ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к удалению загрязняющих окружающую среду веществ для снижения их наличия в окружающей среде.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Известно, что многие загрязняющие вещества токсичны для людей и окружающей среды. Одно из таких известных загрязняющих окружающую среду веществ, ртуть, было отнесено Агентством по регистрации токсичных веществ и заболеваний (ATSDR) Министерства здравоохранения и социальных служб США к категории первоочередных вредных веществ. В Перечне национальных приоритетов (NPL) США, который ведется Агентством по охране окружающей среды (EPA) США, перечислены многочисленные участки, загрязненные ртутью, такие как участки, содержащие различные вещества, содержащие загрязняющие вещества, включая твердые вещества (например, почву, мусор, отходы), жидкости (например, грунтовые воды, озера, пруды) и комбинации твердых веществ и жидкостей (например, ил, шламы, отложения). Большинство этих участков не очищено от ртути. Неприемлемые уровни ртути или ртутных соединений также могут присутствовать на участках, не приведенных в NPL США. Аналогичные опасения вызывают, помимо ртути, другие загрязняющие окружающую среду вещества.
[0003] Загрязнение ртутью может происходить из различных источников, таких как горнодобывающие и горнорудные работы, хлорно-щелочные заводы и процессы производства батарей. Также есть много свалок, загрязненных ртутьсодержащими отходами. Кроме того, ртутные загрязняющие вещества присутствуют во множестве форм, включая металлическую ртуть, органические соединения ртути и неорганические соединения ртути, часто на одном и том же участке. Для различных форм ртути и/или различных веществ часто требуются разные способы очистки.
[0004] Вещества, загрязненные ртутью, вероятно, также содержат множество других загрязняющих окружающую среду веществ. Например, некоторые вещества также загрязнены органическими веществами и/или другими тяжелыми металлами, и эти другие загрязняющие окружающую среду вещества создают аналогичные проблемы. Следовательно, снижение наличия в окружающей среде загрязняющих окружающую среду веществ на любом конкретном участке может быть технически сложной и дорогостоящей задачей в зависимости от загрязненной субстанции, состояния этой субстанции, типов отходов, форм ртути и других присутствующих загрязняющих веществ или загрязняющих окружающую среду веществ. Особый интерес представляет снижение наличия в окружающей среде загрязняющих окружающую среду веществ, что, в свою очередь, снижает биодоступность загрязняющих веществ и, следовательно, их биоаккумуляцию, особенно в таких веществах, как почвы, грунтовые воды, отложения и шламы.
[0005] Современные коммерческие способы восстановления, применяемые к почвам и другим твердым веществам, включают в себя стабилизацию/отверждение, промывку, термическую десорбцию и стеклование. Способы, применяемые к воде и другим жидкостям, включают в себя осаждение/совместное осаждение, адсорбцию, фильтрацию и биовосстановление. Способы, применяемые к отложениям и другим комбинациям твердых веществ и жидкостей, включают в себя перекрытие in situ, землечерпание/выемку грунта, комбинацию этих методов, а также контролируемое естественное восстановление (MNR; Monitored Natural Recovery) и усиленное контролируемое естественное восстановление (EMNR; enhanced Monitored Natural Recovery). Контролируемое естественное восстановление основывается на естественных процессах для защиты окружающей среды и объектов воздействия загрязняющих веществ от неприемлемого воздействия загрязняющих веществ, а в усиленном MNR применяются материалы или улучшающие вещества для усиления процессов естественного восстановления (например, добавление тонкослойного покрытия или химически активного улучшающего вещества, такого как углерод). Все эти технологии восстановления обеспечивают преимущества при контроле воздействий на окружающую среду загрязняющих окружающую среду веществ, включая риски для здоровья человека и окружающей среды, но эти технологии восстановления также имеют ограничения.
[0006] Еще один фактор, который следует учитывать при применении некоторых технологий восстановления, - это тенденция загрязняющего окружающую среду вещества мигрировать из своего местоположения (или вымываться из него) после того, как оно было поглощено или стабилизировано. EPA США также регулирует это и разработала процедуру определения характеристик токсичности с помощью выщелачивания (TCLP; Toxicity Characteristic Leaching Procedure), тест, предназначенный для определения подвижности как органических, так и неорганических аналитов, присутствующих в жидких, твердых и разнотипных отходах.
[0007] Сложные лабораторные и полупромышленные исследования и отборочные испытания должны проводиться для оценки технологии, чтобы определить, подходит ли она, прежде чем она будет выбрана для восстановления фактически загрязненного участка. Кроме того, изменчивость в зависимости от подлежащего обработке участка делает очистку от ртути и других загрязняющих окружающую среду веществ довольно дорогостоящей и трудоемкой задачей. Таким образом, существует потребность в новых и более привлекательных с коммерческой точки зрения способах снижения наличия в окружающей среде и биодоступности загрязняющих окружающую среду веществ в твердых веществах и жидкостях, а также в их комбинациях.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0008] В настоящем изобретении предложены способы снижение наличия в окружающей среде по меньшей мере части одного или более загрязняющих окружающую среду веществ в субстанции, содержащей одно или более загрязняющих окружающую среду веществ. Преимущество, обеспечиваемое способами по настоящему изобретению, заключается в снижении наличия в окружающей среде токсичных, загрязняющих окружающую среду веществ в веществах. К таким токсичным загрязняющим веществам относятся ртуть и метилртуть, а также тяжелые металлы и экологически токсичные органические вещества.
[0009] Преимущество, обеспечиваемое способами по настоящему изобретению, заключается в том, что за счет снижения наличия в окружающей среде загрязняющих окружающую среду веществ в веществах, также снижается биодоступность и биоаккумуляция таких загрязняющих веществ.
[0010] Способы по настоящему изобретению могут применяться как единственный способ снижения наличия в окружающей среде и/или присутствия в субстанции загрязняющих окружающую среду веществ, таких как ртуть, или могут применяться для дополнения и/или усиления снижения наличия в окружающей среде и/или количества таких загрязняющих окружающую среду веществ в субстанции, по сравнению с тем, что достигается с помощью существующих технологий.
[0011] Вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой способ снижения наличия в окружающей среде по меньшей мере части одного или более загрязняющих окружающую среду веществ в субстанции, содержащей один или более загрязняющих окружающую среду веществ. Данный способ включает добавление и/или нанесение сорбента, содержащего галоген и серу, на указанную субстанцию. Сорбент содержит серу, один или более галогенов, выбранных из фтора, хлора, брома и/или йода, и один или более материалов субстрата. Галоген в сорбенте получают из источника, выбранного из элементарных галогенов, галогеноводородных кислот, галогенидов щелочных металлов, галогенидов щелочноземельных металлов и галогенидов аммония. Добавление и/или нанесение сорбента, содержащего галоген и серу, на субстанцию, содержащую загрязняющее вещество, снижает наличие в окружающей среде по меньшей мере части одного или более загрязняющих окружающую среду веществ в указанной субстанции.
[0012] Еще один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой сорбент, содержащий галоген и серу.
[0013] Эти и другие варианты осуществления и признаки настоящего изобретения будут еще более очевидными из последующего описания и прилагаемой формулы изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0014] В настоящем изобретении предложены способы снижения наличия в окружающей среде загрязняющих окружающую среду веществ. В данном документе термин «снижение наличия в окружающей среде» относится к стабилизации, иммобилизации, фиксации, инкапсуляции, изоляции, сдерживанию, разрушению, обезвреживанию, распаду и разложению, снижению количества, снижению подвижности и/или снижению способность к миграции по меньшей мере одного загрязняющего окружающую среду вещества. Стабилизация и/или иммобилизация может происходить в среде. Снижение наличия в окружающей среде загрязняющих веществ, в свою очередь, снижает биодоступность загрязняющих веществ и, следовательно, их биоаккумуляцию.
[0015] В контексте настоящего документа термины «загрязняющее окружающую среду вещество» и «загрязняющие окружающую среду вещества» означают химический элемент или соединение или их смесь, которые, как известно, вредны для человека и/или воздействуют на окружающую среду (экосистему). Загрязняющие окружающую среду вещества обычно регулируются одним или более государственными учреждениями. Примеры загрязняющих окружающую среду веществ включают ртуть во всех ее формах, например, элементарную ртуть, органические соединения ртути и неорганические ртутные соединения; другие органические вещества (включая, например, помимо прочего, гидрофобные органические соединения, полициклические ароматические углеводороды, полихлорированные бифенилы, диоксины, фураны и/или хлорированные пестициды); опасные элементы, органические и неорганические соединения тяжелых металлов (включая, например, помимо прочего, соединения, содержащие As, Pb, Zn, Cu, Cr и/или Cd); и другие загрязняющие окружающую среду вещества, известные специалистам в данной области техники.
