淨化溶劑的包合方法
2024-04-05 11:16:05 2
專利名稱：淨化溶劑的包合方法
技術領域：
本發明方法主要涉及水淨化領域，所公開的是用於淨化溶劑的方法，其是通過是汙物包括在分散多層式材料的疊層中，並然後從溶劑中分離出結合的汙物/層狀材料。這些方法可用於去除懸浮在溶劑中的材料，與溶劑不相溶的材料，且特別適用於從溶解有可溶材料的溶劑中分離可溶材料。應用這些方法將有利於補救受汙染的土壤和水、水的脫鹽、廢油和汙水淨化、製備藥物和許多其它領域。
許多沉澱、絮凝和凝固技術也是公知的，例如在Grant等人的US5330658和在Canter,L.W.，和Knox,R.C.,Deborah Fairchild,Ground Water Quality Protection,Lewis Publishers,Inc.1987,pp.467-498中有所介紹。所有這些方法是較複雜和昂貴。
雖然有許多其中使用層狀材料例如碳、沸石和其它物質用作雜質吸收劑的例子，但用於本發明的層狀材料的性能主要依靠於材料的表面質量。不要求吸收或粘結。
公知許多分散在溶液中的未改性層狀材料例如過渡金屬二硫屬元素化物、柱狀粘土等，當層狀材料從懸浮液中濾出之時，其將包合也分散在溶液中大量的水和其它材料。例如，Miremadi等人在US5328618公開了一種用於在沉降的層狀材料的疊層之間包合金屬鹽而製備磁性潤滑劑的方法。然而，如果這些未改性層狀材料用於淨化溶劑，那麼從經濟效益的角度考慮是不利的。這是因為用於除去給定量的汙物所需層狀材料的比率是高的。
Morrison等人的US4822590公開了分層方法，得到單分子厚度材料，其均勻分散和懸浮在溶液中。這些材料被稱作為MX(2)形式的新型單層材料，其中MX(2)是層狀二硫屬化物例如MoS2、TaS2、WS2等等。所述的分層方法是通過鹼金屬嵌合二硫屬化物並浸沒在水或其它質子溶劑中。很明顯地，這個方法大大地降低了層狀材料的懸浮顆粒的尺寸。由此它明顯地增加了其它金屬可以嵌入其中的層數。這個因素降低了從溶劑中除去給定汙物所需的層狀材料的量。由此，當將這些層狀材料用於淨化溶劑時相關的經濟因素得以改善。
Morrison等人的US4853359和Divigalpitiya等人的US4996108以及本發明者擁有的在審美國專利申請08/775873和09/060189介紹了獨特的新材料，其可通過塗層形成或包括在這些層狀材料的疊層之間的所選材料。在這些公開材料中，廣泛地介紹了用於捕集下列物質的方法懸浮在質子溶劑中的顆粒，在質子溶劑中不相溶的材料，和溶解的材料例如溶解在水中的金屬鹽和溶解在有機溶劑等中的金屬氫化物。然而，所有這些發明的目的是在當層狀材料與從懸浮液或溶液中回收的材料相結合時產生新的材料。所有這些發明均沒有提及以下益處即當這些層狀材料用於淨化溶劑時所能達到的益處。
本發明的目的工業領域面臨的一個主要問題是由水中懸浮的、不相溶的或溶解的有毒物質。這些汙物的許多可以較低成本通過常規的物理方法例如離心或過濾方法除去。然而，溶解在水中的汙物不能通過這些方法除去且難於以成本低廉的方式除去。因為當用於淨化大量的水(其中溶解的汙物含量可僅為幾個ppm)時，它們是耗能的，或要求較複雜的工藝。如果能夠發現這樣一些方法，即其中溶解的較少量毒素材料可從更大量的水中以低廉的方式去除的方法將是有利的。
在世界的許多地區，因為鹽嚴重地汙染了可利用的唯一水源，經濟發展受到妨礙。常規的脫鹽工廠是昂貴的並要求廣泛的基礎設施。如果脫鹽工藝能夠以更簡單的、低成本方法實施將是有利的。
在某些緊急情況下例如地震、水災等情況下飲水可被各種懸浮的、不相溶的和溶解的材料汙染。如果能開發低技術、低能耗方法以從水中用簡單的一步法除去這些材料將是有利的。
另外，許多工業和實驗過程中(特別是在半導體、食品加工和製藥工業)要求高純度溶劑以排除所需產物受汙染的可能性。
