un polímero para eliminar un metal en un agua de proceso es mediante el análisis de prueba de jarras.
1. Ejemplo de método de uso típico en aguas residuales con 20 ppm de Cu utilizando la prueba de laboratorio (prueba de jarras)
Generalmente, se prepararon todos los polímeros como una solución de polímero al 12 % en peso en agua DI y se prepararon nuevos en el día de la prueba. Se usó para la prueba agua que contenía cobre.
Se introdujeron seis muestras (jarras) de 300 ml de aguas residuales en vasos de precipitados de 500 ml y se colocaron en un agitador de banda. Las muestras de aguas residuales se mezclaron a 150 revoluciones por minuto (rpm) mientras se dosificaba polímero en las muestras. Las dosificaciones usadas fueron 0,50 g, 0,63 g, 0,75 g, 0,88 g y 1,00 g de soluciones poliméricas preparadas como se ha descrito anteriormente. Se continuó la mezcla a 150 rpm durante un total de 10 minutos. A continuación, siguió una mezcla lenta (35 rpm) durante 10 minutos. Tras completar la mezcla, se dejó sedimentar el precipitado, sin alterar, durante 10 minutos más. A continuación, las muestras de agua se filtraron a través de filtros de 0,45 micras. Posteriormente, el filtrado se acidificó a pH = 2 con ácido nítrico concentrado para detener cualquier precipitación adicional del cobre. Se determinó el cobre residual soluble en las muestras de agua filtrada mediante análisis de absorción atómica usando patrones de cobre como referencia. Se probó un conjunto de jarras para cada polímero. Se realizaron duplicados de varios polímeros y se confirmaron los resultados informados.
Cabe señalar que las tasas de filtración observadas fueron típicamente menores de 1 minuto para el agua contaminada tratada con el polímero mientras que la tasa de filtración para agua tratada con precipitantes de metales de molécula pequeña, tales como trimercapto-S-triazina o dimetilditiocarbamato, fue típicamente mayor de 2 minutos.
2. Ejemplo de método de uso típico en aguas residuales de Hg utilizando la prueba de laboratorio (prueba de jarras) Generalmente, se prepararon todos los polímeros como una solución de polímero al 5 % en peso en agua DI y se prepararon nuevos en el día de la prueba. Se usó para la prueba agua que contenía mercurio.
Se introdujeron seis muestras (jarras) de 500 ml de aguas residuales en vasos de precipitados de 1 litro y se colocaron en un agitador de banda. Las muestras de aguas residuales se mezclaron a 300 rpm mientras se dosificaba polímero en las muestras. Las dosificaciones usadas fueron 0,050 g, 0,100 g, 0,150 g y 0,250 g de soluciones poliméricas preparadas como se ha descrito anteriormente. Se continuó la mezcla a 300 rpm durante un total de 25 minutos. En este punto, se añadieron 5 ppm de un floculante catiónico y luego siguió una mezcla lenta (15 rpm) durante 5 minutos. Tras completar la mezcla, se dejó sedimentar el precipitado, sin alterar, durante 45 minutos más. A continuación, las muestras de agua se filtraron a través de filtros de 0,45 micras. Se determinó el mercurio residual en las muestras de agua filtrada según el método EPA 1631 de Estados Unidos. Se probó un conjunto de jarras para cada polímero. Se realizaron duplicados de varios polímeros y se confirmaron los resultados informados.
Cabe señalar que las velocidades de filtración observadas fueron típicamente más rápidas que para el agua tratada con precipitantes de metales de molécula pequeña, tales como trimercapto-S-triazina o dimetilditiocarbamato.
3. Ejemplo de rendimiento típico en aguas residuales de Cu utilizando la prueba de laboratorio (prueba de jarras)
C. Procedimientos generales para el uso de polímeros en un sistema de tratamiento de aguas residuales
La Figura 1 muestra un esquema general de un proceso de tratamiento de aguas residuales. En esta figura concreta, el esquema de tratamiento de aguas residuales se basa en el tratamiento de un residuo de desulfuración que contiene cloruro en gases de combustión de una central eléctrica. Los polímeros pueden aplicarse en al menos una de las etapas de precipitación, coagulación y floculación.

Claims (7)

  1. REIVINDICACIONES 1. Un método para eliminar uno o más metales de un medio en fase líquida y/o en fase gaseosa que contiene dichos metales que comprende las etapas de: (a) tratar dicho medio que contiene metales con una composición que comprende un polímero derivado de al menos dos monómeros: acrílico-X y una alquilamina, y en donde dicho acrílico-X tiene la siguiente fórmula:
    en donde el acrílico-X es al menos uno de los siguientes: acrilato de metilo, metacrilato de metilo, acrilato de etilo y metacrilato de etilo, acrilato de propilo y metacrilato de propilo, ácido acrílico, ácido metacrílico, acrilamida y metacrilamida, en donde la alquilamina es PEHA o<t>E<p>A o DETA o TETA o EDA, en donde el peso molecular de dicho polímero está entre 1.500 y 8.000, en donde la relación molar entre acrílico-x y alquilamina es de 0,85 a 1,5 y en donde dicho polímero se ha modificado para contener de 55 a 80 por ciento en moles de grupos de sal de ditiocarbamato capaces de depurar una o más composiciones que contienen uno o más metales; y (b) recoger dichos metales tratados; en donde los metales son al menos uno o una combinación de cobre, níquel, cinc, plomo, mercurio, cadmio, plata, hierro, manganeso, paladio, platino, estroncio, selenio, arsénico, cobalto y oro.
  2. 2. El método de la reivindicación 1, en donde el medio es un medio de agua de proceso.
  3. 3. El método de la reivindicación 2, en donde el medio de agua de proceso es agua residual.
  4. 4. El método de la reivindicación 1, en donde el metal es cobre.
  5. 5. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el acrílico-X es uno de los siguientes: acrilato de metilo, ácido acrílico y acrilamida.
  6. 6. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la alquilamina es TEPA.
  7. 7. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el polímero se deriva solo de los dos monómeros acrílico-X y una alquilamina.
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