WO2003053860A1 - Method for purifying waste water and magnetic adsorbents suited therefor - Google Patents

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WO2003053860A1
WO2003053860A1 PCT/EP2002/013586 EP0213586W WO03053860A1 WO 2003053860 A1 WO2003053860 A1 WO 2003053860A1 EP 0213586 W EP0213586 W EP 0213586W WO 03053860 A1 WO03053860 A1 WO 03053860A1
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Olaf Lammerschop
Marcel Roth
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Definitions

  • the invention relates to a process for wastewater purification, in which adsorbents with magnetic properties are used for easier removal of harmful substances, in particular for easier removal of metal salts.
  • wastewater is often generated which is contaminated with heavy metals.
  • the complete removal of such heavy metals from the wastewater is difficult in practice due to the high solubility of many heavy metal salts.
  • precipitation processes, solvent extraction, distillation, membrane processes or ion exchange have been used to remove heavy metals from aqueous solutions.
  • many of the processes mentioned have a number of disadvantages, in particular expensive equipment, complicated processes which can only be operated by trained personnel, large amounts of waste or large space requirements.
  • the addition of adsorbents has proven to be a suitable and therefore often used agent. Waste water for the removal of heavy metals is therefore often treated with adsorbents that bind heavy metal ions due to ionic or complex interactions.
  • AI Zouboulis and KA Matis describe in "Removal of Metal Ions from Dilute Solutions by Sorptive Flotation", Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 27 (3): 195-235 (1997) a process for removing soluble ionic metal cations or oxyanions from dilute aqueous solutions.
  • the method comprises treating the solutions with particulate sorbents, the particle size of which is in the ultra-fine size range, the separation of the particles being achieved by a flotation process.
  • particulate sorbents the particle size of which is in the ultra-fine size range
  • the foam formed during flotation has a high water content, the water having to be removed from the foam in subsequent processes.
  • the flotation generally separates the majority of the suspended matter in the wastewater, which means that in addition to the adsorbed heavy metals, other suspended matter also gets into the adsorbate to be disposed of as special waste.
  • flotation is an energy-intensive process.
  • the present invention was based on the task of fulfilling the above-mentioned needs. It has now been found that the use of magnetic adsorbents for the purification of waste water contaminated with heavy metals solves the above-mentioned tasks.
  • the present invention therefore relates to a process for cleaning waste water contaminated with metal salts, in which a magnetic adsorbent is mixed with the waste water and the adsorbent is separated from the waste water in a magnetic field after the adsorption of metal salts from the waste water.
  • metal salts mean metal salts which have a water solubility of at least about 0.1 g / l and are adsorbable on a suitable adsorbent.
  • heavy metal salts are removed from the treated waste water in the process according to the invention.
  • “heavy metals” means in particular the elements lead, cadmium, chromium, cobalt, iron, gold, copper, manganese, molybdenum, nickel, platinum, mercury, selenium, silver, vanadium, zinc and tin.
  • the method according to the invention is suitable for removing metal salts from waste water contaminated with such metal salts.
  • metal salts in any concentration can be removed from waste water with the aid of the method according to the invention.
  • the method according to the invention is applied to waste water which has a low heavy metal concentration, in particular a heavy metal concentration which can be removed from the waste water with great effort or not at all using methods known from the prior art.
  • Suitable heavy metal concentrations are, for example, within a range from about 0.01 to about 1000 mg / l, for example about 0.1 to about 100 mg / l.
  • a method according to the invention includes the use of a magnetic adsorbent.
  • magnetic adsorbent encompasses adsorbents which as such have no magnetic properties, but have been provided with magnetic properties by treatment with corresponding compounds, in particular by treatment with nanoparticles.
  • nanoparticles are understood to comprise a particle size of approximately 1 to approximately 1000 nm, for example approximately 2 to approximately 500 nm or approximately 5 to approximately 300 nm, eg approximately 200 nm or approximately 30 to approximately 100 nm
  • the size specifications relate to the totality of the nanoparticles contained in the adsorbent, at least 90% by weight of the nanoparticles being intended to meet the size specifications mentioned above.
  • the nanoparticles which can be used in the context of the present invention have magnetic, in particular ferromagnetic, properties.
  • the nanoparticles therefore have at least one element selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd , Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, alloys of two or more of said elements, oxides of said elements or ferrites of said elements, or a mixture of two or more thereof.
  • nanoparticles are materials such as tungsten (FeMnWO 4 ), ferberite (FeWO 4 ), permanently magnetic aluminum-nickel-cobalt alloys, the main constituents being iron, cobalt, nickel, aluminum, copper or titanium or mixtures contained two or more of them.
  • tungsten FeMnWO 4
  • ferberite FeWO 4
  • permanently magnetic aluminum-nickel-cobalt alloys the main constituents being iron, cobalt, nickel, aluminum, copper or titanium or mixtures contained two or more of them.
  • alloys made of platinum and cobalt alloys made of iron, cobalt, vanadium and chromium, Ludwigit (Mg 2 Fe 3+ [O 2 / BO 3 ]), Vonsenit (Fe 2 2+ Fe 3+ [O 2 / BO 3 ] ), Cobalt-nickel gravel of the general formula A 2+ B 3+ 2 X 2 " in which A represents iron, cobalt, nickel or copper, B represents iron, cobalt, nickel or chromium or a mixture of two or more thereof and X represents S, Se or Te or a mixture of two or more of them, iron oxides such as iron (II) oxide (FeO) or iron (III) oxide (Fe 2 O 3 ) in its ferromagnetic modification ⁇ -Fe 2 O 3 (Macchiemit ) with spinel, magnetite (Fe 3 O 4 ), cobalt alloys such as the alloys usually used as high-temperature materials with Co-Cr matrix, Ni-Fe-Al-Co casting
  • the production of magnetite or macchiemite nanoparticles can be achieved, for example, by using microemulsion technology.
  • the disperse phase of a microemulsion is used to limit the size of the particles formed.
  • a metal-containing reagent is dissolved in the disperse aqueous phase in a W / O microemulsion.
  • the reagent is then converted in the disperse phase to a preliminary stage of the desired magnetic compound, which then already has the desired size in the nanometer range.
  • the metal oxide in particular iron oxide in the form of magnetite or Macchiemit, produced.
  • a corresponding method is described, for example, in US Pat. No. 5,695,901.
  • nanoscale magnetic particles of Fe 3 O, D-Fe 2 O 3 or corresponding hydroxides can be converted into iron (II) - and / or iron () by converting an acidic iron (II) and / or iron (III) salt solution.
  • III) carbonate by adding an equivalent amount of alkali carbonates such as sodium hydrogen carbonate, sodium carbonate or ammonium carbonate and the subsequent thermal oxidation to magnetic iron hydroxide and further to magnetic iron oxide.
  • the size of the particles can be controlled by the thermal reaction rate and concentration of the iron salt solution. So small diameters of 20-100 nm with time-separated formation of iron (II, III) carbonate at temperatures of 1-50 ° C, preferably 5-10 ° C, and subsequent heating, larger particles of 100-1000 nm Reaction temperatures of 60-100 ° C and the associated faster transfer of iron (II, III) carbonate to iron (II, III) hydroxide reached.
  • the conversion of an iron (II) and / or iron (III) salt solution into an iron (M) and / or iron (III) complex by adding one or more complexing agents such as, for. B.
  • moderately basic reagents such as ammonia or alkali carbonates
  • strong alkalis such as sodium hydroxide solution to a pH of 11
  • the rate of titration during alkalization determines the size of the magnetic particles.
  • Particle configurations suitable according to the invention can also be synthesized by treating an iron (II) and / or iron (III) salt solution with basic anion exchange resins. These are added to the iron salt solution at such a rate that a constant increase in the pH to 7-10 is ensured.
  • the resulting particle sizes can be controlled by selecting different types of anion exchangers. So arise when using weakly basic anion exchangers, such as. B. are known under the trade name Amberlit IR 45, small particle diameter, with strongly basic such. B. Amberlite IRA 420 larger particles.
  • iron (II) / iron (III) salt solution 1: 2
  • iron (III) chloride, iron (III) sulfate, iron (III) nitrate and iron (II) chloride, iron (II) sulfate or the respective double salts such as iron (II) / iron (III) - ammonium sulfates are used.
  • Nanocrystalline magnetic particles of double oxides or hydroxides of bivalent or trivalent iron with bivalent or trivalent metals or mixtures of the mentioned oxides or hydroxides can also be produced by the above-mentioned processes, in that a solution of salts of bivalent or trivalent iron and bi- or trivalent metals is implemented.
  • Magnetic double oxides or hydroxides of trivalent iron are preferred with divalent metal ions from the first row of transition metals, such as. B. Co (II), Mn (II), Cu (II) and Ni (II) are synthesized, that of divalent iron with trivalent metal ions such as Cr (III), Gd (IM), Dy (I) or Sm (IM) ,
  • the magnetic particles produced in this way are purified by filtration, ultrafiltration, dialysis or magnetic separation of foreign ions, if appropriate concentrated, and are available for further processing.
  • very small superparamagnetic particles can be produced by precipitation from a saturated iron salt solution containing organic solvents with lyes.
  • the superparamagnetic particles can be produced very easily by adding a water-miscible solvent, such as acetone, to an iron salt solution. Ethyl methyl ketone or dioxane is added until the first beginning turbidity just dissolves again by stirring.
  • the superparamagnetic particles can be precipitated from such a solution, for example with sodium hydroxide solution.
  • the concentration of the iron salt solution determines the resulting particle size. The more concentrated the iron salt solution, the smaller the particles.
  • the magnetic particles are in the diameter range from 1 to 20 nm, preferably from 3-10 nm.
  • corresponding magnetic nanoparticles can in principle be produced by conventional precipitation reactions as are generally known to the person skilled in the art.
  • the magnetic adsorbents used in the process according to the invention have particularly good properties with regard to their separability in the magnetic field if the precipitation reaction is carried out in the presence of the adsorbent to be used. This procedure is explained in more detail in the further text.
  • Suitable adsorbents are basically all adsorbents which are suitable for removing metal salts, in particular heavy metal salts, from waste water.
  • metal salts in particular heavy metal salts
  • organic and inorganic adsorbents are suitable.
  • Suitable inorganic adsorbents are hollow bodies based on silicate, for example those with a spherical structure.
  • such a silicate material can contain, for example, essentially closed hollow bodies.
  • Suitable silicate-based materials have, for example, a diameter of less than approximately 200 ⁇ m, in particular less than approximately 100 ⁇ m.
  • Suitable particles with a diameter of approx. 50 ⁇ m usually have a wall thickness of approximately 1 ⁇ m, while smaller particles with a diameter of approximately 1 ⁇ m have a wall thickness of approximately 0.1 ⁇ m.
  • the particle sizes given relate to the diameter of the individual particles.
  • At least partially agglomerated silicate-based material can also be used as the adsorbent.
  • micro glass hollow spheres are suitable as adsorbents.
  • Such hollow glass microspheres are normally used as an additive in plastics. It is particularly advantageous that the microglass hollow spheres are commercially available and have the required structural features.
  • aluminum oxide, clay materials such as bauxite, silicates such as activated carbon, pumice stone, layered silicates, zeolites, molecular sieves, silica gel, ceramic hollow filaments, the compounds obtainable under the trade name Reapor® or filter ash (fly ash) can be used as inorganic adsorbents ,
  • Suitable inorganic adsorbents for example, have a particle surface area of approximately 5 to approximately 1000 m 2 / g, in particular approximately 10 to approximately 300 m 2 / g.
  • fly ash is used as the inorganic adsorbent.
  • “fly ash” is understood to mean a powdery material consisting predominantly of glassy beads of light to dark gray color. Fly ash is preferably used in the context of the present invention, as it arises during the combustion of hard coal (hard coal fly ash).
  • hard coal hard coal fly ash
  • the main components of the coal fly ash silicon, aluminum and iron oxide from the accompanying minerals of coal.
  • there are small amounts of unburned carbon particles as so-called flying coke or loss of ignition.
  • the hard coal fly ash which is preferably used in the context of the present invention preferably originates from a combustion process in which the coal in coal mills has grain sizes of less than about 90 microns ground and blown into a kettle. Depending on the coal used, 5 to 35% non-combustible mineral rock is also blown into the boiler, which remains as ash. If this process is carried out in dry combustion plants, the ash will not become liquid due to low temperatures of around 1200 ° C. In this process, the non-combustible mineral components are only melted on the surface and entrained with the flue gas stream when they are blown into the boiler. The majority of this ash is rapidly cooled in the flue gas stream and forms spherical, predominantly amorphous particles. To separate the hard coal fly ash used in the present method, the flue gas stream is passed through multi-stage electrostatic precipitators, from which the fly ash is discharged.
  • Fly ash preferably used in the process according to the invention has a loss on ignition of from about 1.5 to about 5.0% by weight.
  • the bulk density is about 2.1 to about 2.4 kg / dm 3 , while the bulk density is about 0.7 to about 1.1 kg / dm 3 .
  • the particles of the fly ash preferably have an average particle size (d50) of less than about 300 ⁇ m, preferably less than 200 or less than 150, for example less than 130, less than 110, less than 90 or less than 60 ⁇ m.
  • the fly ash has a carbon content of at most about 30% by weight, for example at most about 20% by weight or at most about 10 or 5% by weight.
  • inorganic adsorbents can be used in the process according to the invention.
  • Organic compounds which can be of natural or synthetic origin are suitable as organic adsorbents in the context of the present invention. It has been found in the context of the present invention that organic adsorbents are particularly suitable in the context of the present invention if they are either water-soluble or, if they are not water-soluble, have a porous structure. In particular, essentially spherical particles are preferred.
  • Organic adsorbents of natural origin include, for example, adsorbents based on alginate, cellulose or starch.
  • adsorbents based on alginate, cellulose or starch Water-soluble or water-dispersible starch and / or starch derivatives or cellulose derivatives, in particular cellulose ethers, are particularly suitable.
  • starch is used as the organic adsorbent in the process according to the invention.
  • Partially degraded starch or swelling starch are suitable, for example.
  • starch derivatives starch esters or starch ethers, in particular carboxylated, alkoxylated or starches modified in some other way to improve their properties as reagents which bind heavy metals, are suitable.
  • Suitable carboxylated or alkoxylated starches are all appropriately modified natural starch types from potatoes, corn, wheat, rice, milo, tapioca and the like, starch derivatives based on potatoes or corn starch being preferred.
  • Suitable starch derivatives have, for example, a degree of carboxylation of about 0.1 to about 2.0 (DS) or an degree of alkoxylation of 0.05 to 1.5 (MS).
  • Starch or cellulose ethers are understood to mean starch or cellulose derivatives which are produced by partial or complete substitution of hydrogen atoms in the hydroxyl groups of starch or cellulose by alkyl and / or (ar) alkyl groups.
  • the alkyl and / or (ar) alkyl groups preferably additionally carry nonionic, anionic or cationic groups.
  • the individual molecules are generally substituted differently so that their degree of substitution is an average.
  • the etherification of the starch or cellulose is generally carried out by the action of (ar) alkyl halides, for example methyl, ethyl and / or benzyl chloride, 2-chloroethyldiethylamine or chloroacetic acid, and / or epoxides, for example ethylene, Propylene and / or butylene oxide, glycidyltrimethylammonium chloride, and / or activated olefin, for example acrylonitrile, acrylamide or vinylsulfonic acid, carried out on cellulose activated with bases, usually with aqueous sodium hydroxide solution.
