Uso de adsorbentes para tratar líquidos contaminados.

El uso de grafito intercalado no expandido en forma de escamas,

como producto adsorbente en forma departículas para tratar un fluido contaminado, siendo susceptible el producto de regeneración electroquímica, en elque las escamas individuales del grafito intercalado no expandido poseen un tamaño de 0,25 a 1 mm y exhiben unaconductividad eléctrica mayor de 10.000 W-1 cm-1.

Uso de adsorbentes para tratar líquidos contaminados La presente invención se refiere a productos para el tratamiento de un líquido contaminado por medio de contacto con un material adsorbente. Tiene aplicación particular, pero no exclusiva, en el tratamiento de líquidos para retirar contaminantes orgánicos. Los productos de acuerdo con la invención son apropiados para su uso en un aparato de tratamiento de líquidos del tipo descrito en la Patente Internacional de los inventores Nº. de Solicitud PCT/GB2007/001544.

Los materiales adsorbentes se usan comúnmente en un aparato de tratamiento de líquidos. Dichos materiales basados en carbono son particularmente útiles y son capaces de regeneración por medio del paso de una corriente eléctrica a través de los mismos. El uso de adsorbentes basados en carbono en el tratamiento de agua contaminada se describe en los siguientes artículos publicados por The University of Manchester Institute of Science and Technology (actualmente la Universidad de Manchester) en 2004. Electrochemical regeneration of a carbon-based adsorbente loaded with cr y stal violet dye by N W Brown, E P L Roberts, A A Garforth y R A W Dr y fe Electrachemica Acta 49 (2004) 3269-3281. Atrazin removal using adsorption and electrochemical regeneration by N W Brown, E P L Roberts, A Chasiotis, T Cherdon y N SanghrajkaWater Research 39 (2004) 3067-3074.

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención se proporciona el uso de un grafito intercalado no expandido en forma de escamas, como producto adsorbente en forma de partículas para el tratamiento de un liquido contaminado, siendo susceptible el producto de regeneración electroquímica, en el que las escamas individuales del grafito intercalado no expandido poseen un tamaño de 0, 25 a 1 mm y exhiben una conductividad eléctrica mayor de - 1 -1

10.000 Ωcm .

La presente invención está relacionada en particular con el uso de grafito como producto adsorbente en forma de partículas para el tratamiento de líquidos contaminados. De acuerdo con la invención, el producto comprende grafito no expandido intercalado en forma de escamas. Se puede usar una variedad de compuestos intercalados con grafito (GICs) , pero los productos preferidos de acuerdo con la invención comprenden grafito intercalado con un precursor seleccionado entre ácido sulfúrico, ácido fosfórico, ácido nítrico, ácido trifluoroacético y ácido perclórico. El precursor preferido es ácido sulfúrico.

De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención se proporciona un método de tratamiento de un fluido contaminado para retirar el contaminante del mismo, que comprende el uso de grafito intercalado no expandido en forma de escamas de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención.

Preferentemente, el fluido contaminado es un líquido.

El grafito intercalado no expandido en forma de partículas puede exhibir una conductividad eléctrica considerablemente mayor con respecto al carbono activado del tipo comúnmente usado como materiales adsorbentes en aparatos y dispositivos de tratamiento de fluidos y líquidos. Un producto típico de acuerdo con la invención tiene una conductividad eléctrica de 5 a 10 veces la del carbono activado, lo que permite una regeneración electroquímica rápida con respecto a la regeneración térmica necesaria para el carbono activado. Su área superficial disponible es sin embargo considerablemente menor debido a la ausencia de poros internos en el material. Los inventores han descubierto que en los procesos de tratamiento en los cuales se recicla el adsorbente tras la regeneración, la facilidad de regeneración compensa más la pérdida de área superficial específica para la adsorción de contaminantes. Como se ha comentado anteriormente, los productos de la invención pueden proporcionarse en forma de escamas.

La reducción del tamaño de partícula del material adsorbente aumenta significativamente el área superficial disponible para la adsorción. No obstante, la reducción del tamaño de partícula hace que la separación de la fase sólida sea más difícil. En la práctica de la invención, un tamaño de partícula típico es de 0, 25-0, 75 mm. El producto adsorbente en forma de partículas y en forma de escamas tiene un área superficial que es mayor, aproximadamente 25 %, que la de los productos adsorbentes en forma de partículas y en forma de polvo, que tienen un tamaño medio de partícula típico dentro del intervalo de 127 a 184 micrómetros, lo que proporciona un área superficial de 2, 75 m2 g-1. No obstante, debería apreciarse que la presente invención no engloba el uso de dichos materiales en forma de polvo.

