Filtro de electrodiálisis modificada (MED), caracterizado porque el filtro comprende un material del núcleo poroso,

cerámico, homogéneo sustancialmente uniforme con un elemento simple, con grupos funcionales selectivos de iones incorporados en la superficie interior porosa del cuerpo del núcleo cerámico, en el que dicho material del núcleo se realiza de un material cerámico no conductor y en el que una o más de las superficies exteriores del núcleo filtrante se cubren completa o parcialmente mediante membranas aniónicas, catiónicas o bipolares

Filtro o elemento filtrante para electrodiálisis modificada (MED).

La presente invención se refiere a un filtro adecuado para la electrodiálisis modificada, en particular para la purificación o la desmineralización de líquidos en lo que se refiere a impurezas en forma de iones o de complejos iónicos de metales pesados o metales nobles. La presente invención comprende asimismo un procedimiento de realización de dicho filtro. La presente invención se refiere además a la utilización de dicho filtro.

Antecedentes

Los metales pesados representan unos residuos problemáticos para diversos tipos de industrias con unas concentraciones que a menudo son inaceptablemente elevadas. La toxicidad de muchos de dichos elementos es muy alta y la tendencia a contaminar el medio ambiente constituye una gran preocupación.

Los metales pesados en general representan un problema medioambiental especial ya que los elementos no se pueden destruir sino que se han de aislar o reducir a su estado original elemental.

Desde un punto de vista histórico, los residuos que contienen metales pesados se han tratado principalmente químicamente obteniéndose un lodo que contiene grupos hidroxilo o sulfuro y que se tiene que depositar. Dichas soluciones en el "punto de descarga" requieren grandes cantidades de agua y productos químicos, y por lo tanto originan nuevos problemas medioambientales. Entre los grandes productores de este tipo de residuos se encuentran las industrias de procesamiento de minerales y las industrias de procesamiento de metales (galvanización, recubrimiento, revestimiento).

Dichos depósitos de residuos representan un problema cada vez mayor en la sociedad actual; es por ello que las autoridades de la mayoría de países industrializados han impuesto restricciones y disposiciones legales para emisiones y depósitos de este tipo de residuos. Los países europeos, encabezados por la Unión Europea, han introducido últimamente unos nuevos límites de emisión de metales pesados en aguas residuales industriales. Estos límites PARCOM -con los límites estadounidenses correspondientes- conformarán los futuros límites de emisión en lo que se refiere a las emisiones industriales de metales pesados.

Debido al aumento de los costes relacionados con el depósito de lodos de residuos industriales, existe un interés creciente en la industria para encontrar nuevas soluciones para la recuperación y el reciclaje de metales pesados en los procesos industriales. Ello reducirá los costes de manipulación y depósito de los residuos y de los complejos metal/metal del proceso. Además, se reduce el volumen de depósitos.

Se produce una situación semejante en el caso de los metales preciosos. Debido al elevado valor económico de dichos metales, resulta rentable extraer cantidades pequeñas de metales que se encuentran en el procesamiento y el enjuague de aguas.

Asimismo, en el caso de las aguas ultrapuras utilizadas en productos y procesamientos en diversas industrias (por ejemplo: la industria de los semiconductores, la industria farmacéutica, otras industrias y servicios médicos y sanitarios), se han de retirar los iones de las corrientes de aguas residuales.

Para las aguas residuales industriales de "punto de descarga" soluciones siguen siendo los predominantes. Dichas soluciones adolecen de, entre otros, los siguientes inconvenientes:

- un consumo elevado de agua,

- un consumo elevado de productos químicos,

- la pérdida de metales costosos y otros productos químicos,

- la producción de grandes cantidades de lodos tóxicos desde el punto de vista medioambiental,

- un transporte y una eliminación costosos de los lodos.

Los procedimientos alternativos para la purificación de aguas residuales que contienen iones metálicos son: la evaporación, la ósmosis inversa (RO), la electrodiálisis (ED), de intercambio iónico (IE) y la electrolisis. Estos son todos los procedimientos implantados, pero ninguno de ellos satisface los límites PARCOM.