  • (ar) alkyl halides for example methyl, ethyl and / or benzyl chloride, 2-chloroethyldiethylamine or chloroacetic acid, and / or epoxides, for example ethylene, Propylene and / or butylene oxide, glycidyltrimethylam
  • carboxymethyl cellulose preference is given to carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, ethyl cellulose, hydroxyalkyl cellulose, in particular hydroxyethyl cellulose or their mixed ethers, such as methylhydroxyethyl or hydroxypropyl cellulose, carboxymethylhydroxyethyl cellulose and / or
  • CMC carboxymethyl cellulose
  • CMMC carboxymethyl methyl cellulose
  • EC carboxymethyl methyl cellulose
  • HBC hydroxyethyl cellulose
  • HBMC hydroxybutyl methyl cellulose
  • HEC hydroxyethyl carboxymethyl cellulose
  • HPECC hydroxyl cellulose
  • HPMC Hydroxypropylcarboxymethylcellulose
  • HPMC Hydroxypropylmethylcellulose
  • HPMC Hydroxyethylethylcellulose
  • HEMC Hydroxyethylethylcellulose
  • MHEC Hydroxyethylmethylcellulose
  • HEMC Methylhydroxyethylcellulose
  • MHEC Methylhydroxyethylcellulose
  • PC Propylcellulose
  • Described derivatives of other polysaccharides or their degradation products e.g. Dextran, carrageenan, agar, tragacanth, gatti gum, karaya gum, guar gum, tara gum, alginates, pectin or chitin can also be used as organic adsorbents.
  • Derivatives of proteins such as casein, collagen or gelatin and their degradation products also meet the requirements of the invention.
  • Synthetic organic compounds are also suitable for use in the process according to the invention.
  • Synthetic organic compounds suitable for the process according to the invention include, for example, the organic synthetic polymers.
  • Organic polymers suitable in the context of the present process are, for example, polymers which can be prepared by polycondensation or polyaddition, such as polyesters, polyethers, polyamides or polyurethanes, or polymers which can be prepared by polymerization, such as polyacrylates, polymethacrylates, styrene-acrylate and styrene-methacrylate copolymers and the like.
  • Polyesters suitable for use in the process according to the invention are, for example, polymers with NH, OH or COOH groups.
  • Suitable for this purpose are, for example, polyesters that have a sufficient number of ionic centers.
  • Suitable polyesters can be produced, for example, by polycondensation.
  • difunctional or trifunctional alcohols or a mixture of two or more thereof, with dicarboxylic acids or tricarboxylic acids or a mixture of two or more thereof, or their reactive derivatives can be condensed to give polyester polyols.
  • Suitable dicarboxylic acids are, for example, succinic acid and its higher homologues with up to 44 carbon atoms, furthermore unsaturated dicarboxylic acids such as maleic acid or fumaric acid and aromatic dicarboxylic acids, in particular the isomeric phthalic acids such as phthalic acid, isophthalic acid or terephthalic acid.
  • Citric acid or trimellitic acid are suitable as tricarboxylic acids.
  • Polyester polyols from at least one of the dicarboxylic acids and glycerol mentioned, which have a residual OH group content, are particularly suitable within the scope of the invention.
  • Particularly suitable alcohols are hexanediol, ethylene glycol, diethylene glycol or neopentyl glycol or mixtures of two or more thereof.
  • polyols which can be used as polyol components for the production of the polyesters are diethylene glycol or higher polyethylene glycols with a Molecular weight (M n ) from about 100 to about 22,000, for example about 200 to about 15,000 or about 300 to about 10,000, in particular about 500 to about 2,000.
  • M n Molecular weight
  • Polyurethanes are usually produced by reacting at least one polyisocyanate, preferably a diisocyanate, and a polyol component, which preferably consists predominantly of diols.
  • the polyol component can contain only one polyol, but a mixture of two or more different polyols can also be used as the polyol component.
  • Polyalkylene oxides are suitable as the polyol component or at least as part of the polyol component.
  • parts of the polyalkylene oxide can be replaced by other hydrophobic diols containing ether groups, which have molecular weights of 250 to 3,000, preferably 300 to 2,000, in particular 500 to 1,000.
  • diols are: polypropylene glycol (PPG), polybutylene glycol, polytetrahydrofuran, polybutadiene diol and alkanediols with 4 to 44 carbon atoms.
  • Preferred hydrophobic diols are polypropylene glycol, polytetrahydrofuran with a molecular weight of 500 to 1,000 and 1,10-decanediol, 1,12-dodecanediol, 1, 12-octadecanediol, dimer fatty acid diol, 1, 2-octanediol, 1, 2-dodecanediol, 1, 2 -Hexadecanediol, 1,2-octadecanediol, 1,2-tetradecanediol, 2-butene-1,4-diol, 2-butyne-1,4-diol, 2,4,7,9-tetramethyl-5-decyne-4 , 7-diol and its ethoxylation products, especially with up to 30 moles of ethylene oxide.
  • isocyanates examples include 1,5-naphthylene diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI), hydrogenated MDI (H 12 MDI), xylylene diisocyanate (XDI), tetramethylxylylene diisocyanate (TMXDI), 4,4'-diphenyldimethylmethane diisocyanate, di- and tetraalkylene diphenylmethane diisocyanate, 4,4'- Dibenzyl diisocyanate, 1, 3-phenylene diisocyanate, 1, 4-phenylene diisocyanate, the isomers of tolylene diisocyanate (TDI), 1-methyl-2,4-diisocyanato-cyclohexane, 1, 6-diisocyanato-2,2,4-trimethylhexane, 1, 6-diisocyanato-2,4,4-trimethylhexane, 1-isocyanatomethyl-3
  • a polyurethane suitable according to the invention is preferably produced in a one-step process.
  • all starting materials are first mixed in the presence of an organic solvent with a water content of less than 0.5% by weight.
  • the mixture is heated to 80 to 200 ° C, in particular to 100 to 180 ° C and preferably to 130 to 170 ° C for about 1 to 30 hours.
  • tertiary amines are useful, e.g. B. triethylamine, dimethylbenzylamine, bis-dimethylaminoethyl ether and bis-methylaminomethylphenol.
  • 1-Methylimidazole, 2-methyl-1-vinylimidazole, 1-allylimidazole, 1-phenylimidazole, 1,2,4,5-tetramethylimidazole, 1 (3-aminopropyl) imidazole, pyrimidazole, 4-dimethylaminopyridine, 4-pyrrolidinopyridine are particularly suitable , 4-morpholinopyridine, 4-methyl pyridine.
  • solvent is also expediently omitted.
  • solvents are understood as meaning inert organic liquid substances with a boiling point of less than 200 ° C. under normal pressure.
  • olefinically unsaturated monomers are suitable which are accessible to emulsion polymerization.
  • Suitable polymers are, for example, from monomers such as acrylic acid, methacrylic acid, if appropriate available as copolymers with their esters with primary and secondary saturated monohydric alcohols with 1 to about 28 carbon atoms such as methanol, ethanol, propanol, butanol, 2-ethylhexyl alcohol, cycloaliphatic alcohols such as cyclohexanol, hydroxymethylcyclohexane or hydroxyethylcyclohexane.
  • comonomers are simple ethylenically unsaturated hydrocarbons such as ethylene or ⁇ -olefins having about 3 to about 28 carbon atoms, for example propylene, butylene, styrene, vinyl toluene, vinyl xylene and halogenated unsaturated aliphatic hydrocarbons such as vinyl chloride, vinyl fluoride, vinylidene chloride, vinylidene fluoride and the like ,
  • Multi-ethylenically unsaturated monomers can also be used as comonomers.
  • monomers are diallyl phthalates, diallyl maleinate, triallyl cyanurate, tetraallyloxyethane, divinylbenzene, butanediol-1, 4-dimethacrylate, triethylene glycol dimethacrylate, divinyl adipate, allyl acrylate, allyl methacrylate or vinyl crotonate, pentylene bisacrylamide or hexa diacrylate, polyalkylene acrylate or polyalkylene acrylate or polyalkylene acrylate or polyalkylene acrylate or polyalkylene acrylate or polyalkylene acrylate or polyalkylene acrylate or polyalkylene acrylate or polyacrylate triethyl acrylate or polyalkylene acrylate or polyalkylene acrylate or polyalkylene acrylate or polyalkylene acrylate or polyalkylene acryl
  • ethylenically unsaturated compounds with N-functional groups include for example acrylamide, methacrylamide, allyl carbamate, acrylonitrile, N-methylolacrylamide, N-methylolmethacrylamide, N-methylolallyl carbamate and the N-methylol esters, alkyl ethers or Mannich bases of N-methylolacrylamide or N-methylolmethacrylamide or N-Methylolallylcarbamats, acrylamidoglycolic acid, Acrylamidomethoxyssigkladremethylester, N - (2,2-Dimethoxy-1-hydroxyethyl) acrylamide, N-dimethylaminopropylacrylamide, N-dimethylaminopropylmethacrylamide, N-methylacrylamide, N-methylmethacrylamide, N-butylacrylamide, N-butylmethacrylamide, N-cyclohexylacrylamide
  • the corresponding adsorbents must have magnetic properties.
  • adsorbents which are suitable in the context of the present invention do not have such magnetic properties as the original substance property, but the magnetic properties are imparted to the adsorbents which can be used according to the invention by mixing the adsorbents with magnetic compounds.
  • magnetic nanoparticles as have already been described in the context of the present text, are suitable for transferring their magnetic properties to a corresponding adsorbent.
  • all methods are suitable for transferring the magnetic properties to a corresponding adsorbent, by means of which magnetic particles can be combined with an appropriate adsorbent in such a way that the connection between adsorbent and magnetic particles in the aqueous environment is so stable that the method according to the invention can be carried out ,
  • the adsorbent particles have magnetic properties or at least be magnetizable.
  • absorbent particles are therefore used to carry out the method according to the invention which are connected to magnetic particles either physically as inclusion compounds, ionically, covalently or via dipolar interactions.
  • Magnetized adsorbents which can be used in the context of a method according to the invention can in principle be produced by any method which leads to the binding of magnetic particles to the adsorbents.
  • adsorbents with magnetic properties by mixing the adsorbents with a suspension of magnetic particles in a suitable solvent. The suspension medium can then be drawn off and the mixture of adsorbent and magnetic particles can be washed, for example.
  • functionalize the magnetic particles on their surface in such a way that they form a covalent bond with the adsorbent.
  • the surface of the nanoparticles are modified in such a way that a reaction with a functional group of an organic natural or synthetic polymer is subsequently possible, or the modified nanoparticle can be incorporated into an organic synthetic polymer.
  • the surface of the magnetic particles can be modified, for example, with silanes. If oxides are used as magnetic particles, these oxides generally carry superficial OH groups which can react with silanes or halosilanes to form a covalent Si-O bond. If the silanes themselves have a suitable functional group that enables the silanes to be attached to a polymer later, the modified magnetic particles can be covalently attached to the polymers. Suitable functional groups are, for example, olefinically unsaturated double bonds or protected OH or NH groups. A suitable possibility for modifying the surface of nanoparticles with silane compounds is described, for example, in US Pat. No. 5,695,901.
  • the production of the magnetic particles is modified in such a way that inorganic and or organic adsorbents which can be used in the context of the present invention are present in the corresponding salt solutions leading to the magnetic particles.
  • the magnetic adsorbents are therefore used in processes in which the formation of a microemulsion is avoided.
  • inorganic magnetic adsorbents are used to carry out the method according to the invention. It has been shown that the cleaning of wastewater contaminated with metal salts leads to particularly good results when such inorganic magnetic adsorbents are used.
  • the present invention therefore also relates to a magnetic inorganic adsorbent containing magnetic particles, preferably nanoparticles.
  • containing magnetic particles is to be interpreted in the context of the present text so that the adsorbent itself has no magnetic properties and in particular has a particle diameter of more than about 1 ⁇ m.
  • An adsorbent according to the invention preferably contains at least one compound selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb as magnetic particles , Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, alloys of two or more of the said elements, oxides of the said elements or ferrites of the said elements (except iron), or a mixture of two or more thereof.
  • the magnetic adsorbent used according to the invention. This can be done either batchwise or continuously. In the context of a preferred embodiment of the present invention, the magnetic adsorbent is continuously mixed with the waste water.
  • the mixture of waste water and magnetic adsorbent is passed through a magnetic field.
  • the mixture of waste water and magnetic adsorbent is passed through a tube which is penetrated from the outside by a corresponding magnetic field or which is generated by magnets arranged inside the tube.
  • the mixture of waste water and magnetic adsorbent is passed through a magnetic filter.
  • a “magnetic filter” is understood to mean an arrangement in which a filter arrangement, which consists of a magnetic or magnetizable material, is located within the volume through which the mixture of waste water and magnetic adsorbent flows.
  • a filter section preferably defined by magnetic rods, in the interior of the flowed-through tube.
  • the length of the filter section can be varied by the number and / or length of the rods.
  • filter is to be interpreted in the context of the present text in such a way that the inventions of such a “filter” are so great that they allow both the waste water and the particles of the magnetic adsorbent contained therein to pass unless a magnetic field is applied to the arrangement is applied and the filter material itself has no magnetic properties.
  • a “filter” is preferably in the sense of the present invention constructed that the total filtration distance is as long as possible, but the filter itself generates the lowest possible pressure drop.
  • all materials can be used as the filter material that can transmit or amplify an external magnetic field in their interior and in particular increase the field line density in the interior of the tube.
  • Iron chips, grids made of magnetizable material or steel wool are suitable for this.
  • Steel wool has proven to be particularly suitable in the context of the present invention.
  • the steel wool is preferably made of stainless steel.
  • the strength of the magnetic field to be applied can essentially vary within wide limits. Suitable magnetic fields have a magnetic field strength of approximately 0.05 to approximately 3 Tesla, in particular approximately 0.5 to approximately 2 Tesla.
  • Example 1 Production of a magnetic fly ash educts: 20 g fly ash
  • the iron salts were dissolved in 50 ml of deionized water. Another solution was made from 200 ml deionized water, 13.3 g NaOH cookies and 20 g filter ash. The iron salt solution was poured into the sodium hydroxide solution with vigorous stirring, stirred for a further 15 minutes and filtered off. The precipitate was washed twice with 400 ml of deionized water. The powder thus obtained was dried overnight in a vacuum drying cabinet at 50 ° C.
  • the iron salt solutions were then poured into the ammoniacal receiver at room temperature with vigorous stirring, the iron oxide coated with the polyacrylic acid being kept dispersively in solution. Excess ammonia was distilled off and the product was then dialyzed for several days to remove Fe ions. The product so obtained was subjected to magnetic deposition in deionized water remove excess, non-magnetized polymer. The magnetic separation was carried out in the same way as for wastewater treatment, but deionized water was used as the carrier medium. The magnetic polymer particles deposited on the magnetic filter were rinsed off the magnetic filter after the magnetic field was switched off. The product was then concentrated by removing the water on a rotary evaporator. The product was cleaned by means of dialysis for several days and then dried to a powder.
  • Example 3 Cleaning a solution containing nickel
  • Example 4 Cleaning of solutions containing heavy metals by magnetized fly ash
  • the water thus purified was less than 0.05 mg / l Zn ions (detection limit for zinc by AAS) and less than 0.01 mg / l Ni or Cr ions (detection limit for copper and chromium by AAS) ,

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Abstract

The invention relates to a method for purifying waste water during which adsorbents having magnetic properties are used in order to remove harmful substances more easily, in particular, to remove metallic salts more easily.

Description

Verfahren zur Abwasserreinigung und dazu geeignete, magnetische Wastewater treatment processes and suitable magnetic ones
Adsorbentienadsorbents
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abwasserreinigung, bei dem zur leichteren Entfernung schädlicher Stoffe, insbesondere zur leichteren Entfernung von Metallsalzen Adsorbentien mit magnetischen Eigenschaften eingesetzt werden.The invention relates to a process for wastewater purification, in which adsorbents with magnetic properties are used for easier removal of harmful substances, in particular for easier removal of metal salts.