[0016] Применяемые в настоящем документе термины «обработанный», «контактировавший» и «восстановленный» указывают на то, что сорбент, содержащий галоген и серу, взаимодействует с субстанцией, содержащей одно или более загрязняющих окружающую среду веществ, таким образом, который приводит к снижению наличия в окружающей среде одного или более загрязняющих окружающую среду веществ.
[0017] Рекультиванты при реализации настоящего изобретения представляют собой сорбенты, содержащие галоген и серу. Сорбенты, содержащие галоген и серу, обычно образуются из одного или более соединений серы, одного или более галогенсодержащих соединений и одного или более материалов субстрата. Многие материалы субстрата, особенно активированный уголь, доступны или могут быть приобретены в широком диапазоне размеров частиц, от нанометра до сантиметра.
[0018] Материалы субстрата включают углеродистые материалы и неорганические материалы, причем эти материалы субстрата не приводят к окислению. Подходящие углеродистые материалы включают в себя, например, помимо прочего, активированный уголь, технический углерод, полукокс и кокс. Предпочтительным углеродистым материалом является активированный уголь, который можно применять во многих формах, включая, например, помимо прочего, порошкообразную, гранулированную или экструдированную; и также с высокой удельной поверхностью. Активированный уголь в порошке является особенно предпочтительной формой активированного угля.
[0019] Подходящие неорганические материалы включают неорганические оксиды, такие как оксид алюминия (аморфный и кристаллический), диоксид кремния, оксид магния и диоксид титана; природные цеолиты, такие как шабазит, клиноптилолит и фожазит; синтетические цеолиты, такие как синтетический шабазит, цеолиты с высоким соотношением Si:Al (ZSM-5, бета-цеолиты, содалит), цеолиты с умеренным соотношением Si:Al (цеолиты Y, цеолиты A), цеолиты на основе силикоалюмофосфата (SAPO), ионнообменные цеолиты, некальцинированные цеолиты, глинистые минералы, такие как каолин, каолинит, бентонит и монтмориллонит; синтетические глины, такие как лапонит, сапонит, сауконит, стивенсит, каолинит и гекторит; органические глины, такие как монтмориллонит, обработанный солью триметилстеариламмония, солью диметилдиалкиламмония (C14-C18), солью метилдигидроксиэтиламмония и гидрогенизированной солью таллового аммония, а также аминопропилтриэтоксисиланом и октадециламином; бентонит, гекторит, гекторит и аттапульгит, обработанные четвертичной аммониевой солью; и цеолиты, обработанные хлоридом N, N,N-триметил-1-гексадеканаминия; неорганические гидроксиды, такие как гидроксид железа; смешанные оксиды металлов, такие как гидроталькиты и металлизированные двухные слоистые глины; диатомитовая земля; цементная пыль; катализаторы гидроочистки, включая катализаторы на таких субстратах, как оксид алюминия, диоксид кремния или диоксид титана; CaCO3; и комбинации любых двух или более из вышеперечисленных. Предпочтительные неорганические материалы включают неорганические оксиды, особенно диоксид кремния, природные цеолиты, особенно шабазит, и глинистые минералы, особенно каолинит и бентонит; CaCO3 также является предпочтительным материалом субстрата.
[0020] Элемент галогена в сорбенте, содержащем галоген и серу, может представлять собой фтор, хлор, бром, йод или смесь любых двух или более галогенов. Бром является предпочтительным галогеном. Галоген в сорбенте получают из источника, выбранного из элементарных галогенов, галогеноводородных кислот, галогенидов щелочных металлов, галогенидов щелочноземельных металлов и галогенидов аммония. Подходящие галогенсодержащие соединения включают, например, помимо прочего, элементарный йод и/или йодистые соединения, элементарный бром и/или соединения брома, элементарный хлор и/или соединения хлора, элементарный фтор и/или соединения фтора и другие подходящие соединения галогена, как будет известно специалистам в данной области техники. Типы галогенсодержащих соединений, которые можно применять, включают галогенводородные кислоты, галогениды щелочных металлов, щелочноземельные галогениды и галогениды аммония.
[0021] Галогенводородные кислоты включают фтороводород, хлороводород, бромоводород и йодоводород. Галогениды щелочных металлов включают фторид натрия, хлорид натрия, бромид натрия, йодид натрия, фторид калия, хлорид калия, бромид калия и йодид калия. Щелочноземельные галогениды включают фторид магния, хлорид магния, бромид магния, йодид магния, фторид кальция, хлорид кальция, бромид кальция и йодид кальция. Галогениды аммония включают фторид аммония, хлорид аммония, бромид аммония и йодид аммония.
[0022] Предпочтительные галогенсодержащие соединения зависят от того, какой галоген кобинируется с субстратом, и включают элементарный бром, бромистый водород, хлорид натрия, бромид натрия, йодид калия и бромид кальция. Бромсодержащие соединения являются предпочтительными галогенсодержащими соединениями; более предпочтительными являются бромоводород и элементарный бром, особенно элементарный бром.
[0023] Термин «источник серы» в контексте настоящего документа означает элементарную серу и/или одно или более соединений серы. Подходящие источники серы включают элементарную серу (α, β, γ и аморфные формы) и соединения серы. Соединения серы, которые представляют собой подходящие источники серы, включают дисульфид углерода, тиоамиды, такие как тиоацетамид, и полимерные сероорганические соединения, такие как политиоугольная кислота.
[0024] Соли серосодержащих ионов (соли серы) представляют собой соединения серы, которые представляют собой подходящие источники серы при реализации настоящего изобретения. Противоионы солей серы могут представлять собой катионы щелочных металлов (например, лития, натрия, калия, цезия), щелочноземельных металлов (например, магния, кальция, бария), аммония и цинка. Подходящие серосодержащие ионы включают тиосульфат, пиросульфит, пиросульфат, сульфит, гидросульфит, сульфат, гидросульфат, сульфид, гидросульфид, дитиокарбомат, сим-триазинтритиолат и т. п.
[0025] Источники серы могут быть безводными или гидратированными, причем безводные источники серы не являются необходимыми при реализации настоящего изобретения. Предпочтительные источники серы включают элементарную серу и соли серосодержащих ионов. Предпочтительные серосодержащие ионы представляют собой сульфид, гидросульфид и полисульфиды; предпочтительные противоионы представляют собой катионы щелочных металлов. Более предпочтительные источники серы представляют собой элементарную серу, сульфид натрия и гидросульфид натрия, особенно элементарную серу. Галогениды серы, такие как дибромид серы и хлориды серы, не применяют в качестве источников серы при реализации настоящего изобретения.
[0026] Источники серы обычно можно применять в твердой форме, в растворе или в газообразной форме; дисульфид углерода удобно применять в жидкой форме или газообразной форме из-за его относительно низкой температуры кипения. Растворы, как правило, представляют собой водные растворы. Концентрации серосодержащих растворов обычно составляют около 0,2 мас.% или более, обычно в диапазоне от около 0,2 мас.% до около 10 мас.% и предпочтительно в диапазоне от около 0,5 мас.% до около 5 мас.%. Эти концентрации относятся к количеству серы в растворе, а не к количеству соединения. Можно применять смеси двух или более источников серы; обычно такие смеси представлены в одной и той же форме (например, твердое вещество или раствор). Предпочтительные источники серы включают элементарную серу.
[0027] Для достижения требуемого количества серы в сорбенте, содержащем галоген и серу, количество источника серы, который содержит соответствующее количество серы, комбинируют с галогенсодержащим соединением и материалом субстрата. Например, для получения сорбента, содержащего галоген и серу, с содержанием серы 5 мас.%, массу источника серы, галогенсодержащего соединения и материала субстрата добавляют вместе; когда количество серы в источнике серы составляет 5% от общей массы, образуется сорбент, содержащий галоген и серу, с содержанием серы около 5 мас.%, поскольку вся сера из источника серы обычно включается в сорбент, содержащий галоген и серу.
