ES2230003T3 - Procedimiento para la elucion de emulsionantes fluorados. - Google Patents
Procedimiento para la elucion de emulsionantes fluorados.Info
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Abstract
Procedimiento para la elución de un emulsionante fluorado fijado a una resina intercambiadora aniónica, caracterizado porque la resina intercambiadora se pone en contacto con una mezcla, que contiene en lo esencial a) agua, b) un compuesto de la fórmula M-X en el que M significa un ion de un metal alcalino o de alquil-amonio con radicales alquilo de 1 a 4 átomos de carbono, y X significa hidroxilo, fluoruro o cloruro, y c) por lo menos un disolvente orgánico, que disuelve totalmente a los otros componentes a) y b), y de esta manera pone a disposición un número de aniones X- que es suficiente para la elución de los emulsionantes desde la resina intercambiadora de aniones.
Description
Procedimiento para la elución de emulsionantes
fluorados.
El invento se refiere a un procedimiento para la
elución de emulsionantes fluorados de resinas intercambiadoras de
aniones, a correspondientes mezclas para la realización de este
procedimiento, así como para el tratamiento ulterior del material
eluido.
En particular, el invento se refiere a un
procedimiento para la elución de emulsionantes fluorados, que están
fijados a una resina intercambiadora de aniones, en el que la resina
se pone en contacto con una mezcla, que contiene en lo esencial
- a)
- agua,
- b)
- un compuesto de la fórmula
M-X
- en el que M significa un ion de un metal alcalino o de alquil-amonio, y
- X significa hidroxilo, fluoruro o cloruro, y
- c)
- por lo menos un disolvente orgánico, que disuelve totalmente a los otros
- componentes a) y b) y de esta manera pone a disposición un número de
- aniones X^{-} que es suficiente para la elución de los emulsionantes desde la
- resina intercambiadora de aniones.
La mezcla para la elución consta preferiblemente
en lo esencial, expresado en tantos por ciento en peso, de
a) 15 a 40 % de agua,
b) 1 a 10 % del compuesto M-X,
y
c) 60 a 70 % del disolvente.
Una mezcla especialmente preferida consta en lo
esencial de
a) 18 a 35 % de agua,
b) 2 a 8 % de M-X, y
c) 60 a 70 % del disolvente.
Los disolventes preferidos, que se pueden emplear
individualmente o en mezcla, son alcanoles con 1 a 4 átomos de
carbono, acetona, mono- y di-alquil-éteres del
monoglicol y del diglicol, entendiéndose por grupos alquilo en este
contexto metilo o etilo. Disolventes especialmente preferidos son
metanol, dimetil-monoglicol-éter y
dimetil-diglicol-éter.
Cationes M^{+} preferidos son los de litio,
sodio, potasio, tetrametil-amonio o
tetraetil-amonio, y el anión X^{-} preferido es el
de hidroxilo. De modo sorprendente, son especialmente efectivas las
soluciones acuosas de hidróxidos de metales alcalinos y de
amoníaco.
Los emulsionantes fluorados, que se han de eluir,
son conocidos desde hace mucho tiempo, y se emplean sobre todo en la
polimerización de olefinas fluoradas, puesto que no actúan como
telógenos. Se trata en lo esencial de ácidos
alcano-carboxílicos y
alcano-sulfónicos fluorados, realizándose que el
radical alquilo está fluorado parcialmente o, de modo preferido,
totalmente y por lo general es lineal o está ramificado en los
extremos. Es especialmente preferido el ácido
perfluoro-octanoico, en lo sucesivo denominado PFOS,
debiendo entenderse por esta abreviatura, en este caso a
continuación, también los otros emulsionantes fluorados usuales.
La recuperación de un PFOS con resinas
intercambiadoras de aniones es conocida desde hace mucho tiempo y se
describe por ejemplo en el documento de patente de los EE.UU.
US-A-3.882.153 y en el documento de
patente europea EP-B-0.014.431.
Procedimientos especialmente ventajosos para la recuperación de un
PFOS a partir de aguas residuales se describen en los documentos de
solicitudes de patentes internacionales
WO-A-99/62858 y
WO-A-99/62830.