Bei einer Vielzahl chemischer Prozesse, wie sie in fast allen Bereichen der industriellen Fertigung von Investitions- und Verbrauchsgütern durchgeführt werden, entstehen Abwässer. Im Zuge eines immer weiter steigenden Umweltbewußtseins wird erwartet, daß solche Abwässer vor der Freisetzung in die Umwelt einer Reinigung unterzogen werden, bei der unter anderem Schwermetalle aus den Abwässern entfernt werden. Schwermetalle sind als Inhaltsstoffe von Abwässern besonders unerwünscht, da ihnen eine Vielzahl toxischer, kanzerogener und mutagener Eigenschaften zugesprochen werden.A large number of chemical processes, such as those carried out in almost all areas of industrial production of capital and consumer goods, produce waste water. In the course of ever increasing environmental awareness, it is expected that such wastewater will be subjected to purification before being released into the environment, in which heavy metals will be removed from the wastewater, among other things. Heavy metals are particularly undesirable as wastewater ingredients because they are said to have a variety of toxic, carcinogenic and mutagenic properties.
Besonders bei der Erzverarbeitung und bei der Galvanisierung von Metalloberflächen entstehen häufig Abwässer, die mit Schwermetallen belastet sind. Die möglichst vollständige Entfernung solcher Schwermetalle aus dem Abwasser bereitet jedoch in der Praxis aufgrund der hohen Löslichkeit vieler Schwermetallsalze Schwierigkeiten. Zur Entfernung von Schwermetallen aus wäßrigen Lösungen wurden beispielsweise Fällungsverfahren, Lösemittelextraktion, Destillation, Membranverfahren oder lonenaustausch eingesetzt. Viele der genannten Verfahren weisen jedoch eine Reihe von Nachteilen auf, wobei insbesondere teure Ausrüstung, komplizierte und damit nur von geschultem Personal bedienbare Verfahrensabläufe, große Abfallmengen oder großer Raumbedarf zu nennen sind. Als geeignetes und daher oft eingesetztes Mittel hat sich in den vergangenen Jahren die Zugabe von Adsorptionsmitteln herausgestellt. Häufig werden Abwässer zur Entfernung von Schwermetallen daher mit Adsorbentien behandelt, die Schwermetallionen aufgrund ionischer oder komplexer Wechselwirkungen binden.Especially when processing ore and galvanizing metal surfaces, wastewater is often generated which is contaminated with heavy metals. However, the complete removal of such heavy metals from the wastewater is difficult in practice due to the high solubility of many heavy metal salts. For example, precipitation processes, solvent extraction, distillation, membrane processes or ion exchange have been used to remove heavy metals from aqueous solutions. However, many of the processes mentioned have a number of disadvantages, in particular expensive equipment, complicated processes which can only be operated by trained personnel, large amounts of waste or large space requirements. In recent years, the addition of adsorbents has proven to be a suitable and therefore often used agent. Waste water for the removal of heavy metals is therefore often treated with adsorbents that bind heavy metal ions due to ionic or complex interactions.
So beschreiben beispielsweise A. I. Zouboulis und K. A. Matis in "Removal of Metal Ions from Dilute Solutions by Sorptive Flotation", Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 27(3): 195 - 235 (1997) ein Verfahren zur Entfernung löslicher ionischer Metallkationen oder Oxyanionen aus verdünnten wäßrigen Lösungen. Das Verfahren umfaßt die Behandlung der Lösungen mit teilchenförmigen Sorbentien, deren Teilchengröße im ultrafeinen Größenbereich liegt, wobei die Abtrennung der Teilchen durch ein Flotationsverfahren erreicht wird. Problematisch wirkt sich jedoch bei den beschriebenen Verfahren aus, daß die Abtrennung feinster Teilchen durch Flotation in der Regel nicht so vollständig gelingt, daß der Schwermetallgehalt unter die Nachweisgrenze abgesenkt werden kann. Darüber hinaus weist der bei der Flotation entstehende Schaum einen hohen Wassergehalt auf, wobei das Wasser in nachgeschalteten Verfahren aus dem Schaum entfernt werden muß. Die Flotation trennt jedoch in der Regel den überwiegenden Teil der im Abwasser befindlichen Schwebestoffe ab, wodurch neben den adsorbierten Schwermetallen auch weitere Schwebstoffe in das als Sonderabfall zu entsorgende Adsorbat gelangen. Darüber hinaus ist die Flotation ein energieaufwendiges Verfahren.For example, AI Zouboulis and KA Matis describe in "Removal of Metal Ions from Dilute Solutions by Sorptive Flotation", Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 27 (3): 195-235 (1997) a process for removing soluble ionic metal cations or oxyanions from dilute aqueous solutions. The method comprises treating the solutions with particulate sorbents, the particle size of which is in the ultra-fine size range, the separation of the particles being achieved by a flotation process. However, a problem with the methods described is that the separation of very fine particles by flotation generally does not succeed so completely that the heavy metal content can be reduced below the detection limit. In addition, the foam formed during flotation has a high water content, the water having to be removed from the foam in subsequent processes. However, the flotation generally separates the majority of the suspended matter in the wastewater, which means that in addition to the adsorbed heavy metals, other suspended matter also gets into the adsorbate to be disposed of as special waste. In addition, flotation is an energy-intensive process.
Ebner et al. beschreiben in "New Magnetic Field-Enhanced Process for the Treatment of Aqueous Wastes", Separation Science and Technology, 34 (6&7), S. 1277 - 1300, 1999, ein Verfahren zur Abtrennung von Plutonium und Americium aus Abwässern. Im Rahmen des beschriebenen Verfahrens werden zur Entfernung des Plutoniums und des Americiums Verbindungen eingesetzt die aus nicht-porösen Ammoniak-Epichlorhydrin-Polymerkugeln mit Magnetitanhaftungen bestehen. Das beschriebene Verfahren ist jedoch aufgrund der Eigenschaften der abgetrennten Metalle nicht auf die Abtrennung von Schwermetallionen übertragbar. Darüber hinaus ist der Magnetitgehalt bei den beschriebenen Systemen so gering, dass die Abtrennung erschwert ist. Weiterhin lässt die geringe Oberfläche der beschriebenen Polymerpartikel nur eine geringe spezifische Beladung mit Metallionen zu.Ebner et al. in "New Magnetic Field-Enhanced Process for the Treatment of Aqueous Wastes", Separation Science and Technology, 34 (6 & 7), pp. 1277-1300, 1999, describe a process for separating plutonium and americium from waste water. In the process described, compounds are used to remove the plutonium and the americium which consist of non-porous ammonia-epichlorohydrin polymer balls with magnetite adhesions. However, due to the properties of the metals removed, the process described cannot be transferred to the removal of heavy metal ions. In addition, the magnetite content in the systems described is so low that separation is difficult. Furthermore, the small surface area of the polymer particles described allows only a low specific loading with metal ions.
Lin et al. beschreiben in ihrem 1999 auf der Messe Recovery, Recycling, Reintegration in Februar 1999 in Genf präsentierten Vortragsmanuskript die Entfernung von Kupfer- unter Bleiionen aus Abwasser durch Zugabe von Flugasche. Problematisch wirkt sich bei dem beschriebenen Verfahren aus, daß die Entfernung der Absorbenspartikel aus dem Abwasser ein zeitaufwendiger Prozeß ist. Eine Magnetisierung des Materials wird nicht beschrieben.Lin et al. describe in their lecture manuscript presented at the Recovery, Recycling, Reintegration fair in 1999 in Geneva in 1999 the removal of copper and lead ions from waste water by adding fly ash. The problem with the described method is that the removal of the absorbent particles from the wastewater is a time-consuming process. Magnetization of the material is not described.
Es bestand daher ein Bedürfnis nach einem Verfahren zur Abtrennung von Schwermetallionen aus Abwässern, welches die Nachteile von aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren nicht aufweist. Weiterhin bestand ein Bedürfnis nach einem Verfahren zur Abtrennung von Schwermetallionen aus Abwässern, bei dem aufwendige Filtrationsschritte entweder entfallen oder zumindest deutlich beschleunigt werden. Weiterhin bestand ein Bedürfnis nach einem Verfahren zur Abtrennung von Schwermetallionen aus Abwässern, das nur einen geringen Energieverbrauch aufweist.There was therefore a need for a process for separating heavy metal ions from waste water which does not have the disadvantages of processes known from the prior art. There was also a need for a process for separating heavy metal ions from waste water, in which complex filtration steps are either eliminated or at least significantly accelerated. There was also a need for a process for separating heavy metal ions from waste water which has only low energy consumption.
Die oben genannten Bedürfnisse zu erfüllen, lag der vorliegenden Erfindung als Aufgabenstellung zugrunde. Es wurde nun gefunden, daß der Einsatz von magnetischen Adsorbentien zur Reinigung von schwermetallbelasteten Abwässern die oben genannten Aufgaben löst.The present invention was based on the task of fulfilling the above-mentioned needs. It has now been found that the use of magnetic adsorbents for the purification of waste water contaminated with heavy metals solves the above-mentioned tasks.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Reinigung von mit Metallsalzen belasteten Abwässern, bei dem ein magnetisches Adsorptionsmittel mit dem Abwasser vermischt und das Adsorptionsmittel nach der Adsorption von Metallsalzen aus dem Abwasser in einem Magnetfeld vom Abwasser getrennt wird.The present invention therefore relates to a process for cleaning waste water contaminated with metal salts, in which a magnetic adsorbent is mixed with the waste water and the adsorbent is separated from the waste water in a magnetic field after the adsorption of metal salts from the waste water.
Unter "Metallsalzen" werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung Metallsalze verstanden, die eine Wasserlöslichkeit von mindestens etwa 0,1 g/l aufweisen und an einem geeigneten Adsorptionsmittel adsorbierbar sind. Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens Schwermetallsalze aus den behandelten Abwässern entfernt. Unter "Schwermetallen" werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere die Elemente Blei, Cadmium, Chrom, Cobalt, Eisen, Gold, Kupfer, Mangan, Molybdän, Nickel, Platin, Quecksilber, Selen, Silber, Vanadium, Zink und Zinn verstanden. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Entfernung von Metallsalzen aus mit derartigen Metallsalzen belasteten Abwässern. Grundsätzlich lassen sich mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens Metallsalze in beliebiger Konzentration aus Abwässern entfernen. Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das erfindungsgemäße Verfahren jedoch auf Abwässer angewandt, die eine geringe Schwermetallkonzentration aufweisen, insbesondere eine Schwermetallkonzentration, die sich mit aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren nur unter hohem Aufwand oder überhaupt nicht aus dem Abwasser entfernen läßt. Geeignete Schwermetallkonzentrationen liegen beispielsweise innerhalb eines Bereichs von etwa 0,01 bis etwa 1000 mg/l, beispielsweise etwa 0,1 bis etwa 100 mg/l.In the context of the present invention, “metal salts” mean metal salts which have a water solubility of at least about 0.1 g / l and are adsorbable on a suitable adsorbent. In the context of a preferred embodiment of the present invention, heavy metal salts are removed from the treated waste water in the process according to the invention. In the context of the present invention, “heavy metals” means in particular the elements lead, cadmium, chromium, cobalt, iron, gold, copper, manganese, molybdenum, nickel, platinum, mercury, selenium, silver, vanadium, zinc and tin. The method according to the invention is suitable for removing metal salts from waste water contaminated with such metal salts. In principle, metal salts in any concentration can be removed from waste water with the aid of the method according to the invention. In the context of a preferred embodiment of the present invention, however, the method according to the invention is applied to waste water which has a low heavy metal concentration, in particular a heavy metal concentration which can be removed from the waste water with great effort or not at all using methods known from the prior art. Suitable heavy metal concentrations are, for example, within a range from about 0.01 to about 1000 mg / l, for example about 0.1 to about 100 mg / l.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren beinhaltet den Einsatz eines magnetischen Adsorptionsmittels. Der Begriff "magnetisches Adsorptionsmittel" umfaßt im Rahmen der vorliegenden Erfindung Adsorptionsmittel, die als solche keine magnetischen Eigenschaften aufweisen, jedoch durch Behandlung mit entsprechenden Verbindungen, insbesondere durch Behandlung mit Nanopartikeln, mit magnetischen Eigenschaften versehen wurden.A method according to the invention includes the use of a magnetic adsorbent. In the context of the present invention, the term “magnetic adsorbent” encompasses adsorbents which as such have no magnetic properties, but have been provided with magnetic properties by treatment with corresponding compounds, in particular by treatment with nanoparticles.
Unter „Nanopartikeln" werden im Rahmen der vorliegenden Feststoffpartikel verstanden, die eine Teilchengröße von etwa 1 bis etwa 1000 nm, beispielsweise etwa 2 bis etwa 500 nm oder etwa 5 bis etwa 300 nm, z.B. etwa 200 nm oder etwa 30 bis etwa 100 nm umfassen, Die Größenangaben bezieht sich dabei auf die Gesamtheit der im Adsorptionsmittel enthaltenen Nanopartikel, wobei wenigstens 90 Gew.-% der Nanopartikel die o.g. Größenangaben erfüllen sollen.In the context of the present solid particles, “nanoparticles” are understood to comprise a particle size of approximately 1 to approximately 1000 nm, for example approximately 2 to approximately 500 nm or approximately 5 to approximately 300 nm, eg approximately 200 nm or approximately 30 to approximately 100 nm The size specifications relate to the totality of the nanoparticles contained in the adsorbent, at least 90% by weight of the nanoparticles being intended to meet the size specifications mentioned above.
Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung einsetzbaren Nanopartikel weisen magnetische, insbesondere ferromagnetische Eigenschaften auf. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Nanopartikel daher mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Fe, Co, Ni, Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Legierungen aus zwei oder mehr der genannten Elemente, Oxiden der genannten Elemente oder Ferriten der genannten Elemente, oder ein Gemisch aus zwei oder mehr davon, auf. Beispielsweise können die Nanopartikel Magnetit, Macchiemit, Goethit oder ein Ferrit der allgemeinen Formel MeOFe2θ3, wobei Me für ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Mg oder Cd steht, oder ein Gemisch aus zwei oder mehr davon, enthalten.The nanoparticles which can be used in the context of the present invention have magnetic, in particular ferromagnetic, properties. In a preferred embodiment of the invention, the nanoparticles therefore have at least one element selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd , Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, alloys of two or more of said elements, oxides of said elements or ferrites of said elements, or a mixture of two or more thereof. For example, the nanoparticles magnetite, macchiemite, goethite or a ferrite of the general formula MeOFe 2 θ 3 , where Me is an element selected from the group consisting of Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Mg or Cd, or a mixture of two or more of them.
