Способ утилизации органических соединений и устройство для его осуществления

 

Органические соединения, которые дополнительно к таким элементам, как углерод, водород и кислород, содержат еще галоген, фосфор, серу и/или элементы металлов в атомарной связи, подвергаются ионизации и тотчас последующему электродиализу. С ионными конечными продуктами реакции легко манипулировать и их можно без проблем отводить для дальнейшего применения, или для хранения, или сжигания. Ионизацию осуществляют путем воздействия ионизирующего излучения. Техническим результатом является безопасность утилизации галогенсодержащих ароматических соединений, таких как различные ядохимикаты. 2 с. и 12 з.п.ф-лы, 3 ил.

Предметом настоящего изобретения является способ утилизации органических соединений, которые дополнительно к таким элементам, как углерод, водород и кислород, содержат еще галоген, фосфор, серу и/или элементы металлов в атомарной связи, а также устройство для осуществления этого способа.

Вещества, которые содержат галогены, фосфор, серу, а также атомы металлов, такие как ртуть, мышьяк и т.п., используют в самых различных областях применения. Так, они могут служить в качестве охлаждающих агентов, вспенивающих агентов, ядохимикатов, лекарственных средств, трансформаторных масел и т.п. Особенно критической областью в этой связи являются боевые отравляющие вещества. Во всех такого рода случаях среди прочего существует проблема утилизации этих, часто крайне опасных токсичных соединений. При этом должны быть уничтожены остатки от производства, складированные запасы, зачастую также такие, которые после получения запрещаются по закону нормами выработки, остаточные количества у потребителей и т.п.

При этом доступным путем часто является утилизация путем сжигания. Органические соединения, которые содержат только углерод, водород и кислород, при достаточной подаче кислорода полностью сгорают без нанесения ущерба с образованием диоксида углерода и воды. Однако, в особенности при наличии галоидных соединений образующиеся при сжигании опасные диоксины представляют собой препятствие для такого рода обезвреживания.

Целью настоящего изобретения является создание безопасного метода уничтожения, обезвреживания или утилизации такого рода веществ.

В основу настоящего изобретения положено знание того, что электрически заряженные ионы или части молекул за счет электродиализа могут быть отделены друг от друга. В органических соединениях с атомарным, т.е. неполярным, связыванием мешающих элементов такое разделение возможно только тогда, когда эта связь поляризуется и приводится в состояние, где она является разрываемой за счет электрической энергии.

Поэтому, согласно изобретению, утилизируемые органические соединения предлагается подвергать ионизации, после чего образующиеся несущие заряды продукты ионизации разделяются путем электродиализа и конечные ионные продукты, а также оставшиеся органические вещества подаются для само по себе известного применения или направляются на хранение или для сжигания.

Ионизацию можно осуществлять путем воздействия ионизирующего излучения.

При этом атомарные связи поляризуются, утилизируемые вещества распадаются до ионных продуктов и становится возможным осуществление разделения по-разному заряженных частиц за счет воздействия электрической энергии. Как только первоначально атомарно связанные элементы переходят в ионную форму, с ними можно легче манипулировать, и они без проблем могут быть утилизированы или направлены для другого применения. Таким образом, происходит обезвреживание опасных соединений без появления прежних опасностей, возникающих при уничтожении термическим путем.

Предпочтительно таким образом утилизируют ядохимикаты, такие как пестициды, гербициды, фунгициды, а также галогенуглеводороды, хлорированные трансформаторные масла, лекарственные средства или боевые отравляющие вещества.

Особенно благоприятен способ для органических галоидных соединений, в частности таких, в которых галоген связан с ароматическим кольцом, предпочтительно с фенильным кольцом.

Здесь, например, нужно назвать замещенные хлором, бромом и/или иодом производные бензола, которые предпочтительно дополнительно замещены одной или несколькими гидроксильными, циано-, алкильными группами, или этерифицированными карбоксильными или карбоксиалкиленовыми группами.

Практическими примерами являются дибром- или дииодгидроксибензонитрил и хлортолилоксипропионовая кислота. Комбинация этих соединений применяется в сельском хозяйстве в качестве гербицида под названием ANITEN^R.

Однако, с помощью предлагаемого в изобретении способа могут быть также утилизированы галогенированные полифенилы, предпочтительно полигалогенированный бифенил (РСВ), который используют в качестве трансформаторного масла.

Дальнейшую проблему утилизации представляют собой алифатические галогенуглеводороды (FCKW), которые употребляют в качестве охлаждающего средства и вспенивающего агента. Их утилизация также является задачей настоящего изобретения.

Ионизацию утилизируемых соединений можно осуществлять с помощью рентгеновского излучения, в случае необходимости в комбинации с бета- и/или гамма-излучением.

В самой простейшей форме для этой цели применяют обычный рентгеновский аппарат, из которого изъяты используемые для экранирования нежелательного бета- и гамма-излучения алюминиевые пластины.