[0028] Количество серы (или содержание серы) в сорбенте обычно находится в диапазоне от около 0,1 мас.% до около 10 мас.%, предпочтительно в диапазоне от около 0,5 мас.% до около 7,5 мас.%, более предпочтительно от около 2 мас.% около 5 мас.% и еще более предпочтительно от около 2,5 мас.% до около 4 мас.% по отношению к общей массе сорбента, содержащего галоген и серу.
[0029] В сорбенте, содержащем галоген и серу, сера и галоген предпочтительно находятся в атомном отношении серы к галогену в диапазоне от около 0,25:1 до около 1:3, более предпочтительно от около 0,5:1 до около 1:2,5, и еще более предпочтительно от около 1:1 до около 1:2.
[0030] Сорбенты, содержащие галоген и серу, могут быть получены из материала субстрата, источника серы и галогенсодержащего соединения, как описано в публикации международной заявки на патент № WO 2012/071206. Ингредиенты можно смешивать вместе одновременно или последовательно. При последовательном смешивании материал субстрата обычно комбинируют с источником серы, а затем с галогенсодержащим соединением.
[0031] Некоторые из сорбентов, содержащих галоген и серу, которые представляют собой композиции по настоящему изобретению, получают способами, включающими приведение в контакт галогенсодержащего соединения и материала субстрата с образованием галогенсодержащего материала субстрата, причем галогенсодержащий материал субстрата приводят в контакт с источником серы с образованием сорбента, содержащего галоген и серу. В варианте настоящего способа уже образованный галогенсодержащий материал субстрата (например, бромсодержащий углеродистый материал) приводят в контакт с источником серы с образованием сорбента, содержащего галоген и серу. Другие сорбенты, содержащие галоген и серу, которые представляют собой композиции по настоящему изобретению, образуются при приведении в контакт галогенсодержащего соединения и источника серы с образованием смеси галоген-сера, причем смесь галоген-сера приводят в контакт с материалом субстрата с образованием сорбента, содержащего галоген и серу. Материалы субстрата, галоген, галогенсодержащие соединения, источники серы и их количества, а также их предпочтительные варианты представляют собой варианты, описанные выше.
[0032] Приведение в контакт источника серы и материала субстрата может осуществляться при температуре окружающей среды (например, от около 20 °С до около 25 °С) или предпочтительно приведение в контакт осуществляется при нагревании, предпочтительно при одной или более температурах в диапазоне от около 75 °С до около 700 °С, более предпочтительно от около 100 °С до около 600 °С, еще более предпочтительно от около 100 °С до около 200 °С. Рекомендуется и предпочтительно нагревать источник серы, находящийся в контакте с материалом субстрата, независимо от того, было ли уже комбинировано галогенсодержащее соединение с материалом субстрата или нет.
[0033] Когда галогенсодержащее соединение и материал сорбент приводятся в контакт перед контактом с серосодержащим соединением, галогенсодержащее соединение и материал сорбента могут быть приведены в контакт, как описано в патентах США №№ 6 953 494 и 9 101 907. В некоторых вариантах осуществления предпочтительные сорбенты, содержащие галоген и серу, представляют собой сорбенты, содержащие бром и серу. В некоторых вариантах осуществления предпочтительные сорбенты, содержащие галоген и серу, представляют собой сорбенты, в которых материал субстрата представляет собой активированный уголь. В других вариантах осуществления предпочтительные активированные угли, содержащие галоген и серу, представляют собой активированные угли, содержащие хлор и серу, активированные угли, содержащие бром и серу, и активированные угли, содержащие йод и серу. В предпочтительных вариантах осуществления сорбенты, содержащие галоген и серу, представляют собой активированные угли, содержащие хлор и серу, и активированные угли, содержащие бром и серу. В более предпочтительных вариантах осуществления сорбенты, содержащие галоген и серу, представляют собой активированные угли, содержащие бром и серу.
[0034] В других вариантах осуществления предпочтительные сорбенты, содержащие галоген и серу, представляют собой активированные угли, содержащие хлор и серу, и активированные угли, содержащие йод и серу. В других вариантах осуществления предпочтительные сорбенты, содержащие галоген и серу, представляют собой шабазиты, содержащие галоген и серу, бентониты, содержащие галоген и серу, каолиниты, содержащие галоген и серу, и диоксиды кремния, содержащие галоген и серу.
[0035] В другом варианте осуществления предпочтительные сорбенты, содержащие галоген и серу, включают диоксид кремния, содержащий бром и серу, каолинит, содержащий бром и серу, и бентонит, содержащий бром и серу.
[0036] Количество галогена (или содержание галогена) в сорбенте обычно эквивалентно общему содержанию брома (или в пересчете на бром) в диапазоне от около 0,1 мас.% до около 20 мас.%, предпочтительно эквивалентно общему содержанию брома в диапазоне от около 0,5 мас.% до около 15 мас.%, более предпочтительно от около 2 мас.% до около 12 мас.%, и еще более предпочтительно от около 3 мас.% до около 8 мас.% по отношению к общей массе сорбента, содержащего галоген и серу.
[0037] В настоящем документе фразы «как бром», «в виде брома», «в пересчете на бром» и аналогичные фразы в отношении галогенов относятся к количеству галогена, в котором численное значение рассчитано для брома, если не указано иное. Например, можно применять элементарный фтор, но количество галогена в сорбенте, содержащем галоген и серу, указано как значение для брома.
[0038] Количество серы в сорбенте обычно находится в диапазоне от около 0,1 мас.% до около 15 мас.%, предпочтительно в диапазоне от около 0,5 мас.% до около 10 мас.%, более предпочтительно от около 1 мас.% до около 5 мас.% по отношению к общей массе сорбента, содержащего галоген и серу.
[0039] Активированные угли, содержащие бром и серу, подходящие для применения в способах по настоящему изобретению, могут иметь широкий диапазон размеров и распределения частиц от нанометра до сантиметра; и могут быть образованы из форм активированного угля, включая, например, помимо прочего, порошкообразную, гранулированную или экструдированную форму; форму с высокой удельной поверхностью, разновидность уникальных пористых структур; и другие отличительные признаки, которые будут известны специалистам в данной области техники.
[0040] Сорбенты, содержащие галоген и серу, особенно сорбенты, содержащие бром и серу, более конкретно активированные угли, содержащие бром и серу, могут снижать наличие в окружающей среде загрязняющих веществ в субстанциях с помощью средств, включая, например, помимо прочего, окисление и/или адсорбцию. Адсорбция может снижать наличие в окружающей среде загрязняющих окружающую среду веществ за счет снижения подвижности таких загрязняющих веществ. Другие способы, которыми сорбенты, содержащие галоген и серу, могут снижать наличие в окружающей среде загрязняющих веществ, представляют собой усиление разложения таких загрязняющих веществ за счет поверхностных реакций и/или ингибирование образования загрязняющих веществ, таких как метилртуть, и/или другие механизмы. В способах по настоящему изобретению, независимо от того, применяются ли они к твердым веществам, жидкостям или их комбинациям, загрязняющие окружающую среду вещества, адсорбированные сорбентами, содержащими галоген и серу, стабилизируются таким образом, что существенно сводится к минимуму десорбция в окружающую среду.
[0041] Ртуть и другие загрязняющие окружающую среду вещества могут быть удалены и/или адсорбированы сорбентами, содержащими галоген и серу, особенно активированным углем, содержащим бром и серу, эффективно удаляющими загрязняющие вещества. Различные виды галогенов могут образовываться на сорбентах, содержащих галоген и серу, особенно на сорбентах, содержащих бром и серу, в частности на активированном угле, содержащем бром и серу. Например, бром, одна из разновидностей брома, может окислять элементарную ртуть и образовывать бромистую ртуть.
[0042] Некоторые сорбенты, содержащие галоген и серу, в частности активированные угли, содержащие бром и серу, улавливают ртуть и могут обеспечивать физическую и/или химическую адсорбцию ртути с различными степенями окисления, включая элементарную ртуть, окисленную ртуть и органическую ртуть. Ртуть, уловленная сорбентами, содержащими галоген и серу, является стабильной в широком диапазоне значений рН, причем «стабильная» означает, что ртуть после улавливания не выделяется из сорбентов, содержащих галоген и серу, в заметных количествах.
[0043] Сорбенты, содержащие галоген и серу, применяемые в способах по настоящему изобретению, можно комбинировать с другими необязательными компонентами, такими как буферы pH (включая, например, помимо прочего, карбонаты и фосфаты); носители (включая, например, помимо прочего, песок и шлам); связующие (включая, например, помимо прочего, шлам, глину и полимеры); и/или другие добавки (включая, например, помимо прочего, соединения железа и соединения серы).