Weiterhin zum Einsatz als Nanopartikel im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignet sind Werkstoffe wie Wolframit (FeMnWO4), Ferberit (FeWO4), dauermagnetische Aluminium-Nickel-Cobalt Legierungen, die als Hauptbestandteile Eisen, Cobalt, Nickel, Aluminium, Kupfer oder Titan oder Gemische aus zwei oder mehr davon enthalten. Weiterhin sind Legierungen aus Platin und Cobalt, Legierungen aus Eisen, Cobalt, Vanadium und Chrom, Ludwigit (Mg2Fe3+[O2/BO3]), Vonsenit (Fe2 2+Fe3+[O2/BO3]), Kobaltnickelkiese der allgemeinen Formel A2+B3+ 2X2" worin A für Eisen, Cobalt, Nickel oder Kupfer steht, B für Eisen, Cobalt, Nickel oder Chrom oder ein Gemisch aus zwei oder mehr davon und X für S, Se oder Te oder ein Gemisch aus zwei oder mehr davon steht, Eisenoxide, wie Eisen (Il)-Oxid (FeO) oder Eisen (Ill)-Oxid (Fe2O3) in seiner ferromagnetischen Modifikation γ-Fe2O3 (Macchiemit) mit Spinell, Magnetit (Fe3O4), Cobaltlegierungen wie die üblicherweise als Hochtemperaturwerkstoffe eingesetzten Legierungen mit Co-Cr-Matrix, Ni-Fe-Al-Co-Gußlegierungen mit bis zu etwa 36 Gew.-% Cobalt, Legierungen des Typs CoCrW, Chrom (IV)-Oxid (CrO2), die der Gruppe der Ferrite zuzuordnenden oxidcheramischen Werkstoffe der allgemeinen Zusammensetzung M2Fe3 2O4 oder M2O*Fe2O3, die permanente magnetische Dipole enthalten, wobei M für Zink, Cadmium, Cobalt, Mangan, Eisen, Kupfer, Magnesium und dergleichen steht, sowie Eisen selbst, geeignet.Also suitable for use as nanoparticles in the context of the present invention are materials such as tungsten (FeMnWO 4 ), ferberite (FeWO 4 ), permanently magnetic aluminum-nickel-cobalt alloys, the main constituents being iron, cobalt, nickel, aluminum, copper or titanium or mixtures contained two or more of them. Furthermore, alloys made of platinum and cobalt, alloys made of iron, cobalt, vanadium and chromium, Ludwigit (Mg 2 Fe 3+ [O 2 / BO 3 ]), Vonsenit (Fe 2 2+ Fe 3+ [O 2 / BO 3 ] ), Cobalt-nickel gravel of the general formula A 2+ B 3+ 2 X 2 " in which A represents iron, cobalt, nickel or copper, B represents iron, cobalt, nickel or chromium or a mixture of two or more thereof and X represents S, Se or Te or a mixture of two or more of them, iron oxides such as iron (II) oxide (FeO) or iron (III) oxide (Fe 2 O 3 ) in its ferromagnetic modification γ-Fe 2 O 3 (Macchiemit ) with spinel, magnetite (Fe 3 O 4 ), cobalt alloys such as the alloys usually used as high-temperature materials with Co-Cr matrix, Ni-Fe-Al-Co casting alloys with up to about 36% by weight cobalt, alloys of the type CoCrW, chromium (IV) oxide (CrO 2 ), the oxide-ceramic materials of the general composition M 2 Fe 3 2 O 4 or M 2 O * Fe 2 O 3 , which are assigned to the group of ferrites, and which have permanent m contain magnetic dipoles, where M stands for zinc, cadmium, cobalt, manganese, iron, copper, magnesium and the like, as well as iron itself.
Die Herstellung von Magnetit oder Macchiemit-Nanopartikeln läßt sich beispielsweise durch Einsatz einer Mikroemulsionstechnologie erreichen. Hierbei wird die disperse Phase einer Mikroemulsion zur Größenbegrenzung der gebildeten Partikel eingesetzt. In einer W/O-Mikroemulsion wird ein metallhaltiges Reagenz in der dispersen wäßrigen Phase gelöst. Das Reagenz wird anschließend in der dispersen Phase zu einer Vorstufe der gewünschten magnetischen Verbindung umgesetzt, die daraufhin bereits die gewünschte Größe im Nanometerbereich aufweist. Anschließend wird mit einem vorsichtigen Oxidationsschritt das Metalloxid, insbesondere Eisenoxid in Form von Magnetit oder Macchiemit, hergestellt. Ein entsprechendes Verfahren ist beispielsweise in der US-A 5 695 901 beschrieben.The production of magnetite or macchiemite nanoparticles can be achieved, for example, by using microemulsion technology. The disperse phase of a microemulsion is used to limit the size of the particles formed. A metal-containing reagent is dissolved in the disperse aqueous phase in a W / O microemulsion. The reagent is then converted in the disperse phase to a preliminary stage of the desired magnetic compound, which then already has the desired size in the nanometer range. Then use a careful Oxidation step, the metal oxide, in particular iron oxide in the form of magnetite or Macchiemit, produced. A corresponding method is described, for example, in US Pat. No. 5,695,901.
Weiterhin lassen sich nanoskalige magnetische Teilchen aus Fe3O , D-Fe2O3 oder entsprechenden Hydroxiden durch die Überführung einer sauren Eisen(ll)- und/oder Eisen(lll)-salzlösung in Eisen(ll)- und/oder Eisen(lll)-carbonat mittels Zugabe einer äquivalenten Menge von Alkalicarbonaten wie Natriumhydrogencarbonat, Natriumcarbonat oder Ammoniumcarbonat und die anschließende thermische Oxidation zu magnetischem Eisenhydroxid und weiter zu magnetischem Eisenoxid herstellen.Furthermore, nanoscale magnetic particles of Fe 3 O, D-Fe 2 O 3 or corresponding hydroxides can be converted into iron (II) - and / or iron () by converting an acidic iron (II) and / or iron (III) salt solution. III) carbonate by adding an equivalent amount of alkali carbonates such as sodium hydrogen carbonate, sodium carbonate or ammonium carbonate and the subsequent thermal oxidation to magnetic iron hydroxide and further to magnetic iron oxide.
Die Größe der Teilchen läßt sich durch die thermische Reaktionsgeschwindigkeit und Konzentration der Eisensalzlösung steuern. So wurden kleine Durchmesser von 20-100 nm bei zeitlich getrennter Bildung von Eisen(ll,lll)-carbonat bei Temperaturen von 1-50 °C, vorzugsweise 5-10 ° C, und anschließender Erwärmung, größere Teilchen von 100-1000 nm bei Reaktionstemperaturen von 60-100° C und der damit verbundenen rascheren Überführung von Eisen(ll,lll)- carbonat zu Eisen(ll,lll)-hydroxid erreicht. Die Überführung einer Eisen(ll)- und/oder Eisen(lll)-salzlösung in einen Eisen(M)- und/oder Eisen(lll)-Komplex durch Zugabe eines oder mehrerer Komplexbildner wie z. B. Ethylendiamin- tetraessigsäure, Citronensäure, Weinsäure oder deren Salze, die anschließende Neutralisation mit mäßig basischen Reagentien wie Ammoniak oder Alkalicarbonaten und die Ausfällung der Eisenhydroxide durch Zugabe von starken Laugen wie Natronlauge bis auf einen pH-Wert von 11 , ergeben ebenfalls gewünschte magnetische Teilchen. Die Tritrationsgeschwindigkeit bei der Alkalisierung bestimmt die Größe der magnetischen Teilchen.The size of the particles can be controlled by the thermal reaction rate and concentration of the iron salt solution. So small diameters of 20-100 nm with time-separated formation of iron (II, III) carbonate at temperatures of 1-50 ° C, preferably 5-10 ° C, and subsequent heating, larger particles of 100-1000 nm Reaction temperatures of 60-100 ° C and the associated faster transfer of iron (II, III) carbonate to iron (II, III) hydroxide reached. The conversion of an iron (II) and / or iron (III) salt solution into an iron (M) and / or iron (III) complex by adding one or more complexing agents such as, for. B. ethylenediamine tetraacetic acid, citric acid, tartaric acid or salts thereof, the subsequent neutralization with moderately basic reagents such as ammonia or alkali carbonates and the precipitation of the iron hydroxides by adding strong alkalis such as sodium hydroxide solution to a pH of 11, likewise give desired magnetic particles , The rate of titration during alkalization determines the size of the magnetic particles.
Erfindungsgemäß geeignete Teilchenkonfigurationen können auch durch die Behandlung einer Eisen(ll)und/oder Eisen(lll)-salzlösung mit basischen Anionentauscherharzen synthetisiert werden. Diese werden der Eisensalzlösung in einer solchen Geschwindigkeit zugesetzt, daß ein konstanter Anstieg des pH- Wertes auf 7-10 gewährleistet ist. Die dabei entstehenden Teilchengrößen lassen sich durch die Auswahl unterschiedlicher Anionentauschertypen steuern. So entstehen bei der Verwendung schwach basischer Anionenaustauscher, wie sie z. B. unter dem Handelsnamen Amberlit IR 45 bekannt sind, kleine Teilchendurchmesser, bei stark basischen wie z. B. Amberlit IRA 420 größere Teilchen.Particle configurations suitable according to the invention can also be synthesized by treating an iron (II) and / or iron (III) salt solution with basic anion exchange resins. These are added to the iron salt solution at such a rate that a constant increase in the pH to 7-10 is ensured. The resulting particle sizes can be controlled by selecting different types of anion exchangers. So arise when using weakly basic anion exchangers, such as. B. are known under the trade name Amberlit IR 45, small particle diameter, with strongly basic such. B. Amberlite IRA 420 larger particles.
Bei einem molaren Verhältnis der Eisen(ll)/Eisen(lll)-salzlösung von 1 : 2 bildet sich bei Alkalisierung das ferrimagnetische Fe3O (Magnetit). Dessen milde Oxidation ergibt das ebenfalls ferrimagnetische D-Fe2O3. Als Eisensalze können z. B. Eisen(lll)-chlorid, Eisen(lll)-sulfat, Eisen(lll)-nitrat sowie Eisen(ll)-chlorid, Eisen(ll)-sulfat oder die jeweiligen Doppelsalze wie Eisen(ll)/Eisen(lll)- ammoniumsulfate eingesetzt werden.With a molar ratio of iron (II) / iron (III) salt solution of 1: 2, the ferrimagnetic Fe 3 O (magnetite) is formed during alkalization. Its mild oxidation results in ferrimagnetic D-Fe 2 O 3 . As iron salts z. B. iron (III) chloride, iron (III) sulfate, iron (III) nitrate and iron (II) chloride, iron (II) sulfate or the respective double salts such as iron (II) / iron (III) - ammonium sulfates are used.
Nanokristalline magnetische Teilchen aus Doppeloxiden oder -hydroxiden des zwei- oder dreiwertigen Eisens mit zwei- oder dreiwertigen Metallen oder Gemischen der genannten Oxide oder Hydroxide können ebenfalls nach den obengenannten Verfahren hergestellt werden, indem eine Lösung von Salzen des zwei- oder dreiwertigen Eisens und zwei- oder dreiwertigen Metallen umgesetzt wird. Magnetische Doppeloxide oder -hydroxide des dreiwertigen Eisens werden dabei bevorzugt mit zweiwertigen Metallionen aus der ersten Reihe der Übergangsmetalle, wie z. B. Co (II), Mn (II), Cu (II) und Ni (II) synthetisiert, die des zweiwertigen Eisens mit dreiwertigen Metallionen wie Cr (III), Gd (IM), Dy (I ) oder Sm (IM).Nanocrystalline magnetic particles of double oxides or hydroxides of bivalent or trivalent iron with bivalent or trivalent metals or mixtures of the mentioned oxides or hydroxides can also be produced by the above-mentioned processes, in that a solution of salts of bivalent or trivalent iron and bi- or trivalent metals is implemented. Magnetic double oxides or hydroxides of trivalent iron are preferred with divalent metal ions from the first row of transition metals, such as. B. Co (II), Mn (II), Cu (II) and Ni (II) are synthesized, that of divalent iron with trivalent metal ions such as Cr (III), Gd (IM), Dy (I) or Sm (IM) ,
Die so hergestellten magnetischen Teilchen werden durch Filtration, Ultrafiltration, Dialyse oder magnetische Separation von Fremdionen gereinigt, gegebenenfalls eingeengt und stehen zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung.The magnetic particles produced in this way are purified by filtration, ultrafiltration, dialysis or magnetic separation of foreign ions, if appropriate concentrated, and are available for further processing.
Erfindungsgemäß können sehr kleine superparamagnetische Teilchen durch Fällung aus einer gesättigten, organische Lösungsmittel enthaltende Eisensalzlösungen mit Laugen hergestellt werden.According to the invention, very small superparamagnetic particles can be produced by precipitation from a saturated iron salt solution containing organic solvents with lyes.
Es wurde dabei gefunden, daß sich nahezu monodisperse superparamagnetische Teilchen sehr einfach herstellen lassen, indem zu einer Eisensalzlösung ein mit Wasser mischbares Lösungsmittel, wie Aceton, Ethylmethylketon oder Dioxan, zugegeben wird, bis sich die erste beginnende Trübung durch Rühren gerade wieder auflöst. Aus solch einer Lösung können die superparamagnetischen Teilchen z.B. mit Natronlauge ausgefällt werden. Die Konzentration der Eisensalzlösung bestimmt die entstehende Teilchengröße. Je konzentrierter die Eisensalzlösung ist, desto kleiner werden die Teilchen. Die Magnetteilchen liegen dabei im Durchmesserbereich von 1 bis 20 nm, vorzugsweise von 3-10 nm.It was found that almost monodisperse superparamagnetic particles can be produced very easily by adding a water-miscible solvent, such as acetone, to an iron salt solution. Ethyl methyl ketone or dioxane is added until the first beginning turbidity just dissolves again by stirring. The superparamagnetic particles can be precipitated from such a solution, for example with sodium hydroxide solution. The concentration of the iron salt solution determines the resulting particle size. The more concentrated the iron salt solution, the smaller the particles. The magnetic particles are in the diameter range from 1 to 20 nm, preferably from 3-10 nm.
Darüber hinaus lassen sich entsprechende magnetische Nanopartikel grundsätzlich durch übliche Fällungsreaktionen herstellen, wie sie dem Fachmann allgemein bekannt sind.In addition, corresponding magnetic nanoparticles can in principle be produced by conventional precipitation reactions as are generally known to the person skilled in the art.
Es hat sich dabei jedoch herausgestellt, daß die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzten magnetischen Adsorptionsmittel besonders gute Eigenschaften im Hinblick auf ihre Abtrennbarkeit im Magnetfeld aufweisen, wenn die Fällungsreaktion in Gegenwart des einzusetzenden Adsorptionsmittels durchgeführt wird. Dieses Verfahren wird im Rahmen des weiteren Textes noch näher erläutert.It has been found, however, that the magnetic adsorbents used in the process according to the invention have particularly good properties with regard to their separability in the magnetic field if the precipitation reaction is carried out in the presence of the adsorbent to be used. This procedure is explained in more detail in the further text.
Als Adsorptionsmittel eignen sich grundsätzlich alle Adsorptionsmittel, die zur Entfernung von Metallsalzen, insbesondere von Schwermetallsalzen aus Abwässern geeignet sind. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind beispielsweise organische und anorganische Adsorptionsmittel geeignet.Suitable adsorbents are basically all adsorbents which are suitable for removing metal salts, in particular heavy metal salts, from waste water. In the context of the present invention, for example, organic and inorganic adsorbents are suitable.
Als anorganische Adsorptionsmittel eignen sich beispielsweise Hohlkörper auf Silikatbasis, beispielsweise solche mit sphärischer Struktur.Examples of suitable inorganic adsorbents are hollow bodies based on silicate, for example those with a spherical structure.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein solches silikatisches Material beispielsweise im wesentlichen geschlossene Hohlkörper enthalten.According to a further embodiment of the method according to the invention, such a silicate material can contain, for example, essentially closed hollow bodies.