Las resinas intercambiadoras de aniones son muy
efectivas para eliminar un PFOS a partir de sistemas acuosos. En
particular, las resinas intercambiadoras de aniones fuertemente
básicas eliminan de manera prácticamente cuantitativa un PFOS a
partir de aguas residuales y soluciones similares. En la práctica,
se puede recuperar de esta manera más de un 95% de los PFOS
presentes. Se puede aprovechar la capacidad total del intercambiador
de iones.
La fuerza de la absorción de los PFOS a la resina
intercambiadora dificulta, sin embargo, la elución. Si se eluye por
ejemplo un intercambiador de aniones fuertemente básico, cargado con
una solución acuosa uno molar de amoníaco, hidróxido de sodio o
fluoruro de potasio, entonces se obtienen unas concentraciones de
los PFOS en el material eluido situadas dentro del orden de magnitud
de solamente 0,1 mmol/l. El tratamiento de volúmenes tan
considerables de aguas residuales no es, sin embargo, rentable.
Por otra parte, las resinas intercambiadoras de
aniones débilmente básicas no son tan eficientes en la recuperación
de los PFOS a partir del sistema acuoso. Así, estas resinas muestran
una irrupción o penetración "difusa" prematura, es decir que el
PFOS es cedido de nuevo en pequeñas cantidades al sistema acuoso
tratado. De esta manera, no es posible reducir el PFOS de una manera
segura a partir de grandes volúmenes de aguas residuales hasta por
debajo de aproximadamente 5 ppm [partes por millón]
(correspondientes a 7,5 \cdot 10^{-6} mol/l). Unas
concentraciones tan bajas son deseadas por razones de protección del
medio ambiente, puesto que un PFOS es difícilmente degradable
biológicamente. Esto corresponde en particular a las aguas
residuales, que contienen emulsionantes no iónicos, tales como los
que se emplean por ejemplo al aumentar la concentración por
ultrafiltración (documento
EP-B-0.632.009).
En el caso del procedimiento conocido a partir
del documento EP-B-0.014.431, el
PFOS es eluido desde el intercambiador de aniones con una mezcla a
base de un disolvente soluble en agua, tal como metanol, y pequeñas
cantidades de un ácido inorgánico, tal como ácido sulfúrico o ácido
clorhídrico. De esta manera, con una mezcla de 89% en peso de
metanol, 4% en peso de ácido sulfúrico y 7% en peso de agua, se
consigue un material eluido con hasta 400 mmol/l de un PFOS.
Usualmente, el material eluido se separa en dos capas, constando la
capa inferior en lo esencial de un PFOS y correspondiendo la capa
superior aproximadamente a la mezcla de elución. A una mayor escala,
sin embargo, esta separación de fases no se ajusta de una manera
segura, por lo que la recuperación de la fase superior para la
elución no se presenta sin ningún inconveniente (y de este modo se
dificulta por ejemplo un procedimiento continuo). Para la
regeneración de la resina intercambiadora de iones se necesitan
aproximadamente 5 volúmenes de lecho de una mezcla de materiales
eluidos, lo cual en la práctica significa aproximadamente de 5 a 10
m^{3} de una mezcla de materiales eluidos que es inflamable y
combustible. El gasto en aparatos, vinculado con esto, es
considerable.
Conforme al invento, al contrario de esto, se
emplea la mezcla precedentemente mencionada, que no presenta estas
desventajas. Además de esto, el procedimiento conforme al invento
permite un tratamiento sencillo y efectivo del material eluido,
siendo éste sometido primeramente a una destilación con vapor de
agua, hasta que esté esencialmente libre de sustancias volátiles,
después de lo cual en el residuo de destilación con vapor se pone en
libertad el ácido emulsionante con un ácido suficientemente fuerte.
De manera ventajosa, entonces el ácido emulsionante, puesto en
libertad, se separa por destilación y se recoge convenientemente en
una solución acuosa de amoníaco, puesto que el ácido emulsionante se
emplea usualmente en forma de la sal de amonio en la polimerización
de olefinas
fluoradas.
fluoradas.
El invento se refiere por consiguiente a un
procedimiento, rentable y dominable con seguridad a gran escala,
destinado a la elución de emulsionantes fluorados y a su
recuperación en una forma tan pura que cumple los requisitos que se
establecen para su empleo en la polimerización.
El invento se explica con mayor detalle en los
siguientes Ejemplos.