[0044] При реализации настоящего изобретения сорбент, содержащий галоген и серу, можно применять в различных формах, в том числе в качестве сухого сорбента или в комбинации с подходящей текучей средой, например, в суспензии. В контексте настоящего документа термин «подходящая текучая среда» означает такие текучие среды, как вода, и другие текучие среды. Специалисты в данной области техники, учитывая принципы настоящего описания, имеют доступ к сведениям, чтобы выбрать подходящую текучую среду, причем этот выбор зависит от таких переменных, как состав субстанции, состав загрязняющих окружающую среду веществ, присутствующих в субстанции, и тому подобное.
[0045] Некоторые способы очистки веществ могут проводиться как in situ, так и ex situ.
[0046] Термическая десорбция и перегонка в реторте представляют собой два распространенных способа термической обработки ex situ для очистки от ртути. Согласно указанной технологии загрязненную среду нагревают для испарения ртути с последующей конденсацией паров в жидкую элементарную ртуть. Активированный уголь, содержащий бром и серу, можно применять для адсорбции ртути в качестве замены конденсатора жидкой ртути или для удаления ртути из отходящих газов, выходящих из конденсатора.
[0047] В некоторых вариантах применения сорбент, содержащий галоген и серу, остается в субстанции или вместе с ней. В других вариантах применения сорбент, содержащий галоген и серу, можно собирать после применения. Когда сорбент, содержащий галоген и серу, собирают после применения, сорбент можно утилизировать или восстановить и применить повторно.
[0048] Субстанции, содержащие одно или более загрязняющих окружающую среду веществ, представляют собой твердые вещества, жидкости или комбинации твердого вещества и жидкости, или комбинации одного или более твердых веществ и одной или более жидкостей. Когда субстанция представляет собой твердое вещество, она может содержать более одного твердого вещества. Когда субстанция представляет собой жидкость, она может содержать более одной жидкости.
[0049] В некоторых способах по настоящему изобретению, независимо от того, применяются ли они к субстанции, содержащей одно или более твердых веществ, одной или более жидкостям или комбинациям по меньшей мере одного твердого вещества и по меньшей мере одной жидкости, применение сорбента, содержащего галоген и серу, может быть самостоятельным восстановительным методом или может дополнять применение других способов восстановления. В других способах согласно настоящему изобретению сорбент, содержащий галоген и серу, можно применять в дополнение к одному или более другим рекультивантам в рамках той же самой процедуры восстановления.
[0050] Добавление сорбента, содержащего галоген и серу, в загрязненные отходы приводит к адсорбции одного или более загрязняющих веществ. В некоторых вариантах осуществления сорбент, содержащий галоген и серу, остается в субстанции для стабилизации и/или отверждения указанной субстанции. В других вариантах осуществления комбинированный сорбент, содержащий галоген и серу, и субстанцию размещают на свалке, часто со связующим и другими соединениями.
[0051] В контексте настоящего документа термин «твердое вещество» и/или «твердые вещества» включает, помимо прочего, почву, мусор, отходы и другие подобные субстанции, известные специалистам в данной области техники. Почва является предпочтительным твердым веществом для очистки при реализации настоящего изобретения. Предлагаются способы по настоящему изобретению для снижения наличия в окружающей среде по меньшей мере части одного или более загрязняющих окружающую среду веществ в твердом веществе, содержащем одно или более загрязняющих окружающую среду веществ. Субстанции, которые представляют собой твердые вещества, иногда называются в настоящем документе твердыми субстанциями.
[0052] Добавление и/или нанесение сорбента, содержащего галоген и серу, в твердое вещество может включать:
(а) закачку сорбента, содержащего галоген и серу, твердое вещество необязательно через отверстия и/или скважины и/или каналы, которые присутствуют в субстанции, уже присутствующие или созданные вручную, например, путем пробуривания субстанции; и/или
(b) нанесение сорбента, содержащего галоген и серу, на поверхность твердого вещества; и/или
(c) комбинирование сорбента, содержащего галоген и серу, с по меньшей мере частью поверхности твердого вещества; и/или
(d) размещение сорбента, содержащего галоген и серу, в вакуумной скважине, в которой очищают твердое вещество; и/или
(e) добавление сорбента, содержащего галоген и серу, к содержащемуся твердому веществу; и/или
(f) комбинирование сорбента, содержащего галоген и серу, с твердым веществом; и/или
(g) добавление сорбента, содержащего галоген и серу, к химически активному барьеру; и/или
(h) образование химически активного барьера, содержащего сорбент, содержащий галоген и серу.
[0053] Комбинирование сорбента, содержащего галоген и серу, с поверхностью твердого вещества, как указано выше в пункте (c), может быть выполнено путем комбинирования сорбента, содержащего галоген и серу, с частью твердого вещества и последующего нанесения комбинации сорбента, содержащего галоген и серу, и твердого вещества на поверхность твердого вещества или путем комбинирования сорбента, содержащего галоген и серу, с поверхностью твердого вещества.
[0054] Некоторые предпочтительные способы добавления и/или нанесения сорбента, содержащего галоген и серу, на твердое вещество представляют собой:
(a) закачку сорбента, содержащего галоген и серу, в твердое вещество;
(b) нанесение сорбента, содержащего галоген и серу, на поверхность твердого вещества; и/или
(c) комбинирование сорбента, содержащего галоген и серу, с по меньшей мере частью поверхности твердого вещества.
[0055] Вариант осуществления очистки твердых веществ для снижения доступности в окружающей среде одного или более загрязняющих окружающую среду веществ включает (i) бурение отверстий, скважин и/или каналов в твердом веществе, (ii) покрытие поверхности твердого вещества слоем сорбента, содержащего галоген и серу, и (iii) нагревание некоторых частей твердого вещества для миграции одного или более загрязняющих окружающую среду веществ, например ртути, к поверхности, на которой содержится сорбент, содержащий галоген и серу.
[0056] Другой вариант осуществления очистки твердых веществ для снижения доступности в окружающей среде одного или более загрязняющих окружающую среду веществ включает в себя (i) бурение отверстий, скважин и/или каналов в твердом веществе, (ii) заполнение некоторых отверстий или каналов сорбентом, содержащим галоген и серу, и (iii) продувку нагретым воздухом отверстий или каналов для миграции одного или более загрязняющих окружающую среду веществ, например ртути, к отверстиям, заполненным сорбентом, содержащим галоген и серу.
[0057] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения твердое вещество нагревают для испарения загрязняющего окружающую среду вещества, например ртути, в вакуумной скважине; когда сорбент, содержащий галоген и серу, присутствует в вакуумной скважине, как указано выше в пункте (d), сорбент, содержащий галоген и серу, может абсорбировать испаряющееся(-иеся) загрязняющее(-ие) окружающую среду вещество(-а). В этих процедурах сорбент, содержащий галоген и серу, размещают в вакуумной скважине в контакте с паром, образующимся в вакуумной скважине в одном или более местах, прежде чем пар выйдет в атмосферу. Одним из вариантов применения этой процедуры является экстракция паров из почвы (SVE - англ.: Soil Vapor Extraction) для очистки от ртути, причем сорбенты, содержащие галоген и серу, особенно активированные угли, содержащие бром и серу, могут быть размещены в вакуумной скважине для адсорбции ртути.
[0058] В конкретном типе твердой субстанции, почве, сорбенты, содержащие галоген и серу, можно применять для иммобилизации ртути до или во время стабилизации и отверждения (S/S - англ.: stabilization and solidification) почвы при очистке in situ и/или ex situ. В одном способе ex situ добавляют сорбент, содержащий галоген и серу, одно или более связующих и другие компоненты к загрязненной субстанции и смешивают их вместе в реакторе. Затем смесь стабилизируют и цементируют или размещают на свалке. В некоторых вариантах осуществления в процессах очистки S/S можно применять порошкообразный активированный уголь, содержащий бром и серу. Ртуть, адсорбированная порошкообразным активированным углем, содержащим бром и серу, устойчива при приготовлении и отверждении бетона. Это имеет свои преимущества, потому что летучая зола и цемент являются типичными связующими, применяемыми в технологиях S/S.
