Procedimiento y dispositivo para la eliminación de nitrocompuestos aromáticos de agua residual.

Procedimiento para el tratamiento electroquímico de nitrocompuestos aromáticos que comprende las etapas de:

a) introducir una composición acuosa que contiene al menos un nitrocompuesto aromático en el espacio anódico de una célula electrolítica,

b) llevar a cabo una electrólisis,

en el que la célula electrolítica presenta al menos un espacio anódico y al menos un espacio catódico, que están separados entre sí por un separador,

y en el que la célula electrolítica presenta al menos un ánodo, que al menos comprende un segmento anódico que contiene platino,

en el que se lleva a cabo la electrólisis a una densidad de corriente anódica en el intervalo de 2,5 a 10 kA/m2 y una tensión de célula en el intervalo de 4 a 15 V;

o comprende un segmento anódico constituido por un material de soporte y un recubrimiento,

en el que el material de soporte está constituido por al menos un metal seleccionado del grupo constituido por niobio (Nb), tántalo (Ta), titanio (Tl) y hafnio (Hf) y en el que el recubrimiento está constituido por diamante dopado con boro,

y en el que se lleva a cabo la electrólisis a una densidad de corriente anódica en el intervalo de 0,75 a 1,25 kA/m2 y una tensión de célula en el intervalo de 4 a 15 V;

Procedimiento y dispositivo para la eliminaciïn de nitrocompuestos aromïticos de agua residual

La presente invenciïn se refiere a un procedimiento y a un dispositivo para el tratamiento electroquïmico de nitrocompuestos aromïticos, en particular a un procedimiento electrolïtico para el tratamiento de aguas residuales de 5 proceso alcalinas, por ejemplo, de procesos de nitraciïn de compuestos aromïticos para dar mono-, di-y trinitrocompuestos aromïticos. A este respecto, los nitrocompuestos aromïticos contenidos en aguas residuales de proceso, asï como, dado el caso, nitritos contenidos en aguas residuales, se hacen reaccionar o se descomponen mediante oxidaciïn anïdica o mediante compuestos oxidantes producidos anïdicamente. Mediante el procedimiento es posible, en particular, la oxidaciïn total de los nitrocompuestos aromïticos para dar diïxido de carbono y nitrato.

El procedimiento tambiïn puede realizarse a escala tïcnica e industrialmente.

Los nitrocompuestos aromïticos se producen habitualmente mediante la nitraciïn de los compuestos aromïticos correspondientes (por ejemplo, benceno, tolueno, xileno, clorobenceno) por medio de una mezcla de ïcido nïtrico concentrado y ïcido sulfïrico concentrado, tambiïn denominada ïcido sulfonïtrico. A este respecto se produce una fase orgïnica, que contiene el producto bruto de la nitraciïn, y una fase acuosa, que contiene esencialmente ïcido sulfïrico, agua de reacciïn y agua introducida mediante el ïcido sulfonïtrico. El ïcido nïtrico usado se consume, en general, ampliamente en la nitraciïn.

Despuïs de la separaciïn de ambas fases, la fase acuosa que contiene ïcido sulfïrico segïn la tecnologïa del procedimiento de nitraciïn se mezcla directamente o despuïs de concentrarla de nuevo con ïcido nïtrico nuevo y se usa para la nitraciïn. Habitualmente, sin embargo, debe retirarse al menos una parte del ïcido sulfïrico en continuo o de modo discontinuo del proceso total para evitar una concentraciïn de impurezas, en particular de sales metïlicas (vïase, por ejemplo, el documento DE-C 101 43 800) .

El producto bruto de de la reacciïn de nitraciïn de compuestos aromïticos (tales como benceno, tolueno, xileno, clorobenceno) para dar los nitrocompuestos aromïticos correspondientes contiene habitualmente ademïs de los nitrocompuestos aromïticos deseados (tales como nitrobenceno (NB) , dinitrobenceno (DNB) , mono-y dinitrotolueno (MNT y DNT) , nitroclorobenceno (NCB) , nitroxileno) tambiïn cantidades reducidas de nitrocompuestos aromïticos que presentan adicionalmente uno o mïs grupos hidroxilo y/o carboxilo.