Geeignete Materialien auf Silikatbasis weisen beispielsweise einen Durchmesser von weniger als etwa 200 μm, insbesondere weniger als etwa 100 μm auf. Geeignete Partikel von ca. 50 μm Durchmesser weisen zumeist eine Wanddicke von etwa 1 μm auf während kleinere Partikel mit einem Durchmesser von etwa 1 μm eine Wanddicke von ungefähr 0,1 μm aufweisen. Die angegebenen Partikelgrößen beziehen sich auf den Durchmesser der einzelnen Teilchen.Suitable silicate-based materials have, for example, a diameter of less than approximately 200 μm, in particular less than approximately 100 μm. Suitable particles with a diameter of approx. 50 μm usually have a wall thickness of approximately 1 μm, while smaller particles with a diameter of approximately 1 μm have a wall thickness of approximately 0.1 μm. The particle sizes given relate to the diameter of the individual particles.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform kann auch zumindest teilweise agglomeriertes Material auf Silikatbasis als Adsorbens eingesetzt werden.In a further embodiment, at least partially agglomerated silicate-based material can also be used as the adsorbent.
Als Adsorbens geeignet sind beispielsweise Mikroglashohlkugeln. Solche Mikroglashohlkugeln werden normalerweise als Zusatzstoff in Kunststoffen eingesetzt. Von besonderem Vorteil ist es, dass die Mikroglashohlkugeln kommerziell erhältlich sind und die geforderten strukturellen Merkmale besitzen.For example, micro glass hollow spheres are suitable as adsorbents. Such hollow glass microspheres are normally used as an additive in plastics. It is particularly advantageous that the microglass hollow spheres are commercially available and have the required structural features.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können als anorganische Adsorbentien Aluminiumoxid, Tonmaterialien wie Bauxite, Silikate wie Aktivkohle, Bimsstein, Schichtsilikate, Zeolithe, Molekularsiebe, Kieselgel, keramische Hohlfilamente, die unter dem Handelsnamen Reapor® erhältlichen Verbindungen oder Filterasche (Flugasche) eingesetzt werden.In the context of a further embodiment of the present invention, aluminum oxide, clay materials such as bauxite, silicates such as activated carbon, pumice stone, layered silicates, zeolites, molecular sieves, silica gel, ceramic hollow filaments, the compounds obtainable under the trade name Reapor® or filter ash (fly ash) can be used as inorganic adsorbents ,
Geeignete anorganische Adsorbentien weisen beispielsweise eine Partikeloberfläche von etwa 5 bis etwa 1000 m2/g, insbesondere etwa 10 bis etwa 300 m2/g auf.Suitable inorganic adsorbents, for example, have a particle surface area of approximately 5 to approximately 1000 m 2 / g, in particular approximately 10 to approximately 300 m 2 / g.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird als anorganisches Adsorbens Flugasche eingesetzt. Unter "Flugasche" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein zum überwiegenden Teil aus glasigen Kügelchen bestehendes, pulverförmiges Material von hell- bis dunkelgrauer Färbung verstanden. Vorzugsweise wird dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung Flugasche eingesetzt, wie sie bei der Verbrennung von Steinkohle entsteht (Steinkohlenflugasche). Die Hauptbestandteile der Steinkohlenflugasche Silizium-, Aluminium- und Eisenoxid aus dem Begleitermineralien der Kohle. Daneben liegen geringe Mengen unverbrannter Kohlepartikel als so genannter Flugkoks oder Glühverlust vor. Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt eingesetzte Steinkohlenflugasche stammt vorzugsweise aus einem Verbrennungsprozeß, bei dem die Kohle in Kohlemühlen auf Korngrößen von weniger als etwa 90 μm aufgemahlen und in einen Kessel eingeblasen wird. Dabei werden, je nach eingesetzter Kohle, 5 bis 35% nicht brennbares, mineralisches Nebengestein mit in den Kessel eingeblasen, das als Asche zurückbleibt. Wird dieses Verfahren in Trockenfeuerungsanlagen durchgeführt, wird die Asche auf Grund geringer Temperaturen von etwa 1200 °C nicht flüssig. Die nicht brennbaren mineralischen Bestandteile werden bei diesem Verfahren lediglich an der Oberfläche angeschmolzen und beim Einblasen in den Kessel mit dem Rauchgasstrom mitgerissen. Der überwiegende Teil dieser Asche wird im Rauchgasstrom rasch abgekühlt und bildet kugelförmige, überwiegend amorphe Partikel. Zur Abscheidung der im Rahmen des vorliegenden Verfahrens eingesetzten Steinkohlenflugasche wird der Rauchgasstrom über mehrstufige Elektrofilter geleitet, von denen aus die Flugasche ausgebracht wird.In a preferred embodiment of the present invention, fly ash is used as the inorganic adsorbent. In the context of the present invention, “fly ash” is understood to mean a powdery material consisting predominantly of glassy beads of light to dark gray color. Fly ash is preferably used in the context of the present invention, as it arises during the combustion of hard coal (hard coal fly ash). The main components of the coal fly ash silicon, aluminum and iron oxide from the accompanying minerals of coal. In addition, there are small amounts of unburned carbon particles as so-called flying coke or loss of ignition. The hard coal fly ash which is preferably used in the context of the present invention preferably originates from a combustion process in which the coal in coal mills has grain sizes of less than about 90 microns ground and blown into a kettle. Depending on the coal used, 5 to 35% non-combustible mineral rock is also blown into the boiler, which remains as ash. If this process is carried out in dry combustion plants, the ash will not become liquid due to low temperatures of around 1200 ° C. In this process, the non-combustible mineral components are only melted on the surface and entrained with the flue gas stream when they are blown into the boiler. The majority of this ash is rapidly cooled in the flue gas stream and forms spherical, predominantly amorphous particles. To separate the hard coal fly ash used in the present method, the flue gas stream is passed through multi-stage electrostatic precipitators, from which the fly ash is discharged.
Bevorzugt im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzte Flugasche weist einen Glühverlust von etwa 1 ,5 bis etwa 5,0 Gew.-% auf. Die Rohdichte liegt bei etwa 2,1 bis etwa 2,4 kg/dm3, während die Schüttdichte etwa 0,7 bis etwa 1 ,1 kg/dm3 beträgt. Vorzugsweise weisen die Partikel der Flugasche eine mittlere Teilchengröße (d50) im weniger als etwa 300 μm, vorzugsweise weniger als 200 oder weniger als 150, beispielsweise weniger als 130, weniger als 110, weniger als 90 oder weniger als 60 μm auf.Fly ash preferably used in the process according to the invention has a loss on ignition of from about 1.5 to about 5.0% by weight. The bulk density is about 2.1 to about 2.4 kg / dm 3 , while the bulk density is about 0.7 to about 1.1 kg / dm 3 . The particles of the fly ash preferably have an average particle size (d50) of less than about 300 μm, preferably less than 200 or less than 150, for example less than 130, less than 110, less than 90 or less than 60 μm.
Die Flugasche weist im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Kohlenstoffgehalt von höchstens etwa 30 Gew.-%, beispielsweise höchstens etwa 20 Gew.-% oder höchstens etwa 10 oder 5 Gew.- % auf.In the context of a preferred embodiment of the present invention, the fly ash has a carbon content of at most about 30% by weight, for example at most about 20% by weight or at most about 10 or 5% by weight.
Anstatt der obengenannten anorganischen Adsorptionsmittel oder zusätzlich dazu können im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens und anorganische Adsorptionsmittel eingesetzt werden. Als organische Adsorptionsmittel eignen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung organische Verbindungen, die natürlichen oder synthetischen Ursprungs sein können. Es hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung herausgestellt, daß sich organische Adsorptionsmittel insbesondere dann im Rahmen der vorliegenden Erfindung gut eignen, wenn sie entweder wasserlöslich sind oder, sofern sie keine Wasserlöslichkeit aufweisen, eine poröse Struktur aufweisen. Dabei sind insbesondere im wesentlichen kugelförmige Partikel bevorzugt.Instead of the inorganic adsorbents mentioned above or in addition thereto, inorganic adsorbents can be used in the process according to the invention. Organic compounds which can be of natural or synthetic origin are suitable as organic adsorbents in the context of the present invention. It has been found in the context of the present invention that organic adsorbents are particularly suitable in the context of the present invention if they are either water-soluble or, if they are not water-soluble, have a porous structure. In particular, essentially spherical particles are preferred.
Zu denen organischen Adsorptionsmittel natürlichen Ursprungs zählen beispielsweise Adsorptionsmittel auf Alginat-, Cellulose- oder Stärkebasis. Besonders geeignet sind dabei wasserlösliche oder wasserdispergierbare Stärke und/oder Stärkederivate oder Cellulosederivate, insbesondere Celluloseether.Organic adsorbents of natural origin include, for example, adsorbents based on alginate, cellulose or starch. Water-soluble or water-dispersible starch and / or starch derivatives or cellulose derivatives, in particular cellulose ethers, are particularly suitable.
Wenn im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens als organisches Adsorptionsmittel Stärke eingesetzt wird, so wird im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wasserquellbare modifizierte Stärke eingesetzt. Geeignet sind beispielsweise partiell abgebaute Stärke oder Quellstärke. Wenn Stärkederivate eingesetzt werden, so eignen sich beispielsweise Stärkeester oder Stärkeether, insbesondere carboxylierte, alkoxylierte oder in sonstiger Weise zur Verbesserung ihrer Eigenschaften als Schwermetalle bindende Reagenzien modifizierte Stärken. Als carboxylierte oder alkoxylierte Stärken eignen sich sämtliche entsprechend modifizierte natürlichen Stärketypen aus Kartoffeln, Mais, Weizen, Reis, Milo, Tapioka und dergleichen, wobei Stärkederivate auf Basis von Kartoffeln oder Maisstärke bevorzugt sind. Geeignete Stärkederivate weisen beispielsweise einen Carboxylierungsgrad von etwa 0,1 bis etwa 2,0 (DS) oder einen Alkoxylierungsgrad von 0,05 bis 1 ,5 (MS) auf.If starch is used as the organic adsorbent in the process according to the invention, water-swellable modified starch is used in the context of a preferred embodiment of the present invention. Partially degraded starch or swelling starch are suitable, for example. If starch derivatives are used, starch esters or starch ethers, in particular carboxylated, alkoxylated or starches modified in some other way to improve their properties as reagents which bind heavy metals, are suitable. Suitable carboxylated or alkoxylated starches are all appropriately modified natural starch types from potatoes, corn, wheat, rice, milo, tapioca and the like, starch derivatives based on potatoes or corn starch being preferred. Suitable starch derivatives have, for example, a degree of carboxylation of about 0.1 to about 2.0 (DS) or an degree of alkoxylation of 0.05 to 1.5 (MS).
Unter Stärke- oder Celluloseethern werden Stärke- oder Cellulosederivate verstanden, die durch partielle oder vollständige Substitution von Wasserstoffatomen der Hydroxygruppen der Stärke oder Cellulose durch Alkyl- und/oder (Ar)alkyl-Gruppen hergestellt werden. Die Alkyl- und/oder (Ar)alkyl- Gruppen tragen vorzugsweise zusätzlich nichtionische, anionische oder kationische Gruppen. Dabei sind die Einzelmoleküle in der Regel unterschiedlich substituiert, so daß ihr Substitutionsgrad ein Mittelwert ist.Starch or cellulose ethers are understood to mean starch or cellulose derivatives which are produced by partial or complete substitution of hydrogen atoms in the hydroxyl groups of starch or cellulose by alkyl and / or (ar) alkyl groups. The alkyl and / or (ar) alkyl groups preferably additionally carry nonionic, anionic or cationic groups. The individual molecules are generally substituted differently so that their degree of substitution is an average.
Die Veretherung der Stärke oder Cellulose wird im allgemeinen durch Einwirkung von (Ar)alkylhalogeniden, beispielsweise Methyl-, Ethyl- und/oder Benzylchlorid, 2- Chlorethyldiethylamin oder Chloressigsäure, und/oder Epoxiden, z.B. Ethylen-, Propylen- und/oder Butylenoxid, Glycidyltrimethylammoniumchlorid, und/oder aktiviertem Olefin, beispielsweise Acrylnitril, Acrylamid oder Vinylsulfonsäure, auf mit Basen, meist mit wäßriger Natronlauge, aktivierter Cellulose durchgeführt. Bevorzugt sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung Carboxy-methylcellulose, Methylcellulose, Ethylcellulose, Hydroxyalkylcellulose, insbesondere Hydroxyethylcellulose oder deren Mischether, wie Methylhydroxyethyl- oder - hydroxypropylcellulose, Carboxymethylhydroxyethylcellulose und/oderThe etherification of the starch or cellulose is generally carried out by the action of (ar) alkyl halides, for example methyl, ethyl and / or benzyl chloride, 2-chloroethyldiethylamine or chloroacetic acid, and / or epoxides, for example ethylene, Propylene and / or butylene oxide, glycidyltrimethylammonium chloride, and / or activated olefin, for example acrylonitrile, acrylamide or vinylsulfonic acid, carried out on cellulose activated with bases, usually with aqueous sodium hydroxide solution. In the context of the present invention, preference is given to carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, ethyl cellulose, hydroxyalkyl cellulose, in particular hydroxyethyl cellulose or their mixed ethers, such as methylhydroxyethyl or hydroxypropyl cellulose, carboxymethylhydroxyethyl cellulose and / or
Ethylhydroxyethylcellulose.Ethyl.
Als Celluloseether eignen sich insbesondere folgende Typen: Carboxymethylcellulose (CMC), Carboxymethylmethylcellulose (CMMC), Ethylcellulose (EC), Hydroxyethylcellulose (HBC), Hydroxybutylmethylcellulose (HBMC), Hydroxyethylcellulose (HEC), Hydroxyethylcarboxymethylcellulose (HECMC) Hydroxyethylethylcellulose (HEEC), Hydroxypropylcellulose (HPC), Hydroxypropylcarboxymethylcellulose (HPCMC), Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), Hydroxyethylethylcellulose (HEMC) Methylhydroxyethylcellulose (MHEC), Hydroxyethylmethylcellulose (HEMC) Methylhydroxyethylcellulose (MHEC), Methylcellulose (MC) und Propylcellulose (PC), wobei Carboxymethylcellulose, Methylcellulose, Methylhydroxyethylcellulose oder Methylhydroxypropylcellulose sowie gegebenenfalls alkoxylierte, insbesondere ethoxylierte Methylcellulose bevorzugt sind. Ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung einsetzbar sind Derivate der genannten Verbindungen, die zur Verbesserung ihrer Adsorptionsfähigkeiten gegenüber Schwermetallen modifiziert wurden.The following types are particularly suitable as cellulose ethers: carboxymethyl cellulose (CMC), carboxymethyl methyl cellulose (CMMC), ethyl cellulose (EC), hydroxyethyl cellulose (HBC), hydroxybutyl methyl cellulose (HBMC), hydroxyethyl cellulose (HEC), hydroxyethyl carboxymethyl cellulose (HECMC) hydroxyl cellulose (HPECC) hydroxyl cellulose ), Hydroxypropylcarboxymethylcellulose (HPCMC), Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), Hydroxyethylethylcellulose (HEMC) Methylhydroxyethylcellulose (MHEC), Hydroxyethylmethylcellulose (HEMC) Methylhydroxyethylcellulose (MHEC), Methylcellulose (MC) and Propylcellulose (PC), where appropriate, carboxymethylcellulose, and methyloxymethylcellulose, and methyloxymethylcellulose as well alkoxylated, especially ethoxylated methyl cellulose are preferred. Derivatives of the compounds mentioned, which have been modified to improve their adsorption capabilities against heavy metals, can also be used in the context of the present invention.
Beschriebene Derivate anderer Polysacharide bzw. deren Abbauprodukte, wie z.B. Dextran, Carrageen, Agar, Tragant, Gatti-Gummi, Karaya-Gummi, Guar- Gummi, Tara-Gummi, Alginate, Pektin oder Chitin, sind ebenfalls als organische Adsorbentien einsetzbar. Derivate von Proteinen wie Casein, Kollagen oder Gelatine sowie deren Abbauprodukte erfüllen die erfindungsgemäßen Anforderungen ebenfalls.Described derivatives of other polysaccharides or their degradation products, e.g. Dextran, carrageenan, agar, tragacanth, gatti gum, karaya gum, guar gum, tara gum, alginates, pectin or chitin can also be used as organic adsorbents. Derivatives of proteins such as casein, collagen or gelatin and their degradation products also meet the requirements of the invention.