[0059] В другом варианте осуществления настоящего изобретения, в котором сорбенты, содержащие галоген и серу, особенно порошкообразные активированные угли, содержащие бром и серу, являются рекультивантами для загрязненной ртутью почвы, сорбент, содержащий галоген и серу, наносят на поверхность загрязненной почвы. В этом способе почва не нарушается, а сорбент, содержащий галоген и серу, особенно активированный уголь, содержащий бром и серу, присутствует в верхнем слое почвы и блокирует миграцию ртути из почвы.
[0060] Сорбенты, содержащие галоген и серу, особенно активированные угли, содержащие бром и серу, можно смешивать с другим агентом для создания смеси, улучшающей проникновение сорбента, содержащего галоген и серу, в твердое вещество, особенно почву. Количество добавляемого сорбента, содержащего галоген и серу, может составлять менее 10% от верхнего слоя почвы, а толщина верхнего слоя почвы может достигать 10 см. В некоторых вариантах осуществления также применяют агент для регулирования рН либо отдельно, либо в смеси с сорбентом, содержащим галоген и серу, необязательно вместе с агентом, улучшающим проникновение сорбента, содержащего галоген и серу, в твердое вещество.
[0061] Предлагаются способы по настоящему изобретению для снижения наличия в окружающей среде по меньшей мере части одного или более загрязняющих окружающую среду веществ в жидкости, содержащей одно или более загрязняющих окружающую среду веществ. В контексте настоящего документа термин «жидкость» и/или «жидкости» включает, помимо прочего, грунтовые воды, сточные воды, поверхностные воды, соленую воду, пресную воду (например, озера, пруды) и другие подобные субстанции, известные специалистам в данной области техники. Субстанции, которые представляют собой жидкость, иногда называются в настоящем документе жидкими субстанциями.
[0062] Добавление и/или нанесение сорбента, содержащего галоген и серу, и жидкости может включать:
(a) введение в жидкость сорбента, содержащего галоген и серу; при необходимости применяемый сорбент можно профильтровать; и/или
(b) нанесение сорбента, содержащего галоген и серу, на поверхность жидкости; и/или
(c) комбинирование сорбента, содержащего галоген и серу, с жидкостью; и/или
(d) пропускание жидкости над неподвижным слоем, содержащим сорбент, содержащий галоген и серу; и/или
(e) пропускание жидкости через фильтр, содержащий сорбент, содержащий галоген и серу; и/или
(f) прокачивание жидкости через неподвижный слой или колонку, содержащую сорбент, содержащий галоген и серу; и/или
(g) добавление сорбента, содержащего галоген и серу, в содержащийся объем жидкости.
[0063] Комбинирование сорбента, содержащего галоген и серу, с жидкостью, как указано выше в пункте (c), может быть выполнено путем комбинирования сорбента, содержащего галоген и серу, с непрерывным объемом жидкости или путем комбинирования сорбента, содержащего галоген и серу, с частью жидкости с образованием суспензии и последующего смешивания суспензии с остальной жидкостью.
[0064] Некоторые субстанции представляют собой комбинации по меньшей мере одного твердого вещества и по меньшей мере одной жидкости и включают в себя шлам, суспензии, отложения, внутрипоровую воду (например, внутрипоровую воду в почве или внутрипоровую воду отложений) и другие комбинации твердых веществ и жидкостей. Отложения, внутрипоровая вода в почве и внутрипоровая вода отложений являются предпочтительными комбинированными субстанциями для очистки при реализации настоящего изобретения. Эти комбинации иногда называют многофазными субстанциями. Предлагаются способы по настоящему изобретению для снижения наличия в окружающей среде по меньшей мере части одного или более загрязняющих окружающую среду веществ в комбинации, содержащей одно или более загрязняющих окружающую среду веществ. Субстанции, которые представляют собой комбинации, иногда называются в настоящем документе комбинированными субстанциями.
[0065] Добавление и/или нанесение сорбента, содержащего галоген и серу, и комбинации может включать добавление и/или нанесение сорбента, содержащего галоген и серу, на комбинацию. В таких способах добавление и/или нанесение сорбента, содержащего галоген и серу, на комбинацию может включать:
(a) введение сорбента, содержащего галоген и серу, в комбинацию, необязательно через отверстия и/или скважины, и/или каналы, которые присутствуют в субстанции, уже присутствующие или созданные вручную, например, путем пробуривания комбинации; и/или
(b) нанесение сорбента, содержащего галоген и серу, на поверхность комбинации; и/или
(c) комбинирование сорбента, содержащего галоген и серу, с по меньшей мере частью поверхности комбинации, как описано выше в связи с твердыми и/или жидкими субстанциями; и/или
(d) комбинирование сорбента, содержащего галоген и серу, с комбинацией; и/или
(e) размещение сорбента, содержащего галоген и серу, в вакуумной скважине, в которой очищают комбинацию, аналогично тому, как описано в связи с твердыми субстанциями; и/или
(f) добавление сорбента, содержащего галоген и серу, к содержащейся комбинации; и/или
(g) покрытие поверхности субстанции слоем, содержащим сорбент, содержащий галоген и серу; и/или
(h) размещение сорбента, содержащего галоген и серу, в покрытии; и/или
(i) добавление сорбента, содержащего галоген и серу, к химически активному барьеру; и/или
(j) образование химически активного барьера, содержащего сорбент, содержащий галоген и серу; и/или
(k) размещение сорбента, содержащего галоген и серу, внутри геотекстильного мата.
[0066] Комбинирование сорбента, содержащего галоген и серу, с комбинацией, как указано выше в пункте (d), может быть выполнено путем комбинирования сорбента, содержащего галоген и серу, с комбинацией или путем комбинирования сорбента, содержащего галоген и серу, с частью комбинации с образованием смеси и последующего комбинирования смеси с поверхностью комбинации. В этих вариантах осуществления сорбент, содержащий галоген и серу, может содержать, например, помимо прочего, активированный уголь, содержащий галоген и серу, предпочтительно угольный сорбент, содержащий бром и серу, более предпочтительно сорбент с активированным углем, содержащий бром и серу.
[0067] Некоторые предпочтительные способы добавления и/или нанесения сорбента, содержащего галоген и серу, на комбинацию представляют собой:
(a) введение сорбента, содержащего галоген и серу, в комбинацию;
(b) нанесение сорбента, содержащего галоген и серу, на поверхность комбинации;
(c) комбинирование сорбента, содержащего галоген и серу, с по меньшей мере частью поверхности комбинации; и/или
(d) комбинирование сорбента, содержащего галоген и серу, с комбинацией.
[0068] Как будет ясно специалистам в данной области техники, в зависимости от очищаемого вещества необходимо учитывать множество переменных, касающихся применения настоящего изобретения. Во всех способах по настоящему изобретению, независимо от того, применяются ли они к твердым веществам, жидкостям или их комбинациям, с учетом изложенных в настоящем документе идей, специалисты в данной области техники имеют доступ к сведениям для определения количеств применяемого сорбента, содержащего галоген и серу; следует ли применять необязательные компоненты в комбинации с сорбентом, содержащим галоген и серу, и если да, то какие конкретные необязательные компоненты и их количества будут полезными; количества применений способов по настоящему изобретению и периода времени между такими применениями, которые будут полезны; следует ли применять способы по настоящему изобретению в комбинации с известными способами восстановления, и если да, то как это сделать для получения предпочтительных результатов, и т. д.
[0069] Следующие примеры представлены с целью иллюстрации и не предназначены для ограничения объема настоящего изобретения.
[0070] В приведенных примерах, если не указано иное, количество ртути, присутствующей в образце, определяли в атомно-абсорбционном спектрометре с анализатором паров ртути с помощью метода атомной абсорбции с применением низкотемпературного пара ((CVAA -англ.: cold vapor atomic absorption); атомно-абсорбционный спектрометр ртути с зеемановской коррекцией фона, Ohio Lumex Co., номер модели RA 915+).
[0071] Во всех примерах испытания с применением простого (необработанного) активированного угля являются сравнительными. Порошкообразный активированный уголь, применяемый в примерах, был получен из скорлупы кокосового ореха.