需要一種簡單的、容易操作的用於淨化大量溶劑、特別是水、包含懸浮、可溶和不溶汙物的方法，其中是單獨地或結合地，且有效地從清潔的溶劑中分離出汙物並將受汙染的材料聚集成可控制、低體積的濃廢料，從而抑制汙物的再溶解性或懸浮性。本發明的綜述這些和其它需要通過本發明得以滿足，本發明的特徵在於提供用於實質上淨化受汙染的質子溶劑、和受汙染的水混溶性質子溶劑(包括它的結合物和混合物)的方法，所述的溶劑是受到懸浮在溶劑中的顆粒、溶解在溶劑中的材料和/或溶劑中不相溶的溶液的汙染，所述方法包括單獨地或結合地將層狀材料的懸浮體分散在所述溶劑中以使得在混合物的汙物包括在層狀材料的疊層之間並將帶有包括汙物的聚集的多層式材料從淨化的溶劑中分離出來。
當溶劑的PH值是足夠高以致於抑制了層狀材料的立即絮凝，那麼用於淨化溶劑的這些包合方法是最有效的。另外，層狀材料的懸浮體必須與溶劑按將有效包括汙物的方式結合。
因此，本發明的方法也是調整溶劑的PH值的方法和也是有效地將層狀材料與所述受汙染溶劑混合的懸浮液的方法。
在分散的層狀材料的層之內包合汙物引起所結合的汙物/層狀材料在混合容器的底部或頂部之一或兩處聚集和再堆積。由此純化剩餘的溶劑。因此，本發明也是由用於從聚集的疊層材料中分離淨化的溶劑的方法組成。
在本說明書中，質子溶劑指的是供給氫的溶劑例如水、醇、乙醇等。水不相溶的質子溶劑指的是不供給氫和當與水混合不形成分離層的極性溶劑，例如四氫呋喃、二甲基甲醯胺等。所述的層狀材料優選是可通過熟知的方法分層，例如首先通過鹼金屬嵌合且然後通過在質子溶劑中浸沒而分層。優選分層材料是MX2形式的分層過渡金屬二硫屬化物，其中M是選自於Mo,W,Ta,Nb,Va，和X是硫或硒。還優選的是，分層的材料是懸浮在溶劑中。
雖然本發明者不希望受到任何特定理論的束縛，已公知的是分層過程形成通過大量溶劑分離的層狀材料的單分子顆粒。由此可捕集材料的疊層的數目是大大增長。疊層之間這個溶劑的捕集或包合是保持層狀材料的顆粒從在懸浮液中的其它層狀顆粒中分離的關鍵因素。明顯的是，如果溶劑包合物是純淨的，則懸浮的分層材料保留在懸浮液中且甚至當經受離心力的持續作用時也能防止沉降。然而，如果溶劑是不純淨的，則認為雜質同溶劑一起包括在分層材料的疊層之間且認為它們結合的比重或不相溶性使得懸浮液中的顆粒發生分離。用不純淨材料包合的分層材料可快速地沉澱至底部或上升至頂端，而用純淨溶劑包合的分層材料易於保留在中部。當材料沉降時，據認為它們是通過較粘滯的、雙分子層溶劑進行分離。如果汙物是不相混溶的，則分層材料包括相溶和不相溶材料併集聚在兩種液體的表面。
另外，分層材料形成在懸浮液中的單分子層是不必需的。優選地，這些懸浮液包含一部分單分子層狀材料。在本說明書中，在懸浮液中的單分子材料被定義為通過至少一個溶劑分子而從懸浮層狀材料的每一種其它分子中分離出來的單分子懸浮層狀材料。
表1 分析報告硼汙染的廢水(BTEX)PH7
這清楚地表明，層狀材料可用於從水中除去溶解的雜質。
表2 分析報告硼汙染的廢水(BTEX)PH7
這清楚地表明，所述分層材料比未分層的材料在從水中去除溶解的金屬方面是更有效的。
在PH2附近，分層材料聚集和該材料在除去雜質方面是更有效的。在PH水平高於約9時，所述分層材料易於在懸浮液中保持更長的時間。可通過在添加層狀材料之前添加合適的調節劑調節溶劑的PH值，或層狀材料的懸浮液的PH值可調整至以使其加入至溶劑中將變成中性。
表3 分析報告汙染的礦山汙水(Britannia)
這清楚地表明，將PH值改進劑添加至溶液中將不抑制分層材料的懸浮液從溶液中除去溶解金屬的能力。
用於有效地將溶劑和層狀材料混合所要求的方法主要依賴於待去除材料的類型。引起層狀材料的懸浮液與受汙染的溶劑對流相遇的攪拌或應用方法，是對於捕集大多數的溶解金屬是明顯有效的。然而，為了捕集比重明顯地低於溶劑的材料或在溶劑中不混溶的材料，必須使用更有效的攪拌形式例如振蕩或吹泡以形成乳液。
分層材料/含水糊劑通過攪拌分階段地與汙染的試樣進行混合。進行與實施例1中報導的相同聚集工藝。液體的棕色變成淺黃色。在此時，劇烈地振蕩試樣。在空氣一水表面上形成泡沫乳液。隨著新材料的加入和振蕩的繼續，泡沫的含量和持久性明顯下降。