Ebenfalls zum Einsatz im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet sind synthetische gestellte organische Verbindungen. Zu den im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten synthetischen organischen Verbindungen zählen beispielsweise die organischen synthetischen Polymeren.Synthetic organic compounds are also suitable for use in the process according to the invention. To the within the Synthetic organic compounds suitable for the process according to the invention include, for example, the organic synthetic polymers.
Im Rahmen des vorliegenden Verfahrens geeignete organische Polymere sind beispielsweise durch Polykondensation oder Polyaddition herstellbare Polymere wie Polyester, Polyether, Polyamide oder Polyurethane oder durch Polymerisation herstellbare Polymerisate wie Polyacrylate, Polymethacrylate, Styrol-Acrylat- sowie Styrol-Methacrylatcopolymere und dergleichen.Organic polymers suitable in the context of the present process are, for example, polymers which can be prepared by polycondensation or polyaddition, such as polyesters, polyethers, polyamides or polyurethanes, or polymers which can be prepared by polymerization, such as polyacrylates, polymethacrylates, styrene-acrylate and styrene-methacrylate copolymers and the like.
Zum Einsatz im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Polyester sind beispielsweise Polymere mit NH-, OH- oder COOH-Gruppen. Vorzugsweise werden im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens Polyester eingesetzt, die derart modifizierte, daß ihre Absorptionsfähigkeit für Schwermetalle zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zumindest ausreichend ist. Hierzu geeignet sind beispielsweise Polyester, die eine ausreichende Zahl an ionischen Zentren aufweisen.Polyesters suitable for use in the process according to the invention are, for example, polymers with NH, OH or COOH groups. In the process according to the invention, preference is given to using polyesters which have been modified in such a way that their absorption capacity for heavy metals is at least sufficient to carry out the process according to the invention. Suitable for this purpose are, for example, polyesters that have a sufficient number of ionic centers.
Geeignete Polyester sind beispielsweise durch Polykondensation herstellbar. So können difunktionelle oder trifunktionelle Alkohole oder ein Gemisch aus zwei oder mehr davon, mit Dicarbonsäuren oder Tricarbonsäuren oder einem Gemisch aus zwei oder mehr davon, oder deren reaktiven Derivaten, zu Polyesterpolyolen kondensiert werden. Geeignete Dicarbonsäuren sind beispielsweise Bernsteinsäure und ihre höheren Homologen mit bis zu 44 C-Atomen, ferner ungesättigte Dicarbonsäuren wie Maleinsäure oder Fumarsäure sowie aromatische Dicarbonsäuren, insbesondere die isomeren Phthalsäuren wie Phthalsäure, Isophthalsäure oder Terephthalsäure. Als Tricarbonsäuren sind beispielsweise Zitronensäure oder Trimellithsäure geeignet. Im Rahmen der Erfindung besonders geeignet sind Polyesterpolyole aus mindestens einer der genannten Dicarbonsäuren und Glyzerin, welche einen Restgehalt an OH-Gruppen aufweisen. Besonders geeignete Alkohole sind Hexandiol, Ethylenglykol, Diethylenglykol oder Neopentylglykol oder Gemische aus zwei oder mehr davon.Suitable polyesters can be produced, for example, by polycondensation. For example, difunctional or trifunctional alcohols or a mixture of two or more thereof, with dicarboxylic acids or tricarboxylic acids or a mixture of two or more thereof, or their reactive derivatives, can be condensed to give polyester polyols. Suitable dicarboxylic acids are, for example, succinic acid and its higher homologues with up to 44 carbon atoms, furthermore unsaturated dicarboxylic acids such as maleic acid or fumaric acid and aromatic dicarboxylic acids, in particular the isomeric phthalic acids such as phthalic acid, isophthalic acid or terephthalic acid. Citric acid or trimellitic acid, for example, are suitable as tricarboxylic acids. Polyester polyols from at least one of the dicarboxylic acids and glycerol mentioned, which have a residual OH group content, are particularly suitable within the scope of the invention. Particularly suitable alcohols are hexanediol, ethylene glycol, diethylene glycol or neopentyl glycol or mixtures of two or more thereof.
Als Polyolkomponente zur Herstellung der Polyester einsetzbare Polyole sind beispielsweise Diethylenglykol oder höhere Polyethylenglykole mit einem Molekulargewicht (Mn) von etwa 100 bis etwa 22.000, beispielsweise etwa 200 bis etwa 15.000 oder etwa 300 bis etwa 10.000, insbesondere etwa 500 bis etwa 2.000.Examples of polyols which can be used as polyol components for the production of the polyesters are diethylene glycol or higher polyethylene glycols with a Molecular weight (M n ) from about 100 to about 22,000, for example about 200 to about 15,000 or about 300 to about 10,000, in particular about 500 to about 2,000.
Polyurethane, wie sie im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens einsetzbar sind, werden üblicherweise durch Umsetzung von mindestens einem Polyisocyanat, vorzugsweise einem Diisocyanat, und einer Polyolkomponente, die vorzugsweise überwiegend aus Diolen besteht, hergestellt. Die Polyolkomponente kann dabei nur ein Polyol enthalten, es kann jedoch auch ein Gemisch aus zwei oder mehr verschiedenen Polyolen als Polyolkomponente eingesetzt werden. Als Polyolkomponente oder zumindest als Bestandteil der Polyolkomponente sind beispielsweise Polyalkylenoxide geeignet.Polyurethanes, as can be used in the process according to the invention, are usually produced by reacting at least one polyisocyanate, preferably a diisocyanate, and a polyol component, which preferably consists predominantly of diols. The polyol component can contain only one polyol, but a mixture of two or more different polyols can also be used as the polyol component. Polyalkylene oxides, for example, are suitable as the polyol component or at least as part of the polyol component.
Gegebenenfalls können Teile des Polyalkylenoxids durch andere ethergruppenhaltige hydrophobe Diole ersetzt werden, die Molekulargewichte von 250 bis 3.000, bevorzugt 300 bis 2.000, insbesondere von 500 bis 1.000 aufweisen. Konkrete Beispiele für solche Diole sind: Polypropylenglykol (PPG), Polybutylenglykol, Polytetrahydrofuran, Polybutadiendiol und Alkandiole mit 4 bis 44 C-Atomen. Bevorzugte hydrophobe Diole sind Polypropylenglykol, Polytetrahydrofuran mit einem Molekulargewicht von 500 bis 1.000 sowie 1,10- Decandiol, 1,12-Dodecandiol, 1 ,12-Octadecandiol, Dimerfettsäurediol, 1 ,2-Octandiol, 1 ,2-Dodecandiol, 1 ,2-Hexadecandiol, 1 ,2-Octadecandiol, 1 ,2-Tetradecandiol, 2- Buten-1,4-diol, 2-Butin-1 ,4-diol, 2,4,7,9-Tetramethyl-5-decin-4,7-diol sowie dessen Ethoxylierungsprodukte, insbesondere mit bis zu 30 Mol Ethylenoxid.If necessary, parts of the polyalkylene oxide can be replaced by other hydrophobic diols containing ether groups, which have molecular weights of 250 to 3,000, preferably 300 to 2,000, in particular 500 to 1,000. Specific examples of such diols are: polypropylene glycol (PPG), polybutylene glycol, polytetrahydrofuran, polybutadiene diol and alkanediols with 4 to 44 carbon atoms. Preferred hydrophobic diols are polypropylene glycol, polytetrahydrofuran with a molecular weight of 500 to 1,000 and 1,10-decanediol, 1,12-dodecanediol, 1, 12-octadecanediol, dimer fatty acid diol, 1, 2-octanediol, 1, 2-dodecanediol, 1, 2 -Hexadecanediol, 1,2-octadecanediol, 1,2-tetradecanediol, 2-butene-1,4-diol, 2-butyne-1,4-diol, 2,4,7,9-tetramethyl-5-decyne-4 , 7-diol and its ethoxylation products, especially with up to 30 moles of ethylene oxide.
Neben den Diolen der Polyolkomponente sind Diisocyanate wesentliche Bausteine des als Schmelzklebstoff einsetzbaren Polyurethans. Dabei handelt es sich um Verbindungen der allgemeinen Struktur O=C=N-X-N=C=O, wobei X ein alipathischer, alicyclischer oder aromatischer Rest ist, vorzugsweise ein aliphatischer oder alicyclischer Rest mit 4 bis 18 C-Atomen.In addition to the diols of the polyol component, diisocyanates are essential components of the polyurethane that can be used as a hot melt adhesive. These are compounds of the general structure O = C = N-X-N = C = O, where X is an aliphatic, alicyclic or aromatic radical, preferably an aliphatic or alicyclic radical with 4 to 18 C atoms.
Beispielsweise seien als geeignete Isocyanate 1 ,5-Naphthylendiisocyanat, 4,4'- Diphenylmethandiisocyanat (MDI), hydriertes MDI (H12MDI), Xylylendiisocyanat (XDI), Tetramethylxylylendiisocyanat (TMXDI), 4,4'-Diphenyldimethyl- methandiisocyanat, Di- und Tetraalkylendiphenylmethandiisocyanat, 4,4'- Dibenzyldiisocyanat, 1 ,3-Phenylendiisocyanat, 1 ,4-Phenylendiisocyanat, die Isomeren des Toluylendiisocyanats (TDI), 1-Methyl-2,4-diisocyanato-cyclohexan, 1 ,6-Diisocyanato-2,2,4-trimethylhexan, 1 ,6-Diisocyanato-2,4,4-trimethylhexan, 1- lsocyanatomethyl-3-isocyanato-1 ,5,5-trimethylcyclohexan (IPDI), chlorierte und bromierte Diisocyanate, phosphorhaltige Diisocyanate, 4,4'-Di-isocyanatophenyl- perfluorethan, Tetramethoxybutan-1 ,4-diisocyanat, Butan-1 ,4-diisocyanat, Hexan- 1 ,6-diisocyanat (HDI), Dicyclohexylmethandiisocyanat, Cyclohexan-1 ,4-diisocyanat, Ethylen-diisocyanat, Phthalsäure-bis-isocyanato-ethylester, ferner Diisocyanate mit reaktionsfähigen Halogenatomen, wie 1-Chlormethylphenyl-2,4-diisocyanat, 1- Brommethylphenyl-2,6-diisocyanat, 3,3-Bis-chlormethylether-4,4'-diphenyl- diisocyanat genannt.Examples of suitable isocyanates are 1,5-naphthylene diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI), hydrogenated MDI (H 12 MDI), xylylene diisocyanate (XDI), tetramethylxylylene diisocyanate (TMXDI), 4,4'-diphenyldimethylmethane diisocyanate, di- and tetraalkylene diphenylmethane diisocyanate, 4,4'- Dibenzyl diisocyanate, 1, 3-phenylene diisocyanate, 1, 4-phenylene diisocyanate, the isomers of tolylene diisocyanate (TDI), 1-methyl-2,4-diisocyanato-cyclohexane, 1, 6-diisocyanato-2,2,4-trimethylhexane, 1, 6-diisocyanato-2,4,4-trimethylhexane, 1-isocyanatomethyl-3-isocyanato-1, 5,5-trimethylcyclohexane (IPDI), chlorinated and brominated diisocyanates, phosphorus-containing diisocyanates, 4,4'-di-isocyanatophenyl perfluoroethane, Tetramethoxybutane-1,4-diisocyanate, butane-1,4-diisocyanate, hexane-1,6-diisocyanate (HDI), dicyclohexylmethane diisocyanate, cyclohexane-1,4-diisocyanate, ethylene-diisocyanate, phthalic acid-bis-isocyanato-ethyl ester, furthermore Diisocyanates with reactive halogen atoms, such as 1-chloromethylphenyl-2,4-diisocyanate, 1-bromomethylphenyl-2,6-diisocyanate, 3,3-bis-chloromethyl ether-4,4'-diphenyl diisocyanate.
Vorzugsweise wird ein erfindungsgemäß geeignetes Polyurethan in einem einstufigen Verfahren hergestellt. Dabei werden beispielsweise zunächst alle Ausgangsstoffe in Gegenwart eines organischen Lösemittels bei einem Wassergehalt von weniger als 0,5 Gew.-% gemischt. Die Mischung wird auf 80 bis 200 °C, insbesondere auf 100 bis 180 °C und vorzugsweise auf 130 bis 170 °C ca. 1 bis 30 Stunden erhitzt.A polyurethane suitable according to the invention is preferably produced in a one-step process. For example, all starting materials are first mixed in the presence of an organic solvent with a water content of less than 0.5% by weight. The mixture is heated to 80 to 200 ° C, in particular to 100 to 180 ° C and preferably to 130 to 170 ° C for about 1 to 30 hours.
Die Reaktionszeit kann durch Anwesenheit von Katalysatoren verkürzt werden. Insbesondere sind tertiäre Amine brauchbar, z. B. Triethylamin, Dimethylbenzylamin, Bis-Dimethylaminoethylether und Bis-Methylaminomethylphenol. Besonders geeignet sind 1-Methylimidazol, 2-Methyl-1-vinylimidazol, 1-Allylimidazol, 1- Phenylimidazol, 1,2,4,5-Tetramethylimidazol, 1(3-Aminopropyl)imidazol, Pyrimidazol, 4-Dimethylaminopyridin, 4-Pyrrolidinopyridin, 4-Morpholinopyridin, 4-Methylpyridin. Vorzugsweise wird jedoch ohne Katalysator gearbeitet. Auch das Lösemittel wird zweckmäßigerweise weggelassen. Unter "Lösemitteln" werden im Rahmen des vorliegenden Textes inerte organische flüssige Stoffe mit einem Siedepunkt von weniger als 200 °C bei Normaldruck verstanden.The reaction time can be shortened by the presence of catalysts. In particular, tertiary amines are useful, e.g. B. triethylamine, dimethylbenzylamine, bis-dimethylaminoethyl ether and bis-methylaminomethylphenol. 1-Methylimidazole, 2-methyl-1-vinylimidazole, 1-allylimidazole, 1-phenylimidazole, 1,2,4,5-tetramethylimidazole, 1 (3-aminopropyl) imidazole, pyrimidazole, 4-dimethylaminopyridine, 4-pyrrolidinopyridine are particularly suitable , 4-morpholinopyridine, 4-methyl pyridine. However, preference is given to working without a catalyst. The solvent is also expediently omitted. In the context of the present text, “solvents” are understood as meaning inert organic liquid substances with a boiling point of less than 200 ° C. under normal pressure.
Zur Herstellung der im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens einsetzbaren Polymerisaten eignen sich beispielsweise olefinisch ungesättigte Monomere, die einer Emulsionspolymerisation zugänglich sind. Geeignete Polymere sind beispielsweise aus Monomeren wie Acrylsäure, Methacrylsäure, gegebenenfalls als Copolymerisate mit deren Estern mit primären und sekundären gesättigten einwertigen Alkoholen mit 1 bis etwa 28 C-Atomen wie Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, 2-EthylhexyIalkohol, cycloaliphatischen Alkoholen wie Cyclohexanol, Hydroxymethylcyclohexan oder Hydroxyethylcyclohexan zugänglich.For the preparation of the polymers which can be used in the process according to the invention, for example olefinically unsaturated monomers are suitable which are accessible to emulsion polymerization. Suitable polymers are, for example, from monomers such as acrylic acid, methacrylic acid, if appropriate available as copolymers with their esters with primary and secondary saturated monohydric alcohols with 1 to about 28 carbon atoms such as methanol, ethanol, propanol, butanol, 2-ethylhexyl alcohol, cycloaliphatic alcohols such as cyclohexanol, hydroxymethylcyclohexane or hydroxyethylcyclohexane.
