Material de adsorción y procedimiento para su producción.

Procedimiento para la fabricación de un material de adsorción,

a base de un material de partida celulósico que contiene grupos funcionales y grupos alílicos pseudofuncionales, caracterizado porque se somete dicho material a un pretratamiento que implica una disolución acuosa de bromo a pH neutro, para formar grupos bromohidrina, que a su vez se combinan de manera covalente con los grupos amino de la polietilenimina añadida a pH básico, y la adición de un agente de reticulación.

Material de adsorción y procedimiento para su producción La presente invención se refiere a materiales de adsorción, y en particular a un material celulósico derivatizado para la adsorción de iones de metal pesado, así como a un procedimiento para su producción.

Antecedentes En todas las situaciones en las que se manipulan metales, ya sea minería, refinado, explotación o reciclaje, por mencionar algunos ejemplos, surgen problemas con líquidos y gases contaminados. Los ejemplos de gases contaminados incluyen, pero no se limitan a, vapores, polvo y gases de combustión. Los ejemplos de líquidos contaminados incluyen, pero no se limitan a, condensados, lixiviados, aguas de lavado y aclarado, aguas de escorrentía, aguas residuales municipales e industriales etc. La combustión de combustibles fósiles, biocombustibles y residuos, también libera compuestos metálicos.

Los denominados metales pesados constituyen un problema particular. Muchos de éstos son nocivos para el hombre y el medio ambiente ya en concentraciones bajas. Cuando se liberan a la biosfera, los metales pesados son difíciles de recuperar y tienden a seguir siendo un problema durante periodos de tiempo muy largos, en particular ya que muchos metales pesados pueden acumularse, por ejemplo en tejidos vivos y en la cadena alimentaria.

Los metales que tienen una densidad superior a 5 g por centímetro cúbico se denominan a menudo metales pesados. Muchos elementos pertenecen a este grupo, pero se centra en la atención en los siguientes en los campos de la protección medioambiental y la sanidad: arsénico (As) , plomo (Pb) , cadmio (Cd) , cobalto (Co) , cobre (Cu) , cromo (Cr) , mercurio (Hg) , níquel (Ni) , estaño (Sn) , vanadio (V) y zinc (Zn) . Los metales pesados restantes sólo aparecen excepcionalmente en concentraciones tan altas como para que puedan producirse efectos negativos. El arsénico se considera habitualmente como uno de los metales pesados ambientalmente peligrosos, aunque en sentido estricto no es un metal sino un elemento metaloide.

Los ejemplos de fuentes puntuales que liberan metales pesados e iones de metal pesado incluyen la industria del metal y de la minería, clínicas de odontología, la industria de la electrónica y de los circuitos integrados, la gestión y el reciclaje de residuos, las centrales térmicas, las instalaciones de combustión de residuos, etc. Además el tráfico de automóviles y el sector del transporte es una fuente de contaminación por metales pesados. Una característica común en todos estos casos es que los metales pesados y/o iones aparecen tarde o temprano en el agua, y a menudo en bajas concentraciones, haciendo que la recuperación sea muy difícil.

La manipulación de residuos que contienen metales pesados, y en particular corrientes de residuos acuosos, se simplificaría mucho si los metales pesados pudiesen concentrarse y eliminarse, por ejemplo usando un material de adsorción que se une a iones de metal. Entonces podría recogerse dicho material de adsorción para vertederos, combustión o reciclaje.

El documento WO 03/011453 da a conocer materiales adsorbentes hechos de materiales de partida renovables de las áreas de la agricultura, silvicultura, piscicultura, industria del papel e industria alimentaria. Se menciona la cáscara o corteza de árbol derivatizada con poliamina como ejemplo.

El documento WO 91/19675 se refiere a un material adsorbente a base de tejido o material textil. El material textil se somete a pretratamiento con un álcali, se lava y se trata con una polietilenimina de alto peso molecular. Entonces se fija esto usando un agente de reticulación, tal como epiclorhidrina.

Wang et al. (Chemical Abstracts 137:249300) describen una corteza modificada químicamente reticulada con formaldehído y epiclorhidrina, dando como resultado la adsorción mejorada de iones de cobre.

A la luz de la técnica anterior, aún queda por desarrollar materiales de adsorción mejorados para la adsorción de iones de metal, y desarrollar nuevos procedimientos para su producción. Un objetivo que subyace a la presente invención es poner a disposición un material de adsorción que presente un rendimiento mejorado, a base de materiales de partida fácilmente disponibles, en particular un material de partida que esté disponible en grandes volúmenes y a un precio competitivo.

Otro objetivo es poner a disposición un material de adsorción adecuado para la combustión en un procedimiento en el que pueden recuperarse iones de metal adsorbidos de cenizas y condensado de gas de combustión.

Aún otro objetivo es desarrollar y mejorar procedimientos conocidos para la derivatización de matrices o portadores celulósicos, con el objetivo de crear nuevos materiales de adsorción superiores.