Estos compuestos son subproductos no deseados. Como subproductos no deseados pueden formarse, por ejemplo, mono-, di-y trinitrofenoles (en adelante denominados tambiïn de forma resumida nitrofenoles) , mono-, di-y trinitrocresoles (en adelante denominados tambiïn de forma resumida nitrocresoles) , mono-, di-y trinitroxilenoles (en adelante denominados tambiïn de forma resumida nitroxilenoles) , asï como ïcidos mono-y dinitrobenzoicos (en adelante denominados tambiïn de forma resumida ïcidos nitrobenzoicos) .

El producto bruto de la nitraciïn debe liberarse antes de su reutilizaciïn de subproductos no deseados. Habitualmente los subproductos, despuïs de la separaciïn de la fase acuosa (que contiene ïcido sulfïrico y ïcido sulfonïtrico) , se separan mediante lavado en varias etapas de la fase orgïnica con lïquidos de lavado ïcidos,

alcalinos y neutros, lavïndose generalmente en la sucesiïn indicada. El lavado alcalino se lleva a cabo habitualmente con lejïa de sodio acuosa, soluciïn acuosa de carbonato de sodio y/o soluciïn acuosa de amoniaco.

El agua residual de proceso alcalina producida a este respecto contiene, entre otras cosas, tambiïn nitrofenoles, nitrocresoles, nitroxilenoles y ïcidos nitrobenzoicos en forma de sus sales hidrosolubles de la base usada. Estïn presentes habitualmente en una concentraciïn del 0, 2 al 2, 5 % en peso, con respecto al agua residual de proceso 40 alcalina. El agua residual de proceso alcalina contiene tambiïn nitrocuerpos neutros formados en la nitraciïn, en particular productos de reacciïn. Los nitrocuerpos neutros pueden estar contenidos en el agua residual de proceso alcalina habitualmente en una cantidad superior a 100 ppm. El agua residual de proceso alcalina contiene a menudo tambiïn de 500 a 5000 ppm de nitratos, de 500 a 5000 ppm de nitrito y mïs de 100 ppm de sulfato. Estos iones proceden en su mayor parte de la nitraciïn. A partir de los ingredientes se deduce una demanda quïmica de oxïgeno 45 tïpica de 1 a 20 g/l.

Los nitrofenoles, nitrocresoles, nitroxilenoles, ïcidos nitrobenzoicos y, sobre todo, sus sales, estïn intensamente coloreados y, dado el caso, son muy tïxicos para el medio ambiente. Ademïs, los nitrofenoles, y especialmente sus sales, tienen en concentraciones mïs elevadas o sin disolvente un efecto explosivo y deben eliminarse del agua residual antes de la descarga de la misma. Se eliminan de modo que no produzcan ningïn riesgo para el medio 50 ambiente. El agua residual de proceso alcalina de la nitraciïn aromïtica contiene ademïs nitrocuerpos neutros formados en la nitraciïn, en particular productos de reacciïn. Debido a que los nitrocompuestos aromïticos tambiïn pueden presentar propiedades biocidas o bactericidas y, por lo tanto, hacen imposible una depuraciïn biolïgica del agua residual, es necesario realizar una depuraciïn o tratamiento de las aguas residuales que contienen nitrocompuestos aromïticos.

Esto tambiïn tiene pleno sentido para poder alimentar las aguas residuales a un tratamiento convencional de aguas residuales que comprenda una etapa de depuraciïn microbiolïgica.

Para eliminar los nitrofenoles, nitrocresoles, nitroxilenoles, ïcidos nitrobenzoicos y los nitrocompuestos aromïticos neutros de las aguas residuales de proceso se describen numerosos procedimientos en la literatura, por ejemplo procedimientos basados en extracciïn, adsorciïn, oxidaciïn o termïlisis.