Ebenfalls als Comonomere geeignet sind einfache ethylenisch ungesättigte Kohlenwasserstoffe wie Ethylen oder α-Olefine mit etwa 3 bis etwa 28 C-Atomen, beispielsweise Propylen, Butylen, Styrol, Vinyltoluol, Vinylxylol sowie halogenierte ungesättigte aliphatische Kohlenwasserstoffe wie Vinylchlorid, Vinylfluorid, Vinylidenchlorid, Vinylidenfluorid und dergleichen.Also suitable as comonomers are simple ethylenically unsaturated hydrocarbons such as ethylene or α-olefins having about 3 to about 28 carbon atoms, for example propylene, butylene, styrene, vinyl toluene, vinyl xylene and halogenated unsaturated aliphatic hydrocarbons such as vinyl chloride, vinyl fluoride, vinylidene chloride, vinylidene fluoride and the like ,
Ebenfalls als Comonomere einsetzbar sind beispielsweise mehrfach ethylenisch ungesättigte Monomere. Beispiele für solche Monomeren sind Diallylphthalate, Diallylmaleinat, Triallylcyanurat, Tetraallyloxyethan, Divinylbenzol, Butandiol-1 ,4- dimethacrylat, Triethylenglykoldimethacrylat, Divinyladipat, Allylacrylat, Allylmethacrylat, Vinylcrotonat, Methylenbisacrylamid, Hexandiodiacrylat, Pentaerythroldiacrylat oder Trimethylolpropantriacrylat oder Gemische aus zwei oder mehr davon. Solche Comonomere sorgen für eine Vernetzung der Polymerisate.Multi-ethylenically unsaturated monomers, for example, can also be used as comonomers. Examples of such monomers are diallyl phthalates, diallyl maleinate, triallyl cyanurate, tetraallyloxyethane, divinylbenzene, butanediol-1, 4-dimethacrylate, triethylene glycol dimethacrylate, divinyl adipate, allyl acrylate, allyl methacrylate or vinyl crotonate, pentylene bisacrylamide or hexa diacrylate, polyalkylene acrylate or polyalkylene acrylate or polyalkylene acrylate or polyalkylene acrylate or polyalkylene acrylate or polyalkylene acrylate or polyalkylene acrylate or polyalkylene acrylate or polyacrylate triethyl acrylate or polyalkylene acrylate or polyalkylene acrylate or polyalkylene acrylate or polyalkylene acrylate or polyalkylene acrylate. Such comonomers ensure crosslinking of the polymers.
Weiterhin als Monomere oder Comonomere geeignet sind ethylenisch ungesättigte Verbindungen mit N-funktionellen Gruppen. Hierzu zählen beispielsweise Acrylamid, Methacrylamid, Allylcarbamat, Acrylnitril, N- Methylolacrylamid, N-Methylolmethacrylamid, N-Methylolallylcarbamat sowie die N-Methylolester, -alkylether oder Mannichbasen des N-Methylolacrylamids oder N- Methylolmethacrylamids oder N-Methylolallylcarbamats, Acrylamidoglykolsäure, Acrylamidomethoxyssigsäuremethylester, N-(2,2-Dimethoxy-1-hydroxyethyl)- acrylamid, N-Dimethylaminopropylacrylamid, N-Dimethylaminopropylmeth- acrylamid, N-Methylacrylamid, N-Methylmethacrylamid, N-Butylacrylamid, N- Butylmethacrylamid, N-Cyclohexylacrylamid, N-Cyclohexylmethacrylamid, N- Dodecylacrylamid, N-Dodecylmethacrylamid, Ethylimidazolidonmethacrylat, N- Vinylformamid, N-Vinylpyrrolidon und dergleichen. Um im Rahmen der vorliegenden Erfindung einsetzbar zu sein, müssen die entsprechenden Adsorptionsmittel magnetische Eigenschaften aufweisen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignete Adsorptionsmittel weisen derartige magnetische Eigenschaften jedoch nicht als ursprüngliche Stoffeigenschaft auf, sondern die magnetische Eigenschaften werden den erfindungsgemäß einsetzbaren Adsorptionsmitteln durch vermischen der Adsorptionsmittel mit magnetischen Verbindungen verliehen.Also suitable as monomers or comonomers are ethylenically unsaturated compounds with N-functional groups. These include for example acrylamide, methacrylamide, allyl carbamate, acrylonitrile, N-methylolacrylamide, N-methylolmethacrylamide, N-methylolallyl carbamate and the N-methylol esters, alkyl ethers or Mannich bases of N-methylolacrylamide or N-methylolmethacrylamide or N-Methylolallylcarbamats, acrylamidoglycolic acid, Acrylamidomethoxyssigsäuremethylester, N - (2,2-Dimethoxy-1-hydroxyethyl) acrylamide, N-dimethylaminopropylacrylamide, N-dimethylaminopropylmethacrylamide, N-methylacrylamide, N-methylmethacrylamide, N-butylacrylamide, N-butylmethacrylamide, N-cyclohexylacrylamide, N-cyclohexylmethacrylamide, N - Dodecyl acrylamide, N-dodecyl methacrylamide, ethyl imidazolidone methacrylate, N-vinyl formamide, N-vinyl pyrrolidone and the like. In order to be usable in the context of the present invention, the corresponding adsorbents must have magnetic properties. However, adsorbents which are suitable in the context of the present invention do not have such magnetic properties as the original substance property, but the magnetic properties are imparted to the adsorbents which can be used according to the invention by mixing the adsorbents with magnetic compounds.
Es hat sich dabei gezeigt, daß magnetische Nanopartikel, wie sie im Rahmen des vorliegenden Textes bereits beschrieben wurden, zur Übertragung ihrer magnetischen Eigenschaften auf ein entsprechendes Adsorptionsmittel geeignet sind.It has been shown that magnetic nanoparticles, as have already been described in the context of the present text, are suitable for transferring their magnetic properties to a corresponding adsorbent.
Zur Übertragung der magnetischen Eigenschaften auf ein entsprechendes Adsorptionsmittel eignen sich grundsätzlich alle Verfahren, mit denen sich magnetische Partikel mit einem entsprechenden Adsorptionsmittel so verbinden lassen, daß die Verbindung zwischen Adsorptionsmittel und magnetischen Partikeln im wäßriger Umgebung so stabil ist, daß das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Dazu ist es erforderlich, daß die Adsorbenspartikel magnetische Eigenschaften aufweisen oder zumindest magnetisierbar sind. Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden daher zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Absorbenspartikel eingesetzt, die mit magnetischen Partikeln entweder physikalisch als Einschlussverbindungen, ionisch, kovalent oder über dipolare Wechselwirkungen verbunden sind.In principle, all methods are suitable for transferring the magnetic properties to a corresponding adsorbent, by means of which magnetic particles can be combined with an appropriate adsorbent in such a way that the connection between adsorbent and magnetic particles in the aqueous environment is so stable that the method according to the invention can be carried out , For this it is necessary that the adsorbent particles have magnetic properties or at least be magnetizable. In the context of a preferred embodiment of the present invention, absorbent particles are therefore used to carry out the method according to the invention which are connected to magnetic particles either physically as inclusion compounds, ionically, covalently or via dipolar interactions.
Im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens einsetzbare magnetisierte Adsorptionsmittel lassen sich grundsätzlich durch beliebige Verfahren herstellen, die zu einer Bindungen magnetischer Partikel an die Adsorptionsmittel führen. So ist es beispielsweise möglich, Adsorptionsmittel dadurch mit magnetischen Eigenschaften zu versehen, daß die Adsorptionsmittel mit einer Suspension magnetischer Partikel in einem geeigneten Lösungsmittel vermischt werden. Anschließend kann das Suspensionsmittel abgezogen und das Gemisch aus Adsorptionsmittel und magnetischen Partikeln beispielsweise gewaschen werden. Es ist dabei ebenso möglich, die magnetischen Partikeln auf ihrer Oberfläche derart zu funktionalisieren, daß sie mit dem Adsorptionsmittel eine kovalente Bindung eingehen. Hierzu werden die Nanopartikel oberflächlich derart modifiziert, daß anschließend eine Reaktion mit einer funktioneilen Gruppe eines organischen natürlichen oder synthetischen Polymeren möglich ist oder der Einbau des modifizierten Nanopartikels in ein organisches synthetisches Polymeres erfolgen kann.Magnetized adsorbents which can be used in the context of a method according to the invention can in principle be produced by any method which leads to the binding of magnetic particles to the adsorbents. For example, it is possible to provide adsorbents with magnetic properties by mixing the adsorbents with a suspension of magnetic particles in a suitable solvent. The suspension medium can then be drawn off and the mixture of adsorbent and magnetic particles can be washed, for example. It is also possible to functionalize the magnetic particles on their surface in such a way that they form a covalent bond with the adsorbent. For this purpose, the surface of the nanoparticles are modified in such a way that a reaction with a functional group of an organic natural or synthetic polymer is subsequently possible, or the modified nanoparticle can be incorporated into an organic synthetic polymer.
Die Modifikation der Oberfläche der magnetischen Partikel kann beispielsweise mit Silanen erfolgen. Werden als magnetische Partikel Oxide eingesetzt, so tragen diese Oxide in der Regel oberflächliche OH-Gruppen, die mit Silanen oder Halogensilanen unter Ausbildung einer kovalenten Si-O-Bindung reagieren können. Wenn die Silane ihrerseits über eine geeignete funktioneilen Gruppe verfügen, die ein späteres Anbringen der Silane an einem Polymeren ermöglicht, so lassen sich damit die modifizierten magnetischen Partikel an Polymeren kovalent befestigen. Geeignete funktioneile Gruppen sind beispielsweise olefinisch ungesättigte Doppelbindungen oder geschützte OH- oder NH-Gruppen. Eine geeignete Möglichkeit zur Modifikation der Oberfläche von Nanopartikeln mit Silanverbindungen wird beispielsweise in der US-A 5,695,901 beschrieben.The surface of the magnetic particles can be modified, for example, with silanes. If oxides are used as magnetic particles, these oxides generally carry superficial OH groups which can react with silanes or halosilanes to form a covalent Si-O bond. If the silanes themselves have a suitable functional group that enables the silanes to be attached to a polymer later, the modified magnetic particles can be covalently attached to the polymers. Suitable functional groups are, for example, olefinically unsaturated double bonds or protected OH or NH groups. A suitable possibility for modifying the surface of nanoparticles with silane compounds is described, for example, in US Pat. No. 5,695,901.
Weitere geeignete Verfahren zur Funktionalisierung magnetischen Partikeln sind dem Fachmann bekannt.Other suitable methods for functionalizing magnetic particles are known to the person skilled in the art.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß es, wie bereits oben beschrieben, zu besonders guten magnetischen Adsorptionsmitteln führt, wenn die Herstellung der magnetischen Partikel in Gegenwart des Adsorptionsmittels durchgeführt wird.However, it has been shown that, as already described above, particularly good magnetic adsorbents result if the production of the magnetic particles is carried out in the presence of the adsorbent.
Hierzu wird die Herstellung der magnetischen Partikel, wie sie im Rahmen des vorliegenden Textes oben beschrieben wurde, dahingehend modifiziert, daß in den entsprechenden zu den magnetischen Partikeln führenden Salzlösungen im Rahmen der vorliegenden Erfindung einsetzbare anorganische und oder organische Adsorptionsmittel vorliegen. Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden zur Herstellung der magnetischen Adsorptionsmittel daher Verfahren eingesetzt, bei denen die Bildung einer Mikroemulsion vermieden wird.For this purpose, the production of the magnetic particles, as described above in the context of the present text, is modified in such a way that inorganic and or organic adsorbents which can be used in the context of the present invention are present in the corresponding salt solutions leading to the magnetic particles. In the context of a preferred embodiment of the present invention, the magnetic adsorbents are therefore used in processes in which the formation of a microemulsion is avoided.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform vorliegenden Erfindung werden zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu anorganische magnetische Adsorbentien eingesetzt. Es hat sich gezeigt, daß die Reinigung von mit Metallsalzen belasteten Abwässern beim Einsatz derartiger anorganischer magnetischer Adsorbentien zu besonders guten Ergebnissen führt.In the context of a preferred embodiment of the present invention, inorganic magnetic adsorbents are used to carry out the method according to the invention. It has been shown that the cleaning of wastewater contaminated with metal salts leads to particularly good results when such inorganic magnetic adsorbents are used.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher auch ein Magnetisches anorganisches Adsorptionsmittel, enthaltend magnetische Partikel, vorzugsweise Nanopartikel.The present invention therefore also relates to a magnetic inorganic adsorbent containing magnetic particles, preferably nanoparticles.
Der Begriff "enthaltend magnetische Partikel" ist dabei im Rahmen der vorliegenden Textes so auszulegen, daß das Adsorptionsmittel selbst keine magnetische Eigenschaften aufweist und insbesondere einen Partikeldurchmesser von mehr als etwa 1 μm aufweist.The term "containing magnetic particles" is to be interpreted in the context of the present text so that the adsorbent itself has no magnetic properties and in particular has a particle diameter of more than about 1 μm.
Ein erfindungsgemäßes Adsorptionsmittel enthält als magnetische Partikel vorzugsweise mindestens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Fe, Co, Ni, Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Legierungen aus zwei oder mehr der genannten Elemente, Oxiden der genannten Elemente oder Ferriten der genannten Elemente (außer Eisen), oder ein Gemisch aus zwei oder mehr davon.An adsorbent according to the invention preferably contains at least one compound selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb as magnetic particles , Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, alloys of two or more of the said elements, oxides of the said elements or ferrites of the said elements (except iron), or a mixture of two or more thereof.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es erforderlich, das zu reinigen der Abwasser mit dem erfindungsgemäß eingesetzten magnetischen Adsorptionsmittel zu vermischen. Dies kann entweder batchweise oder kontinuierlich erfolgen. Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das magnetische Adsorptionsmittel kontinuierlich mit dem Abwasser vermischt.To carry out the method according to the invention, it is necessary to mix the waste water to be cleaned with the magnetic adsorbent used according to the invention. This can be done either batchwise or continuously. In the context of a preferred embodiment of the present invention, the magnetic adsorbent is continuously mixed with the waste water.
Nachdem das zu reinigende Abwasser für eine ausreichend lange Zeit mit dem magnetischen Adsorptionsmittel in Kontakt zwar, beispielsweise für einen Zeitraum von etwa 1s bis etwa 1h, insbesondere etwa 10 s bis etwa 30 min oder etwa 5 bis etwa 20 min, wird das Gemisch aus Abwasser und magnetischem Adsorptionsmittel durch ein Magnetfeld geleitet. Beispielsweise wird das Gemisch aus Abwasser und magnetischem Adsorptionsmittel dabei durch einen Rohr geleitet, das von außen von einem entsprechenden Magnetfeld durchdrungen wird oder das durch im Inneren des Rohrs angeordnete Magnete erzeugt wird.After the wastewater to be cleaned has been in contact with the magnetic adsorbent for a sufficiently long time, for example for one Period of about 1s to about 1h, in particular about 10 s to about 30 min or about 5 to about 20 min, the mixture of waste water and magnetic adsorbent is passed through a magnetic field. For example, the mixture of waste water and magnetic adsorbent is passed through a tube which is penetrated from the outside by a corresponding magnetic field or which is generated by magnets arranged inside the tube.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Gemisch aus Abwasser und magnetischem Adsorptionsmittel jedoch durch einen magnetischen Filter geleitet.In a preferred embodiment of the present invention, however, the mixture of waste water and magnetic adsorbent is passed through a magnetic filter.