Problemas adicionales que subyacen a la invención, objetivos del inventor, y las correspondientes soluciones, resultarán evidentes en un estudio más detallado de la descripción y los ejemplos.

Sumario de la invención Los objetivos mencionados anteriormente, así como los problemas restantes a la luz de la técnica anterior, se han solucionado sorprendentemente por el presente inventor poniendo a disposición un material de adsorción mejorado y un procedimiento para su producción, tal como se expone en las reivindicaciones adjuntas. Según la invención, se somete un material de partida celulósico que contiene grupos funcionales y pseudofuncionales a un pretratamiento químico que implica una disolución acuosa de bromo en entorno neutro, seguido por la adición de polietilenimina. El material de adsorción resultante tiene calidades superiores con respecto a la retención de los iones adsorbidos, es decir la resistencia a la fuga.

Descripción El inventor ha mostrado sorprendentemente que se logra un material de adsorción con propiedades mejoradas basándose en un material que contiene grupos funcionales y pseudofuncionales, tras un pretratamiento químico y la adición de polietilenimina y la estabilización del mismo. El material de adsorción presenta una unión mejorada de los iones de metal, y una resistencia aumentada a la lixiviación.

Se sabe que la corteza, y en particular la corteza de pino, contiene cantidades considerables de sustancias olefínicas, en sus poros tanto macro como microscópicos. Entre estas sustancias olefínicas, pueden mencionarse compuestos aromáticos sustituidos con grupos alilo y aldehídos aromáticos, respectivamente. Además de esto, se sabe que la corteza contiene grasas (ésteres de glicerilo de ácido graso) y ceras. Esto conduce a una interacción hidrófoba, que explica por qué la corteza es útil en la limpieza de derrames de petróleo.

Se sabe también que la corteza sin tratar puede adsorber determinados metales pesados en una medida limitada. Sin embargo la adsorción no es estable, y la presencia de los denominados iones de metales duros, principalmente calcio, presentes por ejemplo en condensados de gas de combustión, influye de manera negativa en las propiedades de adsorción globales de la corteza.

Se sabe también que los compuestos celulósicos, tras un tratamiento básico, pueden adsorber de manera electrostática la polietilenimina. Véase por ejemplo el documento WO 91/19675 mencionado anteriormente. Sin embargo, esta asociación entre los grupos carboxilo y los grupos amino en polietilenimina es sensible a cambios en el pH y la fuerza iónica, y por tanto no es estable.

El pretratamiento químico mencionado anteriormente se realiza a pH neutro, e implica someter el material de partida a bromo/agua. Bromo/agua es un reactivo que se encuentra frecuentemente, usado comúnmente en pruebas de hidrocarburos insaturados. Un experto en la técnica está familiarizado con este reactivo, y puede o bien producirse usando bromo líquido y agua, o bromuro de sodio, o bien obtenerse a partir de un proveedor de productos químicos de laboratorio.

La adición se realiza a pH neutro, añadiendo una cantidad eficaz de bromo/agua al material de partida celulósico. Mediante este tratamiento, los grupos alílicos pseudofuncionales reaccionarán espontáneamente, lo que se evidencia mediante la desaparición del color amarillo del agua de bromo. Este cambio de color también es una buena indicación de la cantidad de bromo/agua necesaria para el material de partida celulósico particulado en cuestión. Los grupos bromohidrina resultantes son reactivos frente a nucleófilos, y pueden reaccionar con la polietilenimina que va a añadirse en entorno básico.

Tras el tratamiento... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la fabricación de un material de adsorción, a base de un material de partida celulósico que contiene grupos funcionales y grupos alílicos pseudofuncionales, caracterizado porque se somete dicho material a un pretratamiento que implica una disolución acuosa de bromo a pH neutro, para formar grupos bromohidrina, que a su vez se combinan de manera covalente con los grupos amino de la polietilenimina añadida a pH básico, y la adición de un agente de reticulación.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicho material de partida celulósico es corteza de árbol particulada.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que se eligen el pH y la duración de dichas etapas para expo10 ner grupos carboxilo sobre las fibras de celulosa del material de partida celulósico.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicho agente de reticulación es epiclorhidrina.

5. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el que el material de partida celulósico tiene un tamaño de partícula en el intervalo de 1 a 10 mm.

6. Material de adsorción que puede obtenerse a través de un procedimiento según cualquiera de las reivindica15 ciones 1 a 5.

7. Unidad de filtro que contiene un material de adsorción según la reivindicación 6.

8. Filtro que contiene una o más unidades de filtro según la reivindicación 7.

9. Procedimiento para la retirada de metales pesados de disoluciones acuosas, caracterizado porque se usa un material de adsorción según la reivindicación 6.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque se usa una unidad de filtro según la reivindicación 7.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque se usa un filtro según la reivindicación 8.