En la "Encyclopedia of Chemical Technology", Kirk-Othmer, cuarta ediciïn, 1996, Vol. 17, pïgina 138 se describe un procedimiento de extracciïn para la separaciïn de nitrobenceno en el que en el agua residual se elimina a la temperatura correspondiente el nitrobenceno disuelto mediante extracciïn con benceno. El benceno que se ha disuelto en agua se elimina antes del tratamiento final del agua residual mediante evaporaciïn por arrastre de vapor.

En el documento EP-A 005 203 se describe un procedimiento tïrmico para el tratamiento de aguas residuales que contienen hidroxinitrocompuestos aromïticos. A este respecto las aguas residuales que contienen los hidroxinitrocompuestos aromïticos en forma de sus sales disueltas se calientan en ausencia de aire y de oxïgeno con presiïn a temperaturas en el intervalo de 150 a 500 ïC.

Los nitrocompuestos aromïticos y los hidroxinitrocompuestos aromïticos disueltos pueden eliminarse, ademïs, en medio ïcido mediante extracciïn con un disolvente orgïnico (vïase Ullmanns Enzyklopïdie der technischen Chemie, 4ï ediciïn, 1974, volumen 17, pïgina 386) .

Ademïs, se conocen distintos procedimientos para la separaciïn de nitrocompuestos orgïnicos, especialmente de nitrocompuestos aromïticos de aguas y aguas residuales, que contienen una etapa de reducciïn u oxidaciïn quïmica o electroquïmica y, dado el caso, otro proceso de separaciïn fïsico (tal como, por ejemplo, una extracciïn) .

En el documento DE-A 197 48 229 se describe la reducciïn catïdica electroquïmica de nitrofenoles y de nitroresorcinol para dar las aminas correspondientes en cïtodos de carbono. El documento EP-A 0 808 920 describe 20 la reducciïn electroquïmica de nitrobenceno y nitrofenol en cïtodos de distintos materiales. En general, en los procedimientos conocidos para la reducciïn catïdica de nitrocompuestos aromïticos es una desventaja que no se realice una separaciïn total de nitrocompuestos aromïticos o que para la separaciïn de los productos de reacciïn perjudiciales para el medio ambiente dado el caso formados sean necesarias otras etapas de procedimiento. Ademïs, en los procedimientos de reducciïn catïdicos descritos anteriormente se produce a menudo en el espacio catïdico una intensa formaciïn de espuma, que dificulta la realizaciïn de los procedimientos, en particular a gran escala tïcnica. Tambiïn se han descrito una serie de procedimientos oxidativos, por ejemplo no electroquïmicos, electroquïmicos o combinados, para el tratamiento de aguas residuales de nitraciïn o para la separaciïn de nitrocompuestos aromïticos.

En el documento US 6.953.869 se describe la separaciïn de trinitrocresoles y ïcido pïcrico... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para el tratamiento electroquïmico de nitrocompuestos aromïticos que comprende las etapas de:

a) introducir una composiciïn acuosa que contiene al menos un nitrocompuesto aromïtico en el espacio anïdico de una cïlula electrolïtica,

b) llevar a cabo una electrïlisis,

en el que la cïlula electrolïtica presenta al menos un espacio anïdico y al menos un espacio catïdico, que estïn separados entre sï por un separador,

y en el que la cïlula electrolïtica presenta al menos un ïnodo, que al menos comprende un segmento anïdico que contiene platino,

en el que se lleva a cabo la electrïlisis a una densidad de corriente anïdica en el intervalo de 2, 5 a 10 kA/m2 y una tensiïn de cïlula en el intervalo de 4 a 15 V;

o comprende un segmento anïdico constituido por un material de soporte y un recubrimiento,

en el que el material de soporte estï constituido por al menos un metal seleccionado del grupo constituido por niobio (Nb) , tïntalo (Ta) , titanio (Tl) y hafnio (Hf) y en el que el recubrimiento estï constituido por diamante dopado con 15 boro,

y en el que se lleva a cabo la electrïlisis a una densidad de corriente anïdica en el intervalo de 0, 75 a 1, 25 kA/m2 y una tensiïn de cïlula en el intervalo de 4 a 15 V;

2. Procedimiento segïn la reivindicaciïn 1, caracterizado porque la composiciïn acuosa es el agua residual de proceso alcalina procedente de la nitraciïn de compuestos aromïticos.