ПРИМЕР 1 - СРАВНИТЕЛЬНЫЙ
[0072] Порошкообразный активированный уголь сушили и хранили в сухом боксе в атмосфере азота. Часть порошкообразного активированного угля (средний размер частиц 15 мкм) обрабатывали газовой фазой Br2 при повышенной температуре в соответствии с процедурой, описанной в патенте США № 6 953 494 с образованием бромсодержащего порошкообразного активированного угля с содержанием брома 8 мас.%
[0073] Для каждого опыта сорбент (0,4 г/л) размещали в реакционной колбе. Растворы, содержащие Hg в соотношении 50 ч/млн, полученные в виде Hg(NO3)2 и имеющие pH 2, добавляли в реакционные колбы, содержащие сорбент. Образцы вращали в течение 24 часов со скоростью 30 об/мин, и каждую из полученных смесей пропускали через шприцевой фильтр (мембрана с размером пор 0,45 мкм) для отделения сорбента от жидкости. Затем определяли концентрацию ртути в отфильтрованной из каждого раствора жидкости. Результаты представлены в таблице 1.
ТАБЛИЦА 1
* Определяется как масса (г) сорбента на общий объем раствора, загрязненного Hg (л).
ПРИМЕР 2 - СРАВНИТЕЛЬНЫЙ
[0074] Каждую из четырех смесей PAC и элементарной серы (3,2 мас.% серы) размещали в кварцевой лодочке внутри кварцевой трубки. Каждую смесь нагревали при различной температуре в среде N2 в течение нескольких минут, а затем охлаждали в среде N2 перед применением. В каждом опыте серосодержащий PAC (S-PAC; 0,4 г/л) размещали в реакционной колбе и обрабатывали ртутьсодержащим раствором, как описано в примере 1. Результаты представлены в таблице 2.
ТАБЛИЦА 2
* Определяется как масса (г) сорбента на общий объем раствора, загрязненного Hg (л).
ПРИМЕР 3
[0075] Смеси бромсодержащего PAC (Br-PAC; 8 мас.% Br), полученного, как описано в примере 1, и элементарной серы (3,2 мас.% серы) размещали в кварцевой лодочки внутри кварцевой трубки. Каждую смесь нагревали при различной температуре в среде N2 в течение нескольких минут, а затем охлаждали в среде N2 перед применением. В каждом опыте серо-бромсодержащий PAC (S-Br-PAC; 0,4 г/л) размещали в реакционной колбе и обрабатывали ртутьсодержащим раствором, как описано в примере 1. Результаты представлены в таблице 3.
[0076] Элементарную серу (28,6 мас.%) и жидкий Br2 (71,4 мас.%) смешивали вместе с образованием раствора. Данный раствор смешивали с PAC, и каждый из образов смесей PAC, элементарной серы (3,2 мас.%) и жидкого Br2 (8 мас.%) размещали в кварцевой лодочке внутри кварцевой трубки. Каждую смесь нагревали при различной температуре в среде N2 в течение нескольких минут, а затем охлаждали в среде N2 перед применением. В каждом опыте серо-бромсодержащий PAC (S-Br-PAC; 0,4 г/л) размещали в реакционной колбе и обрабатывали ртутьсодержащим раствором, как описано в примере 1. Результаты представлены в таблице 3.
ТАБЛИЦА 3
* Определяется как масса (г) сорбента на общий объем раствора, загрязненного Hg (л).
ПРИМЕР 4
[0077] Было получено несколько сорбентов. Сорбент S-Br-PAC был получен, как описано в примере 3. В каждом опыте сорбент (0,4 г/л) размещали в реакционной колбе и обрабатывали ртутьсодержащим раствором, как описано в примере 1. Опыты А и B являются сравнительными; опыт C является обладающим признаками изобретения. Результаты представлены в таблице 4.
ТАБЛИЦА 4
сорбента, мас.%
* Имеющийся в продаже бромированный PAC, обработанный для обеспечения совместимости с бетоном; см. опубликованную международную патентную заявку № WO 2008/064360.
[0078] Дополнительные варианты осуществления настоящего изобретения включают, помимо прочего:
[0079] A) Способ снижения наличия в окружающей среде по меньшей мере части одного или более загрязняющих окружающую среду веществ в субстанции, содержащей одно или более загрязняющих окружающую среду веществ, включающий:
добавление и/или нанесение сорбента, содержащего галоген и серу, на указанную субстанцию, причем сорбент, содержащий галоген и серу,
представляет собой активированный уголь, содержащий бром и серу, активированный уголь, содержащий хлор и серу, активированный уголь, содержащий йод и серу, шабазит, содержащий бром и серу, бентонит, содержащий бром и серу, каолинит, содержащий бром и серу, или диоксид кремния, содержащий бром и серу,
тем самым снижая наличие в окружающей среде по меньшей мере части одного или более загрязняющих окружающую среду веществ в субстанции.
[0080] B) Способ по пункту A), в котором сорбент, содержащий галоген и серу, имеет содержание галогена от около 0,1 мас.% до около 20 мас.% в пересчете на бром по отношению к общей массе сорбента, содержащего галоген и серу.
[0081] C) Способ по пункту A), в котором сорбент, содержащий галоген и серу, имеет содержание галогена от около 0,5 мас.% до около 15 мас.% в пересчете на бром по отношению к общей массе сорбента, содержащего галоген и серу.
[0082] D) Способ по пункту А), в котором сорбент, содержащий галоген и серу, имеет содержание галогена от около 2 мас.% до около 12 мас.% в пересчете на бром по отношению к общей массе сорбента, содержащего галоген и серу.
[0083] E) Способ по пункту A), в котором сорбент, содержащий галоген и серу, имеет содержание галогена от около 3 мас.% до около 8 мас.% в пересчете на бром по отношению к общей массе сорбента, содержащего галоген и серу.
[0084] F) Способ по любому из пунктов А)-Е), в котором количество серы в сорбенте, содержащем галоген и серу, находится в диапазоне от около 0,1 мас.% до около 15 мас.% по отношению к общей массе сорбента, содержащего галоген и серу.
[0085] G) Способ по любому из пунктов А)-Е), в котором количество серы в сорбенте, содержащем галоген и серу, находится в диапазоне около от 0,5 мас.% до около 10 мас.%, предпочтительно от около 1 мас.% до около 5 мас.% по отношению к общей массе сорбента, содержащего галоген и серу.
[0086] H) Способ по любому из пунктов A)-G), в котором сера и галоген находятся в атомном отношении серы к галогену в диапазоне от около 0,25:1 до около 1:3, предпочтительно от около 0,5:1 до около 1:2,5 и еще более предпочтительно от около 1:1 до около 1:2.
[0087] I) Способ по любому из пунктов A)-H), в котором субстанция представляет собой почву.
[0088] J) Способ по любому из пунктов A)-H), в котором субстанция представляет собой отложения.
[0089] K) Способ по любому из пунктов A)-H), в котором субстанция представляет собой внутрипоровую воду в почве или внутрипоровую воду отложений.
[0090] L) Способ по пункту А), в котором сорбент, содержащий галоген и серу, представляет собой активированный уголь, содержащий бром и серу, причем содержание галогена составляет от около 0,1 мас.% до около 20 мас.% в пересчете на бром по отношению к общей массе сорбента, содержащего галоген и сера, и при этом субстанция представляет собой почву, отложения, внутрипоровую воду в почве или внутрипоровую воду отложений.
[0091] M) Способ по пункту L), в котором содержание галогена составляет от около 0,5 мас.% до около 15 мас.%, предпочтительно от около 2 мас.% до около 12 мас.%, более предпочтительно от около 3 мас.% до около 8 мас.%, в пересчете на бром по отношению к общей массе сорбента, содержащего галоген и серу.
[0092] N) Способ по пункту L) или M), в котором количество серы в сорбенте, содержащем галоген и серу, находится в диапазоне от около 0,1 мас.% до около 15 мас.%, предпочтительно в диапазоне от около 0,5 мас.% до около 10 мас.%, более предпочтительно от около 1 мас.% до около 5 мас.%, по отношению к общей массе сорбента, содержащего галоген и серу.
[0093] O) Способ по пункту A), в котором сорбент представляет собой шабазит, содержащий бром и серу, бентонит, содержащий бром и серу, каолинит, содержащий бром и серу, или диоксид кремния, содержащий бром и серу, причем содержание галогена составляет от около 0,1 мас.%. до около 20 мас.% в пересчете на бром по отношению к общей массе сорбента, содержащего галоген и серу, и при этом субстанция представляет собой почву, отложения, внутрипоровую воду в почве или внутрипоровую воду отложений.
[0094] P) Способ по пункту О), в котором содержание галогена составляет от около 0,5 мас.% до около 15 мас.%, предпочтительно от около 2 мас.% до около 12 мас.%, более предпочтительно от около 3 мас.% до около 8 мас.%, в пересчете на бром по отношению к общей массе сорбента, содержащего галоген и серу.