當開始沉澱時，材料發生明顯的分層，一些黑色分層材料在空氣一水表面上形成，且一些沉降至容器的底部。液體的顏色以中等快速的速度從淺黃色轉變成澄清和無色。在從液體中除去顏色時，停止加入分層材料。據認為，在頂部的層狀材料包含由有機材料和磷酸鹽包合物的分層材料。據認為，沉澱至底部的材料包含了溶解的金屬和先前懸浮的顆粒狀材料。抽取中間層的澄清液體。它是無色的，具有輕微酒精味道，並通過振蕩形成輕質的、容易分散的泡沫。使用ICP就所選的溶解金屬對液體試樣進行分析。結果表示在表4中。
表4 分析報告硼或鉬和有機物汙染的廢水(BTEX)PH7
這些結果清楚表明，通過添加分層材料從溶劑中除去了懸浮的、不相溶的和溶解的材料。還明顯的是，不是所有的分層材料都需要是單層的。另外，活性攪拌例如振蕩或鼓泡是按使在去除某些汙物時乳液形成比簡單的攪拌更有效的方式進行。
最後，質子相溶溶劑可以按這種方式進行淨化。
本領域熟練人員將意識到的是，上面提到的許多細節僅是舉例性地說明且在由參照下列權利要求解釋的本發明的範圍之內可以進行變化或部分省略。
權利要求
1.一種用於淨化受汙染溶劑的方法，所述的溶劑是受懸浮在該溶劑中的顆粒和/或溶解在其中的材料和/或在該溶劑中不相溶的溶液所汙染，該方法由下列步驟組成(a)將分層的層狀材料的懸浮液分散在所述溶劑中；(b)在所述的溶劑中混合所述懸浮液以使得所述溶劑包含在分層的層狀材料之間的疊層中；和(c)從所述溶劑中分離以包合形式捕集了汙物的所述層狀材料沉積的聚集物。
2.根據權利要求1的方法，其還包括在一種溶劑中懸浮所述分層的層狀材料以致於形成所述懸浮液的初始步驟。
3.根據權利要求1的方法，其還包括在一種溶劑中懸浮所述分層的層狀材料的初始步驟，其中所述的分層層狀材料是分層的過渡金屬二硫屬化物。
4.根據權利要求1的方法，其還包括調節所述溶劑PH值的步驟。
5.根據權利要求1的方法，其還包括調節所述懸浮液的PH值的步驟。
6.根據權利要求1的方法，其中在所述溶劑中擴散所述懸浮液的步驟包括將所述溶劑和所述懸浮液一起攪拌的步驟。
7.根據權利要求1的方法，其中在所述溶劑中混合所述懸浮液的步驟包括使所述溶液和所述懸浮液一起流動以致於所述懸浮液的流動方向是與所述溶液的流動方向相反。
8.根據權利要求1的方法，其中在所述溶劑中混合所述懸浮液的步驟包括將所述溶液和所述懸浮液一起振蕩。
9.根據權利要求1的方法，其中在所述溶劑中混合所述懸浮液的步驟包括形成所述溶液和所述懸浮液的乳液。
10.根據權利要求1的方法，其中從所述溶劑中分離所述堆積了層狀材料的聚集物的步驟包括傾析所述溶劑。
11.根據權利要求1的方法，其中從所述溶劑中分離所述堆積了層狀材料的聚集物的步驟包括施加離心力以致於從所述堆積的層狀材料中分離所述溶劑並傾析所述溶劑
12.根據權利要求1的方法，其中從所述溶劑中分離所述堆積了層狀材料的聚集物的步驟包括提取所述溶劑。
13.一種用於淨化受汙染而汙物在其中沒有吸收或化學鍵接的溶劑的方法，其由下列步驟組成(a)將MX2形式的分層過渡金屬二硫屬化物懸浮在一種懸浮液中，其中M是選自於Mo,W,Ta,Nb,Va，和X是硫或硒；(b)用所述受汙染的溶劑劇烈地混合所述懸浮液；(c)將所述溶劑和所述懸浮液的PH值保持在所選的PH值範圍之內以抑制立即的絮凝且優化地再堆積懸浮在所述懸浮液的分層過渡金屬二硫屬化物；(d)使所述的堆積和絮凝的分層過渡金屬二硫屬化物結合成聚集物；(e)從所述的溶劑中分離所述的聚集物。
全文摘要
本發明公開了用於淨化溶劑的方法,其是通過將汙物包括在分散的多層式材料(過渡金屬二硫屬化物例如二硫化鎢)的疊層中,並然後從溶劑中分離出結合的汙物/層狀材料。這些方法可用於分離懸浮在溶劑中的材料,與溶劑不相溶的材料,且特別適用於從溶解有可溶材料的溶劑中分離這些可溶材料。應用這些方法將有利於補救受汙染的土壤和水、水的脫鹽、廢油和汙水淨化、製備藥物和許多其它領域。
文檔編號C02F1/62GK1304384SQ99806971
公開日2001年7月18日 申請日期1999年6月2日 優先權日1998年6月2日
發明者戴維·德克·倫迪納 申請人:萊特耶爾技術(美國)公司