3. Procedimiento segïn una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque los nitrocompuestos aromïticos son al menos un compuesto seleccionado del grupo constituido por nitrobenceno (NB) , dinitrobenceno (DNB) , trinitrobenceno (TNB) , mononitrotolueno (MNT) , dinitrotolueno (DNT) , trinitrotolueno (TNT) , nitroclorobenceno (NCB) , mononitroxilenos, dinitroxilenos, trinitroxilenos, mononitrocresol, dinitrocresol, trinitrocresol, mononitrofenol, dinitrofenol, trinitrofenol, ïcido mononitrobenzoico, ïcido dinitrobenzoico, ïcido trinitrobenzoico, mononitroxilenoles,

dinitroxilenoles y trinitroxilenoles, estando comprendidas todas las formas isïmeras de los compuestos mencionados.

4. Procedimiento segïn una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la composiciïn acuosa contiene al menos un nitrocompuesto aromïtico en forma suspendida.

5. Procedimiento segïn una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la composiciïn acuosa que 30 contiene al menos un nitrocompuesto aromïtico contiene adicionalmente un mediador rïdox.

6. Procedimiento segïn una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la temperatura de la composiciïn acuosa en el espacio anïdico en la electrïlisis se encuentra en el intervalo de 30 a 90 ïC.

7. Procedimiento segïn una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la cïlula electrolïtica presenta un ïnodo que comprende al menos un segmento anïdico constituido por platino, estando presente el segmento

anïdico en forma de lïmina, chapa o tela metïlica y estando fijado a un marco base constituido por al menos un metal seleccionado de niobio (Nb) , tïntalo (Ta) , titanio (Ti) y hafnio (Hf) y cubriendo el segmento anïdico la superficie del marco base en no mïs del 30 %.

8. Procedimiento segïn una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la cïlula electrolïtica presenta un ïnodo que comprende al menos un segmento anïdico constituido por un material de soporte y un recubrimiento, 40 estando constituido el material de soporte por al menos un metal seleccionado del grupo constituido por niobio (Nb) , tïntalo (Ta) , titanio (Ti) y hafnio (Hf) ; estando constituido el recubrimiento por diamante dopado con boro; estando fijado el segmento anïdico a un marco base constituido por al menos un metal seleccionado de niobio (Nb) , tïntalo (Ta) , titanio (Ti) y hafnio (Hf) , y llevïndose a cabo la electrïlisis a una densidad de corriente anïdica en el intervalo de 0, 75 a 1, 25 kA/m2 y una tensiïn de cïlula en el intervalo de 4 a 15 V, y presentando el recubrimiento de 45 diamante dopado con boro sobre el material de soporte un espesor de capa en el intervalo de 5 a 50 mm.

9. Dispositivo para el tratamiento electrolïtico de un nitrocompuesto aromïtico que comprende al menos una cïlula electrolïtica, presentando la cïlula electrolïtica al menos un espacio anïdico y al menos un espacio catïdico, que estïn separados entre sï por un separador y presentando la cïlula electrolïtica al menos un ïnodo que comprende al menos un segmento anïdico que contiene platino o un segmento anïdico constituido por un material de soporte y un 50 recubrimiento, conteniendo el material de soporte al menos un metal seleccionado del grupo constituido por niobio (Nb) , tïntalo (Ta) , titanio (Ti) y hafnio (Hf) , estando constituido el recubrimiento por diamante dopado con boro y presentando la cïlula electrolïtica un espaciador entre el separador y el ïnodo, estando la distancia entre el ïnodo y el cïtodo en el intervalo de 4 a 8 mm y siendo el separador una membrana de intercambio aniïnico.

10. Dispositivo segïn la reivindicaciïn 9, caracterizado porque el espaciador dispuesto entre el ïnodo y el cïtodo es una tela de varias capas de plïstico no conductor, presentando las diferentes capas una apertura graduada.

11. Uso de un dispositivo segïn una de las reivindicaciones 9 o 10 para el tratamiento de aguas residuales o aguas de proceso procedentes de la nitraciïn de compuestos aromïticos.