[0095] Q) Способ по пункту О) или Р), в котором количество серы в сорбенте, содержащем галоген и серу, находится в диапазоне от около 0,1 мас.% до около 15 мас.%, предпочтительно в диапазоне от около 0,5 мас.% до около 10 мас.%, более предпочтительно от около 1 мас.% до около 5 мас.%, по отношению к общей массе сорбента, содержащего галоген и серу.
[0096] R) Способ по пункту А), в котором сорбент представляет собой активированный уголь, содержащий хлор и серу, причем содержание галогена составляет от около 0,1 мас.% до около 20 мас.% в пересчете на бром по отношению к общей массе сорбента, содержащего галоген и серу, и при этом субстанция представляет собой почву, отложения, внутрипоровую воду в почве или внутрипоровую воду отложений.
[0097] S) Способ по пункту A), в котором сорбент представляет собой активированный уголь, содержащий йод и серу, причем содержание галогена составляет от около 0,1 мас.% до около 20 мас.% в пересчете на бром по отношению к общей массе сорбента, содержащего галоген и серу, и при этом субстанция представляет собой почву, отложения, внутрипоровую воду в почве или внутрипоровую воду отложений.
[0098] T) Способ по пункту K), в котором содержание галогена составляет от около 0,5 мас.% до около 15 мас.%, предпочтительно от около 2 мас.% до около 12 мас.%, в пересчете на бром по отношению к общей массе сорбента, содержащего галоген и серу.
[0099] U) Способ по пункту Т), в котором количество серы в сорбенте, содержащем галоген и серу, находится в диапазоне от около 0,1 мас.% до около 15 мас.%, предпочтительно в диапазоне от около 0,5 мас.% до около 10 мас.%, более предпочтительно от около 1 мас.% до около 5 мас.% по отношению к общей массе сорбента, содержащего галоген и серу.
[00100] V) Способ по любому из пунктов L)-U), в котором сера и галоген находятся в атомном отношении серы к галогену в диапазоне от около 0,25:1 до около 1:3, предпочтительно от около 0,5:1 до около 1:2,5, и еще более предпочтительно от около 1:1 до около 1:2.
[00101] Компоненты, указанные по химическому наименованию или формуле в любом месте настоящего описания или формулы изобретения, независимо от того, упоминаются ли они в единственном числе или множественном числе, идентифицируются так, как они существуют до вступления в контакт с другой субстанцией, указанной по химическому наименованию или химическому типу (например, другой компонент, растворитель и т. д.). Не имеет значения, какие химические изменения, преобразования и/или реакции (если таковые имеются) происходят в полученной смеси или растворе, поскольку такие изменения, преобразования и/или реакции являются естественным результатом объединения указанных компонентов вместе в условиях, требуемых согласно настоящему описанию. Таким образом, компоненты идентифицируются как ингредиенты, которые должны быть объединены в связи с выполнением требуемой операции или при образовании требуемой композиции. Кроме того, хотя последующая формула изобретения может упоминать субстанции, компоненты и/или ингредиенты в настоящем времени («включает», «содержит», «представляет собой» и т. д.), делается ссылка на субстанцию, компонент или ингредиент в том виде, в каком он существовал во момент времени непосредственно перед его первым контактом, смешиванием или перемешиванием с одним или более другими субстанциями, компонентами и/или ингредиентами в соответствии с настоящим описанием. Таким образом, то, что субстанция, компонент или ингредиент мог потерять свою первоначальную идентичность в результате химической реакции или преобразования в ходе операций контакта, смешивания или перемешивания, если они проводятся в соответствии с настоящим описанием и с применением обычных навыков химика, практически не является имеет значения.
[00102] Изобретение может включать, содержать материалы и/или процедуры, изложенные в настоящем документе, а также состоять или по существу состоять из них.
[00103] В контексте настоящего документа термин «около», определяющий количество ингредиента в композициях по настоящему изобретению или употребляемый в способах по настоящему изобретению, относится к изменению численной величины, которая может появляться, например, в результате выполнения типичных процедур измерения и обработки жидкости, применяемых для приготовления концентратов или применения растворов в реально существующих условиях; из-за непреднамеренной погрешности в этих процедурах; из-за различий в производстве, источнике или чистоте ингредиентов, задействованных для изготовления композиций или выполнения способов; и т. п. Термин «около» также охватывает количества, которые различаются из-за различных равновесных условий для композиции, получаемой из конкретной исходной смеси. Независимо от того, определены ли пункты формулы термином «около» или нет, формула изобретения содержит эквиваленты указанных количеств.
[00104] За исключением случаев, когда может быть прямо указано иное, форма единственного числа, учитывая то, если и как она применяется в настоящем документе, не предназначена для ограничения и не должна толковаться как ограничивающая описание или какой-либо пункт формулы изобретения одним элементом, к которому относится эта форма единственного числа. Скорее, форма единственного числа, учитывая то, если и как она применяется в настоящем документе, предназначена для охвата одного или более таких элементов, если в тексте прямо не указано иное.
[00105] Настоящее изобретение допускает значительные изменения при его реализации. Следовательно, приведенное выше описание не предназначено для ограничения и не должно рассматриваться как ограничивающее настоящее изобретение конкретными иллюстративными примерами, представленными выше в настоящем документе.
Группа изобретений относится к способу снижения наличия в окружающей среде по меньшей мере части одного или более загрязняющих окружающую среду веществ в субстанции, сорбенту, а также к способу получения сорбента. Способ направлен на снижение наличия в окружающей среде по меньшей мере части одного или более загрязняющих окружающую среду веществ в твердой субстанции, жидкой субстанции или субстанции, которая представляет собой комбинацию одной или более твердой субстанции и жидкой субстанции. Указанная комбинация содержит одно или более загрязняющих окружающую среду веществ. Согласно способу осуществляют добавление или нанесение сорбента, содержащего галоген и серу, на указанную субстанцию. Сорбент содержит серу, один или более галогенов, выбранных из фтора, хлора, брома и/или йода, и один или более материалов субстрата. Галоген в сорбенте получен из источника, выбранного из элементарных галогенов, галогеноводородных кислот, галогенидов щелочных металлов, галогенидов щелочно-земельных металлов и галогенидов аммония, тем самым снижая наличие в окружающей среде по меньшей мере части одного или более загрязняющих окружающую среду веществ в субстанции. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 4 табл., 4 пр.
1. Способ снижения наличия в окружающей среде по меньшей мере части одного или более загрязняющих окружающую среду веществ в твердой субстанции, жидкой субстанции или субстанции, которая представляет собой комбинацию одной или более твердой субстанции и жидкой субстанции, указанная комбинация содержит одно или более загрязняющих окружающую среду веществ,
способ, включающий:
добавление или нанесение сорбента, содержащего галоген и серу, на указанную субстанцию, причем сорбент содержит серу, один или более галогенов, выбранных из фтора, хлора, брома и/или йода, и один или более материалов субстрата, причем галоген в сорбенте получен из источника, выбранного из элементарных галогенов, галогеноводородных кислот, галогенидов щелочных металлов, галогенидов щелочно-земельных металлов и галогенидов аммония,
тем самым снижая наличие в окружающей среде по меньшей мере части одного или более загрязняющих окружающую среду веществ в субстанции.
2. Способ по п. 1, в котором сорбент содержит материал субстрата, выбранный из одного или более углеродистых материалов, и/или в котором сорбент содержит материал субстрата, выбранный из одного или более неорганических материалов.
3. Способ по п. 2, в котором углеродистый материал представляет собой активированный уголь и/или в котором неорганический материал выбран из неорганических оксидов, природных цеолитов, CaCO3 и глинистых минералов.
4. Способ по п. 3, в котором неорганический материал выбран из шабазита, диоксида кремния, каолинита и бентонита.
5. Способ по любому из пп. 1-4, в котором сорбент, содержащий галоген и серу, представляет собой сорбент, содержащий бром и серу.
6. Способ по п. 1, в котором сорбент представляет собой активированный уголь, содержащий галоген и серу, необязательно в котором сорбент представляет собой активированный уголь, содержащий бром и серу.
7. Способ по любому из пп. 1-6, в котором сорбент имеет содержание галогена от 0,1 мас.% до 20 мас.% в пересчете на бром по отношению к общей массе сорбента, содержащего галоген и серу, и/или в котором количество серы в сорбенте, содержащем галоген и серу, находится в диапазоне от 0,1 мас.% до 15 мас.% по отношению к общей массе сорбента, содержащего галоген и серу.