La fuerza de elución de las siguientes mezclas de
elución se midió por medición de la concentración de un PFOS en el
material eluido, después de que el primer volumen de lecho de la
mezcla de elución hubiera circulado a través de la columna para
intercambio de iones. La columna tenia una longitud de 30 cm y un
diámetro de 6,5 cm y estaba llena con 400 ml de la resina
intercambiadora de aniones ®AMBERLITE 402 (fuertemente básica) usual
en el comercio. La resina se cargó hasta el atravesamiento con una
solución de perfluoro-octanoato de amonio (APFOA)
(producto comercial de la entidad 3M con la denominación comercial
FC143) y se lavó con 2 l de un agua desionizada.
Después de que hubieron circulado 600 ml de la
mezcla de materiales eluidos a través de la columna, se sacó una
muestra, y el contenido de PFOS se analizó por transformación en el
éster metílico mediando análisis por cromatografía de gases y
utilización de un patrón interno. En este caso, el límite de
detección está situado en 5 ppm.
En los siguientes Ejemplos se indica el contenido
de PFOS en ppm. La velocidad de elución era de 200 ml/h (mililitros
por hora).
La composición de las mezclas de elución se
indica en tantos por ciento en peso. En los casos de todas las
mezclas de elución empleadas no aparecieron lagunas de mezcladura de
ningún tipo. Siempre y cuando no se den otros datos distintos, la
elución se efectuó a la temperatura ambiente.
Ejemplo
comparativo
(A la temperatura
ambiente)
| Eluyente (agua) | 1 mol/l de | 1 mol/l de | 1 mol/l de |
| NaOH | NH_{3} | KF | |
| Concentración de PFOS en el | 20 | 17 | 160 |
| material eluido, en ppm |
Ejemplos 1 a
3
Una concentración de elución de APFOA de más de
30.000 ppm es considerada como técnicamente aceptable.
| *) | OS2 = segundo disolvente orgánico |
| ME = dimetil-monoglicol-éter | |
| DE = dimetil-diglicol-éter | |
| Ac = acetona |
Claims (9)
1. Procedimiento para la elución de un
emulsionante fluorado fijado a una resina intercambiadora aniónica,
caracterizado porque la resina intercambiadora se pone en
contacto con una mezcla, que contiene en lo esencial
- a)
- agua,
- b)
- un compuesto de la fórmula
M-X
- en el que M significa un ion de un metal alcalino o de alquil-amonio
- con radicales alquilo de 1 a 4 átomos de carbono, y
- X significa hidroxilo, fluoruro o cloruro, y
- c)
- por lo menos un disolvente orgánico, que disuelve totalmente a los otros
- componentes a) y b), y de esta manera pone a disposición un número de
- aniones X^{-} que es suficiente para la elución de los emulsionantes desde la
- resina intercambiadora de aniones.
2. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que la mezcla contiene en lo esencial,
expresado en tantos por ciento en peso, de
a) 15 a 40 % de agua,
b) 1 a 10 % del compuesto M-X,
y
c) 60 a 70 % de un disolvente.
3. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 2, en el que la composición es la siguiente: de
a) de 18 a 35 %,
b) de 2 a 8 %, y
c) de 60 a 70 %.
4. Procedimiento de acuerdo con una o varias de
las reivindicaciones precedentes, en el que el disolvente se
selecciona entre el conjunto formado por los alcanoles con 1 a 4
átomos de carbono, acetona, mono- y di-alquil-éteres
del monoglicol y del diglicol, siendo el radical de alquil-éter, en
el presente caso, metilo o etilo.
5. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 4, realizándose que el disolvente es metanol y/o
dimetil-monoglicol-éter o
dimetil-diglicol-éter.
6. Procedimiento de acuerdo con una o varias de
las reivindicaciones precedentes, realizándose en el compuesto
M-X que M es litio, sodio, potasio, tetrametil- o
tetraetil-amonio y X es hidróxido.
7. Procedimiento de acuerdo con una o varias de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque como
componente b) se emplea una solución amoniacal de un hidróxido de
metal alcalino.
8. Procedimiento para el tratamiento del
material eluido obtenido de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque
- a)
- el material eluido se destila con vapor, hasta que esté en lo esencial libre de constituyentes volátiles, y
- b)
- en el residuo de la destilación con vapor se pone en libertad el emulsionante en forma de un ácido libre con un ácido suficientemente fuerte.
9. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 8, caracterizado porque el emulsionante, en su
forma de ácido libre, se separa por destilación y se recupera como
una sal de amonio en una solución acuosa de amoníaco.
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