La electrodiálisis modificada (MED) es una combinación de la ED y el IE. El procedimiento utiliza, en principio, el equipo de electrodiálisis, con una disposición alternativa de las membranas de aniones y cationes. El intercambiador de iones se aloja entre un conjunto específico de dichas membranas y puede ser el responsable de la selectividad del procedimiento y de la capacidad para tratar líquidos muy diluidos. Ello se describirá en detalle a continuación, haciendo referencia a la Figura 1.

El MED es un nuevo procedimiento para una recuperación y eliminación continuas y selectivas de iones metálicos de las aguas residuales, capaz de satisfacer los límites PARCOM.

Se utiliza un procedimiento similar en la purificación del agua a utilizar como aguas residuales con requisitos extremos de pureza y falta de iones de cualquier tipo (por ejemplo: la industria de los semiconductores, la industria farmacéutica, otras industrias y servicios médicos y sanitarios). En las publicaciones, dicho procedimiento no selectivo se denomina EDI (electrodesionización) o CEDI (EDI continua).

Desde un punto de vista histórico, el concepto de EDI/CEDI es relativamente antiguo. Los primeros informes y patentes se remontan a mediados de los años 1950 cuando se desarrolló el procedimiento a fin de purificar de elementos radiactivos las aguas residuales de las plantas nucleares. Las primeras patentes están registradas a nombre de P. Kollsman (patente US n.º 2.815.320), R. G. Pearson (patente US n.º 2.794.777), T. R. E. Kressman (patente US n.º 2.923.674) y E. J. Parsi (patente US n.º 3.149.061).

En la década de 1970, se reinventó el procedimiento de IDE/CEDI con el objetivo de producir agua ultrapura y de purificar el agua potable. A mediados de los años 1980 se comercializaron las primeras unidades comerciales CEDI, principalmente de Millipore, véase la patente US n.º 4.632.745.

Los equipos de CEDI actuales utilizan intercambiadores de iones en lecho mixto o en lecho simple alojados en una combinación de membranas aniónicas y/o catiónicas, véase, por ejemplo: el documento WO 98/11987. Asimismo, se ha publicado la utilización de membranas bipolares, véanse la patente US n.º 4.871.431 y la patente US n.º 4.969.983.

Algo común a los distintos conceptos de CEDI es que las células activas se realicen mediante una pluralidad de componentes separados, que introduce una mezcla de elementos orgánicos e inorgánicos de resistencia, propiedades ante el desgaste y estabilidad variables, véase por ejemplo: el documento WO 95/29005. Los parámetros importantes para la realización de la célula -además de una baja resistencia eléctrica- son mecánicos, térmicos y de estabilidad química, y todos ellos han de ser elevados. Por consiguiente, la realización de compartimentos para los flujos de líquido (tanto los flujos diluidos como los concentrados) es importante. En general se utilizan soportes y/o separadores a fin de satisfacer unas especificaciones geométricas muy estrictas necesarias para garantizar unos patrones de flujo homogéneos y una baja resistencia eléctrica. Ello se describe en diversas patentes, tanto en lo que respecta a los sistemas de disolución, véase por ejemplo: los documentos WO 97/25147, EP 853.972 y la patente US n.º 5.681.438, y con respecto a los soportes y los separadores, véase por ejemplo: el documento EP 645.176 y la patente US n.º 4.804.451. La patente US n.º 5.110.784 se refiere a un material poroso sililado que presenta una superficie doble y un procedimiento para su preparación. Un ejemplo de dicho material es un gel de sílice que se ha hecho reaccionar con 1,1,1-trifluopropildimetilsilil-N-metilacetamida y, a continuación, con N-trimetilsilil-N-metilacetamida para proporcionar un material con un tratamiento doble que presenta grupos 1,1,1-trifluopropildimetilsililo en la superficie exterior y grupos trimetilsililo en la superficie interior porosa.

Objetivo

Constituye un objetivo de la presente invención proporcionar un filtro o elemento filtrante uniforme, mecánicamente resistente y mecánica, térmica y químicamente estable aptos para eliminar de los líquidos los iones o complejos de iones de metales pesados o preciosos.