Утилизируемое вещество находится предпочтительно в жидком состоянии, в частности в форме раствора, предпочтительно в водном растворе.

Предпочтительно ионизацию и устройство для диализа комбинируют в пространственном отношении, так как время жизни образующихся ионных продуктов, прежде всего при ионизации путем облучения, часто относительно короткое.

Благодаря ионизации должна быть создана минимальная электропроводность раствора 500 μS (микросименс), чтобы достичь целевого действия.

Предметом настоящего изобретения является также устройство для осуществления указанного способа.

Устройство поясняется прилагаемыми чертежами, где: на фиг. 1 представлено предпочтительное диализное устройство ионизации для осуществления способа, на фиг. 2 показано общее размещение такого устройства внутри общей установки, служащей для этой цели, и фиг. 3 представляет собой усовершенствованную установку с усиленной многокамерной системой электродиализа.

На фиг. 1 представлена предпочтительная многокамерная установка, которая имеет следующие составные части: Центральная камера 1, в которую по трубопроводу 2 вводят раствор сырья. В этой камере 1 происходит ионизация. Предпочтительно ионизацию осуществляют путем воздействия ионизирующего излучения. Через анод 3 и катод 4 пропускают постоянный ток и за счет его воздействия происходит разделение ионизированных составных частей. К центральной камере 1, смотря по обстоятельствам, примыкают анолитная камера 7, отделенная от камеры 1 мембраной 5 или 6, и католитная камера 8. Из этих камер 7 и 8 через отводящие трубопроводы 9 или 10 выводят неорганическую часть в виде концентрата.

Органический материал, который после ионизации остается в камере 1 и не может диффундировать через мембраны 5, 6, отводят через выпускной трубопровод 11 из этой камеры в виде дилюата.

К анолитной камере 7 и католитной камере 8, смотря по обстоятельствам, примыкают анодная камера 14, отделенная мембраной 12 или 13, и катодная камера 15, в которые по загрузочным трубопроводам 16 или 17 вводят щелочной или солевой раствор для создания запаса ионов.

Также в анолитную камеру 7 и в католитную камеру 8 по загрузочным трубопроводам 18 или 19 подают щелочные или солевые растворы, т.е. ионы; предпочтительно через оба трубопровода 18 и 19 осуществляют подачу примерно 1 мас.%-ного раствора NaOH.

Мембраны 5 и 13 представляют собой анодные мембраны АМ, а мембраны 6 и 12 - катодные мембраны КМ.

Использование биполярных мембран известно среднему специалисту в области электродиализа.

В случае предпочтительного практического примера обезвреживания гербицида ANITEN^R, который состоит из смеси 2-(4-хлор-о-толилокси)-пропионовой кислоты, 3,5-дииод-4-гидроксибензонитрила и 3,5-дибром-4-гидроксибензонитрила в весовом соотношении примерно 5: 1:1, в центральную камеру 1 вводят водный раствор этой смеси веществ с концентрацией примерно 525 г/л.

Ионизации достигают самым простым образом с помощью аппарата, который соответствует рентгеновскому аппарату для первоначально медицинских целей, из которого изъяты предназначенные для экранирования лучей алюминиевые пластины.

Само собой разумеется, должны соблюдаться необходимые меры защиты от излучения согласно уровню техники OVE-предписаниям при функционировании установки.

Установка функционирует предпочтительно непрерывно, причем через камеру 1 раствор сырья протекает со скоростью 17 л/час.

Раствор в анолитной камере 7, который состоит из деминерализованной воды с 1% химически чистого NaOH и до начала опыта абсолютно лишен хлора, уже спустя 2 минуты продолжительности опыта имеет содержание хлора 24,5 мг/л, содержание иода 0,15 мг/л и содержание брома 0,25 мг/л.

Дополнительное исследование содержания галогенов в этом растворе осуществляют предпочтительно спектрофотометрическим путем.

В случае указанного непрерывного осуществления способа по трубопроводам 16 и 17 подают раствор гидроксида натрия с концентрацией 8 мас.% или 4 мас. %.

Анолитный и католитный раствор непрерывно заменяют путем подачи раствора едкого натра в концентрации примерно 8 мас.% в количестве примерно NaOH: галоген = 1:1.

Как показано на этой фигуре, устройство для диализа представляет собой предпочтительно многокамерное устройство. В определенных случаях, однако, может быть также достаточно простого устройства для диализа только с одной камерой.

Предпочтительно устройство для диализа имеет по меньшей мере одну биполярную мембрану.

Диализ в указанном на фиг. 1 устройстве был осуществлен при напряжении 30-200 В. При этом протекает электрическая энергия в количестве примерно 21 Вт на кг обрабатываемой жидкости.

При практическом осуществлении способа ионизацию и диализ проводят предпочтительно под давлением.

Вместо подачи раствора едкого натра можно осуществлять также подачу солевого раствора, например, раствора соли натрия.

На фиг. 2 теперь представлена вся установка, в которой расположены устройство для ионизации и устройство для диализа, в этом случае отдельно друг от друга.