Unter einem "magnetischen Filter" wird dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Anordnung verstanden, bei der sich innerhalb des von dem Gemisch aus Abwasser und magnetischem Adsorptionsmittel durchströmten Volumens eine Filteranordnung befindet, die aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Material besteht.In the context of the present invention, a “magnetic filter” is understood to mean an arrangement in which a filter arrangement, which consists of a magnetic or magnetizable material, is located within the volume through which the mixture of waste water and magnetic adsorbent flows.
Dabei ist es beispielsweise möglich, dass sich im Inneren des durchströmten Rohrs eine vorzugsweise durch magnetische Stäbe definierte Filterstrecke befindet. Die Länge der Filterstrecke kann dabei durch Zahl und/oder Länge der Stäbe variiert werden.In this case, it is possible, for example, for there to be a filter section, preferably defined by magnetic rods, in the interior of the flowed-through tube. The length of the filter section can be varied by the number and / or length of the rods.
Weiterhin ist es möglich ein Magnetfilter im Sinne der vorliegenden Erfindung durch ein von außen an die Filteranordnung angelegtes Magnetfeld zu erzeugen, wobei das Magnetfeld im inneren der Filteranordnung durch entsprechende das Magnetfeld verstärkende Materialien verstärkt wird.Furthermore, it is possible to generate a magnetic filter in the sense of the present invention by means of a magnetic field applied to the filter arrangement from the outside, the magnetic field in the interior of the filter arrangement being reinforced by corresponding materials which reinforce the magnetic field.
Der Begriff "Filter" ist dabei im Rahmen des vorliegenden Textes so auszulegen, daß die Erfindungen eines solchen "Filters" so groß sind, daß sie sowohl das Abwasser als auch die darin enthaltenen Partikel des magnetischen Adsorptionsmittels passieren lassen, sofern an die Anordnung kein Magnetfeld angelegt ist und das Filtermaterial selbst keine magnetischen Eigenschaften aufweist. Vorzugsweise ist ein "Filter" im Sinne der vorliegenden Erfindung so aufgebaut, daß die Filtrationsstrecke insgesamt zwar möglichst lang ist, der Filter selbst jedoch einen möglichst niedrigen Druckabfall erzeugt.The term "filter" is to be interpreted in the context of the present text in such a way that the inventions of such a "filter" are so great that they allow both the waste water and the particles of the magnetic adsorbent contained therein to pass unless a magnetic field is applied to the arrangement is applied and the filter material itself has no magnetic properties. A "filter" is preferably in the sense of the present invention constructed that the total filtration distance is as long as possible, but the filter itself generates the lowest possible pressure drop.
Als Filtermaterial können grundsätzlich alle Materialien eingesetzt werden, die ein von außen angelegtes Magnetfeld in ihrem Inneren weiterleiten oder verstärken können und dabei insbesondere die Feldliniendichte im Inneren des Rohrs erhöhen. Hierzu eignen sich beispielsweise Eisenspäne, Gitter aus magnetisierbarem Material oder Stahlwolle.In principle, all materials can be used as the filter material that can transmit or amplify an external magnetic field in their interior and in particular increase the field line density in the interior of the tube. Iron chips, grids made of magnetizable material or steel wool are suitable for this.
Als besonders geeignet hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung Stahlwolle herausgestellt. Vorzugsweise besteht die Stahlwolle aus rostfreiem Stahl.Steel wool has proven to be particularly suitable in the context of the present invention. The steel wool is preferably made of stainless steel.
Die Stärke des anzulegenden Magnetfelds kann im wesentlichen in weiten Grenzen variieren. Geeignete Magnetfelder weisen eine magnetische Feldstärke von etwa 0,05 bis etwa 3 Tesla, insbesondere etwa 0,5 bis etwa 2 Tesla auf.The strength of the magnetic field to be applied can essentially vary within wide limits. Suitable magnetic fields have a magnetic field strength of approximately 0.05 to approximately 3 Tesla, in particular approximately 0.5 to approximately 2 Tesla.
Die Erfindung wird nachfolgend durch Beispiele näher erläutert. The invention is explained in more detail below by examples.
BeispieleExamples
Beispiel 1: Herstellung einer magnetischen Flugasche Edukte: 20 g FlugascheExample 1: Production of a magnetic fly ash educts: 20 g fly ash
20 g FeCI3 * 6 H2O20 g FeCI 3 * 6 H 2 O
7,36 g FeCI2 * 4 H2O7.36 g FeCI 2 * 4 H 2 O
50 ml deionisiertes Wasser50 ml deionized water
13,3 g NaOH-Plätzchen13.3 g NaOH cookies
200 ml deionisiertem Wasser200 ml of deionized water
Die Eisensalze wurden in 50 ml deionisiertem Wasser gelöst. Eine weitere Lösung wurde aus 200 ml deionisiertem Wasser, 13,3 g NaOH-Plätzchen und 20 g Filterasche hergestellt. Die Eisensalzlösung wurde unter starkem Rühren in die Natronlauge gegossen, für weitere 15 Minuten gerührt und abfiltriert. Der Niederschlag wurde zweimal mit 400 ml deionisiertem Wasser gewaschen. Das so erhaltene Pulver wurde über Nacht im Vakuumtrockenschrank bei 50 °C getrocknet.The iron salts were dissolved in 50 ml of deionized water. Another solution was made from 200 ml deionized water, 13.3 g NaOH cookies and 20 g filter ash. The iron salt solution was poured into the sodium hydroxide solution with vigorous stirring, stirred for a further 15 minutes and filtered off. The precipitate was washed twice with 400 ml of deionized water. The powder thus obtained was dried overnight in a vacuum drying cabinet at 50 ° C.
Beispiel 2: Herstellung eines magnetischen organischen AdsorbensExample 2: Preparation of a magnetic organic adsorbent
6,48 g wasserfreie FeCI3 wurden in 40 g deionisiertem Wasser gelöst. 3,97 Gramm FeCI2 * 4 H2O wurden in einer Mischung aus 8 ml deionisiertem Wasser und 2 ml 37 %iger Salzsäure gelöst. Kurz vor Einsatz der Lösungen im Fällungsprozeß wurden die beiden Lösungen zu einer Mischung vereinigt.6.48 g of anhydrous FeCI 3 were dissolved in 40 g of deionized water. 3.97 grams of FeCI 2 * 4 H 2 O were dissolved in a mixture of 8 ml of deionized water and 2 ml of 37% hydrochloric acid. Shortly before the solutions were used in the precipitation process, the two solutions were combined to form a mixture.
In einem separaten Becherglas wurden 320 g deionisiertes Wasser und 80 ml 25 %ige Ammoniaklösung vereinigt und mit 5 g Polyacrylsäure mit einem Molekulargewicht von etwa 2000 verrührt.320 g of deionized water and 80 ml of 25% ammonia solution were combined in a separate beaker and stirred with 5 g of polyacrylic acid with a molecular weight of about 2000.
Anschließend wurden die Eisensalzlösungen bei Raumtemperatur unter starkem Rühren zu der ammoniakalischen Vorlage gegossen, wobei das mit der Polyacrylsäure umhüllte Eisenoxid dispersiv in Lösung gehalten wurde. Überschüssiger Ammoniak wurde abdestilliert und das Produkt anschließend mehrere Tage zur Entfernung von Fe-Ionen dialysiert. Das so erhaltene Produkt wurde in deionisiertem Wasser einer magnetischen Abscheidung unterzogen um überschüssiges, nicht magnetisiertes Polymeres zu entfernen. Bei der magnetischen Abscheidung wurde dabei wie bei der Abwasserreinigung vorgegangen, wobei als Trägermedium jedoch deionisiertes Wasser eingesetzt wurde. Die am magnetischen Filter abgeschiedenen magnetischen Polymerpartikel wurden nach Abschalten des Magnetfelds vom magnetischen Filter abgespült. Anschließend wurde das Produkt durch Abziehen des Wassers am Rotationsverdampfer aufkonzentriert. Mittels mehrtägiger Dialyse erfolgte die Reinigung des Produkts welches anschließend zum Pulver eingetrocknet wurde.The iron salt solutions were then poured into the ammoniacal receiver at room temperature with vigorous stirring, the iron oxide coated with the polyacrylic acid being kept dispersively in solution. Excess ammonia was distilled off and the product was then dialyzed for several days to remove Fe ions. The product so obtained was subjected to magnetic deposition in deionized water remove excess, non-magnetized polymer. The magnetic separation was carried out in the same way as for wastewater treatment, but deionized water was used as the carrier medium. The magnetic polymer particles deposited on the magnetic filter were rinsed off the magnetic filter after the magnetic field was switched off. The product was then concentrated by removing the water on a rotary evaporator. The product was cleaned by means of dialysis for several days and then dried to a powder.
Beispiel 3: Reinigung einer nickelhaltigen LösungExample 3: Cleaning a solution containing nickel
Zu einer Lösung von 50 mg Nickel in 1 I Wasser bei pH-Wert 7 wurden bei Raumtemperatur 500 mg des magnetischen Polymerpulvers aus Beispiel 2 gegeben. Anschließend wurde das Wasser durch ein mit Stahlwolle gefülltes Glasrohr (Durchmesser 2 cm) geleitet, wobei an das Glasrohr durch Permanentmagnete (Dauermagnete aus Neodymium-Eisen-Bor, Fa. IBS Magnet, Berlin, Modell NeoDeltaMagnet ND 7550) ein Magnetfeld der Stärke 1 Tesla angelegt wurde. Die Durchflußgeschwindigkeit betrug 50 ml/s. Der Nickelgehalt des so gereinigten Wassers betrug weniger als 0,01 mg/l (Nachweisgrenze durch AAS).500 mg of the magnetic polymer powder from Example 2 were added to a solution of 50 mg of nickel in 1 liter of water at pH 7 at room temperature. The water was then passed through a glass tube filled with steel wool (diameter 2 cm), a magnetic field with a strength of 1 Tesla being attached to the glass tube by permanent magnets (permanent magnets made of neodymium iron boron, from IBS Magnet, Berlin, model NeoDeltaMagnet ND 7550) was created. The flow rate was 50 ml / s. The nickel content of the water purified in this way was less than 0.01 mg / l (detection limit by AAS).
Beispiel 4: Reinigung schwermetallhaltiger Lösungen durch magnetisierte FlugascheExample 4: Cleaning of solutions containing heavy metals by magnetized fly ash
Aus ZnSO * 7 H2O, NiSO * 6 H2O und K2CrO wurden mit deionisiertem Wasser jeweils Lösungen mit einem Gehalt von 50 mg/l an den jeweiligen Metallionen hergestellt. Die Lösungen wurden mit 10 g der magnetisierten Filterasche aus Beispiel 1 versetzt. Anschließend wurde das Wasser durch ein mit Stahlwolle gefülltes Glasrohr (Durchmesser 2 cm) geleitet, wobei an das Glasrohr durch Permanentmagnete (Dauermagnete aus Neodymium-Eisen-Bor, Fa. IBS Magnet, Berlin, Modell NeoDeltaMagnet ND 7550) ein Magnetfeld der Stärke 1 Tesla angelegt wurde. Die Durchflußgeschwindigkeit betrug 50 ml/s. Der Gehalt des so gereinigten Wassers betrug weniger als 0,05 mg/l Zn-Ionen (Nachweisgrenze für Zink durch AAS) und weniger als 0,01 mg/l Ni- bzw. Cr-Ionen (Nachweisgrenze für Kupfer und Chrom durch AAS). From ZnSO * 7 H 2 O, NiSO * 6 H 2 O and K 2 CrO, solutions with a content of 50 mg / l of the respective metal ions were prepared with deionized water. 10 g of the magnetized filter ash from Example 1 were added to the solutions. The water was then passed through a glass tube filled with steel wool (diameter 2 cm), a magnetic field with a strength of 1 Tesla being attached to the glass tube by permanent magnets (permanent magnets made of neodymium iron boron, from IBS Magnet, Berlin, model NeoDeltaMagnet ND 7550) was created. The flow rate was 50 ml / s. The water thus purified was less than 0.05 mg / l Zn ions (detection limit for zinc by AAS) and less than 0.01 mg / l Ni or Cr ions (detection limit for copper and chromium by AAS) ,

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Reinigung von mit Metallsalzen belasteten Abwässern, bei dem ein magnetisches Adsorptionsmittel mit dem Abwasser vermischt und das Adsorptionsmittel nach der Adsorption von Metallsalzen aus dem Abwasser in einem Magnetfeld vom Abwasser getrennt wird.1. A process for the purification of waste water contaminated with metal salts, in which a magnetic adsorbent is mixed with the waste water and the adsorbent is separated from the waste water in a magnetic field after the adsorption of metal salts from the waste water.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser mindestens ein Schwermetallsalz enthält.2. The method according to claim 1, characterized in that the waste water contains at least one heavy metal salt.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Adsorptionsmittel ein organisches Adsorptionsmittel eingesetzt wird.3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that an organic adsorbent is used as the adsorbent.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Adsorptionsmittel ein anorganisches Adsorptionsmittel eingesetzt wird.4. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that an inorganic adsorbent is used as the adsorbent.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 , 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Adsorptionsmittel Flugasche eingesetzt wird.5. The method according to any one of claims 1, 2 or 4, characterized in that fly ash is used as the adsorbent.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorptionsmittel magnetische Nanopartikel enthalten.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the adsorbents contain magnetic nanoparticles.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorptionsmittel als Nanopartikel mindestens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Fe, Co, Ni, Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Legierungen aus zwei oder mehr der genannten Elemente, Oxiden der genannten Elemente oder Ferriten der genannten Elemente (außer Eisen), oder ein Gemisch aus zwei oder mehr davon, enthalten.7. The method according to claim 6, characterized in that the adsorbent as nanoparticles at least one compound selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, alloys of two or more of the said elements, oxides of the said elements or ferrites of the said elements (except iron), or a mixture of two or more of which, included.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nanopartikel Magnetit, Macchiemit, Goethit oder ein Ferrit der allgemeinen Formel MeOFe2O3, wobei Me für ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Mg oder Cd steht, oder ein Gemisch aus zwei oder mehr davon, enthalten.8. The method according to claim 6 or 7, characterized in that the nanoparticles magnetite, macchiemite, goethite or a ferrite of the general Formula MeOFe 2 O 3 , where Me represents an element selected from the group consisting of Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Mg or Cd, or a mixture of two or more thereof.
9. Magnetisches anorganisches Adsorptionsmittel, enthaltend magnetische Partikel.9. Magnetic inorganic adsorbent containing magnetic particles.
10. Magnetisches Adsorptionsmittel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es als magnetische Partikel Nanopartikel enthält.10. Magnetic adsorbent according to claim 9, characterized in that it contains nanoparticles as magnetic particles.
11. Magnetisches Adsorptionsmittel nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß es als Adsorptionsmittel Flugasche enthält.11. Magnetic adsorbent according to claim 9 or 10, characterized in that it contains fly ash as an adsorbent.
12. Adsorptionsmittel nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß es als magnetische Partikel mindestens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Fe, Co, Ni, Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Legierungen aus zwei oder mehr der genannten Elemente, Oxiden der genannten Elemente oder Ferriten der genannten Elemente (außer Eisen), oder ein Gemisch aus zwei oder mehr davon, enthält. 12. Adsorbent according to one of claims 9 to 11, characterized in that it contains as magnetic particles at least one compound selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, alloys of two or more of the said elements, oxides of the said elements or ferrites of the said elements (except iron), or a mixture of two or more of them.
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