Constituye asimismo un objetivo de la presente invención proporcionar un filtro o elemento filtrante en el que el patrón del flujo del líquido sea suficientemente homogéneo y abierto (permeable).

Constituye... [Seguir leyendo]

1. Filtro de electrodiálisis modificada (MED), caracterizado porque el filtro comprende un material del núcleo poroso, cerámico, homogéneo sustancialmente uniforme con un elemento simple, con grupos funcionales selectivos de iones incorporados en la superficie interior porosa del cuerpo del núcleo cerámico, en el que dicho material del núcleo se realiza de un material cerámico no conductor y en el que una o más de las superficies exteriores del núcleo filtrante se cubren completa o parcialmente mediante membranas aniónicas, catiónicas o bipolares.

2. Filtro según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha membrana comprende una capa membranosa porosa cerámica con un tamaño de poro inferior a 1 μm.

3. Filtro filtrante según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2 caracterizado porque dicho cuerpo del núcleo cerámico comprende materiales cerámicos seleccionados de entre el grupo de óxidos de materiales cerámicos tales como Al₂O₃, TiO₂, ZrO₂, SiO₂, o combinaciones, mezclas o fases derivadas de los mismos.

4. Filtro según la reivindicación 1, caracterizado porque el material cerámico se aparta de la estructura uniforme mediante la incorporación de unos canales de drenaje en zonas específicas y con una orientación específica.

5. Filtro según la reivindicación 1, caracterizado porque el material cerámico presenta unos poros de un tamaño superior a 1 μm.

6. Filtro según la reivindicación 1, caracterizado porque el material cerámico presenta un espesor superior a 1 mm.

7. Procedimiento de realización de un filtro de electrodiálisis modificada (MED) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el filtro se realiza de un modo continuo mediante moldeo con cinta, extrusión, laminación o calandrado, o individualmente mediante moldeo, prensado o forjado, de una pasta que contiene un material cerámico no conductor, sinterizándose el cuerpo a continuación e incorporándose por último en el mismo grupos funcionales selectivos de iones para uno o más iones o grupos de iones específicos, en la superficie interior porosa del cuerpo cerámico, tras lo que se aplica una membrana aniónica, catiónica o bipolar completa o parcialmente a una o más de las superficies exteriores del núcleo filtrante.

8. Procedimiento de realización según la reivindicación 7, caracterizado porque dicha membrana es una capa membranosa fina, porosa, cerámica aplicada mediante moldeo con cinta, pulverización, moldeo en barbotina, serigrafía, revestimiento en gel, revestimiento en sol y gel mediante la aplicación de una pasta que comprende un material cerámico no conductor, sinterizándose el cuerpo a continuación e incorporándose por último en el mismo grupos funcionales preferentemente selectivos de iones para uno o más iones o grupos de iones específicos, en la superficie interior porosa de las capas membranosas finas porosas cerámicas aplicadas.

9. Procedimiento de realización según cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado porque la pasta aplicada de material cerámico no conductor, comprende óxidos de materiales cerámicos seleccionados de entre el grupo que comprende combinaciones, mezclas o fases derivadas de Al₂O₃, TiO₂, ZrO₂, SiO₂.

10. Procedimiento de realización según cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado porque los reactivos de enlace o las radiaciones se utilizan para incorporar los grupos funcionales preferentemente selectivos de iones en la superficie interior del cuerpo cerámico.

11. Procedimiento de realización según la reivindicación 8, caracterizado porque los reactivos de enlace o las radiaciones se utilizan para fijar la capa fina continua de membranas aniónicas, catiónicas y/o bipolares a la superficie exterior del cuerpo cerámico.

12. Procedimiento de realización según cualquiera de las reivindicaciones 10 o 12, caracterizado porque los reactivos de enlace son grupos orgánicos o inorgánicos de moléculas que contienen Si, Ti, P, B, S o N.

13. Utilización un filtro de electrodiálisis modificada (MED), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, para filtrar iones o complejos de metales pesados o preciosos del agua, preferentemente agua residual y/o agua de tratamiento.