Cuanto mayor sea la conductividad eléctrica del material adsorbente, menor es el voltaje que se requiere para la regeneración y, por consiguiente, menor el consumo energético. Las partículas GIC individuales empleadas en la presente invención tienen conductividades eléctricas mayores que 10.000 Ω-1cm-1. No obstante, en un lecho de partículas, esto es significativamente menor ya que existe resistencia en la frontera partícula/partícula. Además, resulta deseable usar una partícula lo más grande posible para mantener la resistencia tan baja como sea posible. Además, se ha comprobado que un lecho de partículas húmedas y finas tiene una conductividad eléctrica de 0, 16 Ω 1cm-1, en comparación con 0, 32 Ω-1cm-1 para un lecho de partículas grandes. A modo de comparación, un lecho de carbono activado granular y en forma de partículas tendría conductividades eléctricas normalmente de 0, 025 y 0, 012 Ω-1cm-1, respectivamente.

El GIC usado en la práctica de la invención está en forma de escamas, y normalmente tiene una composición de al

menos un 95 % de carbono, y una densidad de aproximadamente 2, 225 g cm-3. No obstante, los carbonos en forma de escamas se pueden usar como materiales de partida para producir GICs con contenidos de carbono significativamente menores (80 % o menos) . Estos compuestos también se pueden usar, pero es probable que den lugar a voltajes ligeramente más elevados en la etapa de regeneración electroquímica. Otros elementos también están presentes dentro del GIC, dependiendo estos compuestos de la composición inicial del grafito en forma de escamas y de las sustancias químicas usadas para convertir las escamas en forma intercalada. Diferentes fuentes de grafito pueden producir GICs con diferentes propiedades de adsorción.

Mientras que la reducción de área superficial reduce la capacidad de adsorción, se ha comprobado que el grafito intercalado adsorbe preferentemente determinados compuestos orgánicos. Esto es de particular interés en el caso de sustancias orgánicas cloradas que se adsorben preferentemente sobre especies orgánicas no cloradas, de forma que al aumentar la cloración aumenta la eliminación preferente. Esto es significativo ya que, con frecuencia, los compuestos clorados son más tóxicos que los no clorados. Además, existe una eliminación preferente de compuestos de alto peso molecular y baja solubilidad.

Se conoce bien el uso de grafito como agente de absorción para materiales líquidos, y en forma expandida tiene una capacidad muy elevada de absorción. El uso de grafito expandido vermicular para este fin se describe en la Memoria Descriptiva de Patente Europea Nº: 0 435 766, y en la patente de Estados Unidos Nº 3 357 929. Los compuestos de intercalado de grafito (GICs) son útiles en las citadas aplicaciones debido a su capacidad para aumentar sustancialmente su volumen de determinadas condiciones. No obstante, los inventores han descubierto que pueden ser particularmente útiles en el tratamiento de líquidos contaminados, en forma de partículas no expandidas. En esta forma, son susceptibles de regeneración electromecánica, lo que permite su reciclaje en un proceso para tratar líquidos contaminados en un aparato del tipo descrito en la solicitud de los inventores comentada anteriormente. Al tiempo que en su forma no expandida se reduce la capacidad de adsorción de los GIC, ésta queda equilibrada por la mayor capacidad para la regeneración múltiple tras la adsorción de los contaminantes procedentes del líquido objeto de tratamiento. Una ventaja específica es que su regeneración se puede lograr de forma bastante rápida.

Los compuestos de grafito intercalados han sido objeto de investigación considerable. Se hace referencia a los siguientes artículos, a modo de ejemplo:

Electrochemical Synthesis of Co-intercalation Compunds in the Graphite-H2SO4-H3PO4 System by V S Leshin, N E Sorokina y V V Avdeev. Russian Journal of Electrochemistr y , Vol 41, Nº: 5, 2005.

Graphite Intercalation in the Graphite-H2SO4-R (R = H2O, C2H5OH, C2H5COOH)... [Seguir leyendo]

1. El uso de grafito intercalado no expandido en forma de escamas, como producto adsorbente en forma de partículas para tratar un fluido contaminado, siendo susceptible el producto de regeneración electroquímica, en el

que las escamas individuales del grafito intercalado no expandido poseen un tamaño de 0, 25 a 1 mm y exhiben una conductividad eléctrica mayor de 10.000 Ω-1 cm-1.

2. El uso que se reivindica en cualquier reivindicación anterior, en el que el grafito se ha intercalado con un precursor

seleccionado entre ácido sulfúrico, ácido fosfórico, ácido nítrico, ácido trifluoroacético y ácido perclórico. 10

3. El uso de la reivindicación 2, en el que el precursor es ácido sulfúrico.

4. Un método de tratamiento de un fluido contaminado para retirar el contaminante del mismo que comprende el uso

de cualquier reivindicación anterior. 15

5. Un método de acuerdo con la reivindicación 4 en el que el fluido es un líquido.