В часть I установки осуществляют подачу смеси сырья из резервуара 20 по трубопроводу 21, в котором предусмотрены необходимые насосы и вентили (клапаны).

Путем воздействия ионизирующего устройства 22 в части II для ионизации утилизируемое вещество расщепляется и разделяется в устройстве для диализа.

Часть III для диализа показывает, что из устройства для диализа 23 через трубопровод 24 осуществляют выгрузку органического вещества в виде дилюата, в то время как через циклы 25 и 26 осуществляют выгрузку неорганических продуктов реакции в виде концентрата. Для того, чтобы их можно было отводить по трубопроводам 27 и 28, по трубопроводам 29 и 30, смотря по обстоятельствам, нужно вводить щелочной или солевой раствор.

Неполностью прореагировавшие растворы можно рециркулировать в способ.

На фиг. 3 представлена еще более усовершенствованная многокамерная система в схематическом представлении функционирования. Виден принцип потока ионов, который происходит в установке. Вместе с раствором сырья в установку снова могут возвращаться рециркулируемые части дилюата, если обработка не прошла полностью.

Между анодом 1' и катодом 2' расположены мембраны 3'-8', причем мембраны 3', 5' и 7' представляет собой катодные мембраны, а мембраны 4', 6' и 8' являются анодными мембранами. Анолит 9' и католит 10' в этом примере выполнения являются растворами сульфата натрия. По трубопроводу 11' в качестве начального раствора подают водный солевой раствор (например, NaCl, Na₂SO₄) или щелочной раствор (например, NaOH), которые циркулируют через соответствующие камеры, при этом по трубопроводам 13', 15' и 17' отводят концентрат.

В случае 12' подают раствор утилизируемого алифатического галогенуглеводорода - FCKW, инсектицида или гербицида. Дилюат отводят по трубопроводам 14', 16' или возвращают в 12'.

Дальнейшие подробности осуществления способа известны среднему специалисту в области электродиализа и их не нужно пояснять далее.

Формула изобретения

1. Способ утилизации органических соединений, которые дополнительно к элементам углерод, водород и кислород еще содержат галоген, фосфор, серу и/или элементы металлов в атомарной связи, предпочтительно, ароматических соединений галогенов, которые содержат, в случае необходимости, еще одну или несколько гидроксильных, циано-, алкильных соответственно в случае необходимости, этерифицированных карбоксильных или карбоксиалкиленовых групп, причем атомарные связи разрушают, по меньшей мере, частично с помощью ионизирующего излучения, отличающийся тем, что образующиеся продукты ионизации разделяют путем электродиализа, и конечные ионные продукты, а также оставшиеся органические вещества направляют для само по себе известного применения, или на хранение, или для отжигания пор.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ионизацию осуществляют рентгеновским излучением.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что ионизацию осуществляют рентгеновским излучением, в случае необходимости, в комбинации с бета- и/или гамма-излучением.

4. Способ по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что подлежащее утилизации вещество ионизируют в жидком состоянии.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что подлежащее утилизации вещество ионизируют в виде раствора, предпочтительно, водного раствора.

6. Способ по п. 4 или 5, отличающийся тем, что посредством ионизации вызывают минимальную электропроводность 500 μS.

7. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что электродиализ осуществляют под напряжением 30-200 В.

8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что ионизацию и диализ проводят под давлением.

9. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что к жидкости для диализа в катодной и анодной области для повышения электропроводности добавляют гидроксид щелочного металла, предпочтительно, гидроксид натрия или соль щелочного металла.

10. Устройство для осуществления способа по любому из пп.1-8, отличающееся тем, что оно содержит интегрированно в пространственном отношении одно в другое устройство для ионизации и устройство для диализа.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что в качестве устройства для ионизации оно содержит обычный рентгеновский аппарат, из которого изъяты используемые для экранирования нежелательного излучения алюминиевые пластины.

12. Устройство по п. 10 или 11, отличающееся тем, что устройство для диализа выполнено в виде многокамерного устройства.

13. Устройство по любому из пп.9-12, отличающееся тем, что устройство для диализа содержит, по меньшей мере, одну биполярную мембрану.

14. Устройство по любому из пп.9-12, отличающееся тем, что содержит центральную камеру (1) для ионизации, к которой затем в направлении анода (3) и катода (4), смотря по обстоятельствам, примыкают отделенная от камеры (1) мембраной (5, 6) анолитная камера (7) и католитная камера (8), к которым затем, смотря по обстоятельствам, примыкают отделенная мембраной (12, 13) анодная камера (14) и катодная камера (15), а также включает в себя трубопровод (2) для раствора сырья, подводящие трубопроводы (16, 17, 18, 19) для загрузки щелочного или солевого раствора в анолитную или католитную камеру (7, 8) или для загрузки в анодную или катодную камеру (14, 15), а также трубопровод (11) для выгрузки органической части (дилюат) и сливные трубопроводы (9, 10) для неорганической части (концентрат).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3