8. Способ по любому из пп. 1-7, в котором субстанция, содержащая указанные загрязняющие окружающую среду вещества, представляет собой твердое вещество, необязательно в котором твердое вещество представляет собой почву.
9. Способ по п. 8, в котором добавление и/или нанесение сорбента, содержащего галоген и серу, на твердое вещество включает:
(a) закачку сорбента, содержащего галоген и серу, в твердое вещество;
(b) нанесение сорбента, содержащего галоген и серу, на поверхность твердого вещества;
(c) комбинирование сорбента, содержащего галоген и серу, с по меньшей мере частью поверхности твердого вещества;
(d) размещение сорбента, содержащего галоген и серу, в вакуумной скважине, в которой очищают твердое вещество;
(e) добавление сорбента, содержащего галоген и серу, к содержащемуся твердому веществу;
(f) комбинирование сорбента, содержащего галоген и серу, с твердым веществом;
(g) добавление сорбента, содержащего галоген и серу, к химически активному барьеру; или
(h) образование химически активного барьера, содержащего сорбент, содержащий галоген и серу.
10. Способ по любому из пп. 1-9, в котором субстанция, содержащая указанные загрязняющие окружающую среду вещества, представляет собой жидкость.
11. Способ по п. 10, в котором добавление или нанесение сорбента, содержащего галоген и серу, на жидкость включает:
(a) введение сорбента, содержащего галоген и серу, в жидкость;
(b) нанесение сорбента, содержащего галоген и серу, на поверхность жидкости;
(c) комбинирование сорбента, содержащего галоген и серу, с жидкостью;
(d) пропускание жидкости над неподвижным слоем, содержащим сорбент, содержащий галоген и серу;
(e) пропускание жидкости через фильтр, содержащий сорбент, содержащий галоген и серу;
(f) прокачивание жидкости через неподвижный слой или колонку, содержащую сорбент, содержащий галоген и серу; или
(g) добавление сорбента, содержащего галоген и серу, в содержащийся объем жидкости.
12. Способ по любому из пп. 1-7, в котором субстанция, содержащая указанные загрязняющие окружающую среду вещества, представляет собой комбинацию по меньшей мере одного твердого вещества и по меньшей мере одной жидкости, необязательно в котором комбинация представляет собой отложения.
13. Способ по п. 12, в котором добавление и/или нанесение сорбента, содержащего галоген и серу, на комбинацию включает:
(a) введение сорбента, содержащего галоген и серу, в комбинацию;
(b) нанесение сорбента, содержащего галоген и серу, на поверхность комбинации;
(c) комбинирование сорбента, содержащего галоген и серу, с по меньшей мере частью поверхности комбинации;
(d) комбинирование сорбента, содержащего галоген и серу, с комбинацией;
(e) размещение сорбента, содержащего галоген и серу, в вакуумной скважине, в которой очищают комбинацию;
(f) добавление сорбента, содержащего галоген и серу, к содержащейся комбинации;
(g) покрытие поверхности субстанции слоем, содержащим сорбент, содержащий галоген и серу;
(h) размещение сорбента, содержащего галоген и серу, в покрытии;
(i) добавление сорбента, содержащего галоген и серу, к химически активному барьеру;
(j) образование химически активного барьера, содержащего сорбент, содержащий галоген и серу; и/или
(k) размещение сорбента, содержащего галоген и серу, внутри геотекстильного мата.
14. Способ по п. 13, в котором добавление или нанесение включает:
(a) закачку сорбента, содержащего галоген и серу, в твердое вещество;
(b) нанесение сорбента, содержащего галоген и серу, на поверхность твердого вещества; или
(c) комбинирование сорбента, содержащего галоген и серу, с по меньшей мере частью поверхности твердого вещества.
15. Способ по п. 12 или 13, в котором в случае, когда комбинация представляет собой отложения, добавление или нанесение включает:
(a) введение сорбента, содержащего галоген и серу, в комбинацию;
(b) нанесение сорбента, содержащего галоген и серу, на поверхность комбинации;
(c) комбинирование сорбента, содержащего галоген и серу, с по меньшей мере частью поверхности комбинации; и/или
(d) комбинирование сорбента, содержащего галоген и серу, с комбинацией.
16. Способ по п. 1, в котором субстанция представляет собой почву или отложения, и при этом сорбент, содержащий галоген и серу, представляет собой активированный уголь, содержащий бром и серу.
17. Сорбент, содержащий галоген и серу, для снижения наличия в окружающей среде по меньшей мере части одного или более загрязняющих окружающую среду веществ в твердой субстанции, жидкой субстанции или субстанции, которая представляет собой комбинацию одной или более твердой субстанции и жидкой субстанции, указанная комбинация содержит одно или более загрязняющих окружающую среду веществ, причем сорбент образован путем:
A) i) приведения в контакт галогенсодержащего соединения и материала субстрата с образованием галогенсодержащего материала субстрата и ii) приведения в контакт галогенсодержащего материала субстрата с источником серы; или
B) приведение в контакт галогенсодержащего материала субстрата и источника серы; или
C) i) приведения в контакт галогенсодержащего соединения и источника серы с образованием смеси галоген-сера, и ii) приведения в контакт смеси галоген-сера и материала субстрата;
с образованием сорбента, содержащего галоген и серу, для снижения наличия в окружающей среде по меньшей мере части одного или более загрязняющих окружающую среду веществ в твердой субстанции, жидкой субстанции или субстанции, которая представляет собой комбинацию одной или более твердой субстанции и жидкой субстанции, указанная комбинация содержит одно или более загрязняющих окружающую среду веществ.
18. Сорбент по п. 17, в котором галоген представляет собой бром, материал субстрата представляет собой углеродистый материал, галогенсодержащее соединение представляет собой элементарный бром, а источник серы представляет собой элементарную серу.
19. Сорбент по п. 18, в котором сорбент образован по пункту А) и элементарный бром находится в газообразной форме; или при этом сорбент образован по пункту С), а элементарный бром находится в жидкой форме.
20. Сорбент по любому из пп. 17-19, в котором материал субстрата представляет собой активированный уголь.
21. Способ получения сорбента, содержащего галоген и серу, для снижения наличия в окружающей среде по меньшей мере части одного или более загрязняющих окружающую среду веществ в твердой субстанции, жидкой субстанции или субстанции, которая представляет собой комбинацию одной или более твердой субстанции , жидкой субстанции, указанная комбинация содержит одно или более загрязняющих окружающую среду веществ,
способ, включающий:
A) i) приведение в контакт галогенсодержащего соединения и материала субстрата с образованием галогенсодержащего материала субстрата, и
ii) приведение в контакт галогенсодержащего материала субстрата с источником серы; или
B) приведение в контакт галогенсодержащего материала субстрата и источника серы; или
C) i) приведение в контакт галогенсодержащего соединения и источника серы с образованием смеси галоген-сера, и
ii) приведение в контакт смеси галоген-сера и материала субстрата;
с получением сорбента, содержащего галоген и серу, для снижения наличия в окружающей среде по меньшей мере части одного или более загрязняющих окружающую среду веществ в твердой субстанции, жидкой субстанции или субстанции, которая представляет собой комбинацию одной или более твердой субстанции и жидкой субстанции, указанная комбинация содержит одно или более загрязняющих окружающую среду веществ.
22. Способ по п. 21, в котором галоген представляет собой бром, материал субстрата представляет собой углеродистый материал, галогенсодержащее соединение представляет собой элементарный бром, а источник серы представляет собой элементарную серу.
23. Способ по п. 22, в котором сорбент получают по пункту А) и элементарный бром находится в газообразной форме; или при этом сорбент получен по пункту С), а элементарный бром находится в жидкой форме.
24. Способ по любому из пп. 21-23, в котором приведение в контакт источника серы и материала субстрата в пункте A) или B) или приведение в контакт смеси галоген-сера и материала субстрата в пункте C) выполняют при одной или более температурах в диапазоне от 75°С до 700°С, в котором материал субстрата представляет собой активированный уголь.
| Akira Sano и др.: "Vapor-phase elemental mercury adsorption by activated carbon co-impregnated with sulfur and chlorine", Chemical Engineering Journal, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol | |||
| Способ очищения амида ортотолуолсульфокислоты | 1921 |
|
SU315A1 |
| WO 8808748 A1, 17.11.1988 | |||
| RU 2013114255 A, | |||
