metodo para la descomposicion catalizada por bases de

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OFICINA ESPAÑOLA DE
PATENTES Y MARCAS
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k
ES 2 097 205
kInt. Cl. : C10G 29/04, B08B 3/08
11 N.◦ de publicación:
6
51
ESPAÑA
A62D 3/00, C02F 1/02
C02F 11/00, B09B 3/00
C02F 1/70
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TRADUCCION DE PATENTE EUROPEA
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kNúmero de solicitud europea: 91905199.5
kFecha de presentación : 21.02.91
kNúmero de publicación de la solicitud: 0 526 462
kFecha de publicación de la solicitud: 10.02.93
T3
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k
54 Tı́tulo: Método para la descomposición catalizada por bases de compuestos orgánicos halogenados
y no halogenados en un medio contaminado.
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73 Titular/es: Charles Rogers
30.11.90 US 620127
4191 Miami Trail Lane
Cincinnati, OH 45252, US
Alfred Kornel y
Harold L. Sparks
k
45 Fecha de la publicación de la mención BOPI:
01.04.97
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45 Fecha de la publicación del folleto de patente:
01.04.97
ES 2 097 205 T3
k
30 Prioridad: 27.04.90 US 515892
Aviso:
k
72 Inventor/es: Rogers, Charles;
Kornel, Alfred y
Sparks, Harold L.
k
74 Agente: Aragonés Forner, Rafael Angel
En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicación en el Boletı́n europeo de patentes,
de la mención de concesión de la patente europea, cualquier persona podrá oponerse ante la Oficina
Europea de Patentes a la patente concedida. La oposición deberá formularse por escrito y estar
motivada; sólo se considerará como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de
oposición (art◦ 99.1 del Convenio sobre concesión de Patentes Europeas).
Venta de fascı́culos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, 1 – 28036 Madrid
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ES 2 097 205 T3
DESCRIPCION
Método para la descomposición catalizada por
bases de compuestos orgánicos halogenados y no
halogenados en un medio contaminado.
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un método
para la descomposición catalizada por bases de
compuestos contaminantes orgánicos halogenados
y no halogenados contenidos en un medio contaminado. Más particularmente, la invención se
refiere a un método para la descomposición y eliminación de compuestos orgánicos halogenados y
no halogenados contenidos en un medio contaminado por empleo de un carbonato, bicarbonato
o hidróxido de metal alcalino o alcalinotérreo, y
un compuesto orgánico donante de hidrógeno en
presencia de un carbohidrato.
Fundamentos de la invención
Los riesgos para la salud pública y el medio ambiente que son planteados por una diversidad de compuestos orgánicos halogenados sintéticos son bien conocidos. Se ha encontrado
que compuestos tales como los bifenilos policlorados (BPCs), dibenzodioxinas, dibenzofuranos,
diclorodifenil-tricloroetano (DDT), dieldrı́n, lindano y clordano, ası́ como otros pesticidas halogenados, son materiales persistentes, ambientalmente tóxicos, que requieren medios de eliminación seguros y eficientes. Los BPCs plantean un problema de eliminación particularmente
grave. Utilizados ampliamente en otro tiempo
como aditivos para fluidos dieléctricos en equipo
eléctrico tal como transformadores y condensadores debido a sus excelentes propiedades aislantes,
el uso de BPCs en muchas aplicaciones ha sido
prohibido por la Agencia de Protección Ambiental de EE.UU. debido al almacenamiento acumulativo de los BPCs en el cuerpo humano y la toxicidad extremadamente alta de los BPCs. Ası́,
se requieren métodos para la eliminación y/o destrucción de compuestos orgánicos halogenados tales como los BPCs.
Diversos métodos para la destrucción o descomposición de compuestos orgánicos halogenados se conocen en la técnica. Por ejemplo, las
Patentes de EE.UU. N◦ 4.447.541 y 4.574.013,
de Peterson, describen métodos para descontaminar suelo que está contaminado con compuestos
orgánicos halogenados. La Patente de EE.UU.
N◦ 4.447.541 de Peterson describe un proceso en
el cual una mezcla reactiva de un constituyente
alcalino y un catalizador de sulfóxido (DMSO)
se mezclan ı́ntimamente con suelo contaminado
con BPCs. La mezcla de reactivos efectúa una
desorción de los contaminantes halogenados del
suelo y posteriormente deshalogena los contaminantes. Sin embargo, este proceso es desventajoso en el sentido de que la cinética es relativamente lenta y por consiguiente la reducción de la
concentración de BPCs a un nivel aceptable requiere perı́odos de tiempo prolongados comprendidos entre semanas y meses, el suelo tiene que
estar completamente seco para que tenga lugar
la destrucción, se requieren grandes cantidades
del reactivo, y el catalizador de sulfóxido puede
transportar potencialmente contaminantes previamente a su destrucción. La Patente de EE.UU.
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N◦ 4.574.013 de Peterson describe un proceso en
el cual una suspensión calentada de suelo contaminado se trata con una mezcla de un constituyente alcalino y un catalizador de sulfóxido.
Sin embargo, este proceso es análogamente desventajoso en el sentido de que el catalizador de
sulfóxido puede trasportar contaminantes a los
sistemas vivos, y el catalizador de sulfóxido produce compuestos olorosos cuando se calienta a
temperaturas elevadas y se descompone en subproductos combustibles en condiciones de temperatura elevada. Este proceso es también desventajoso en el sentido de que requiere grandes cantidades de reactivos.
La Patente de EE.UU. N◦ 4.675.464 de Rogers et al describe un método para la destrucción
quı́mica de hidrocarburos alifáticos halogenados,
y más particularmente un método para la destrucción quı́mica de dibromuro de etileno. Un
hidróxido de metal alcalino se disuelve en un etilenglicol y el producto resultante se hace reaccionar con el hidrocarburo halogenado. Rogers et al
describen adicionalmente que la temperatura de
reacción deberı́a mantenerse a 30◦C o menos para
mantener los productos de reacción en solución.
La Patente de EE.UU. N◦ 4.400.552 de Pytlewski et al describe un método para la descomposición de compuesto orgánicos halogenados
que emplea un reactivo que comprende el producto de la reacción de un hidróxido de metal
alcalino con un poliglicol o un poliglicol-monoalquiléter, y oxı́geno. Las Patentes de EE.UU. N◦
4.337.368 y 4.609.994 de Pytlewski et al describen métodos similares de descomposición de compuestos orgánicos halogenados. Adicionalmente,
las Patentes de EE.UU. N◦ 4.430.208, 4.417.977,
4.460.797 y 4.471.143 de Pytlewski et al describen
también métodos para separación y/o descomposición de compuestos orgánicos halogenados. Sin
embargo, estos métodos son desventajosos en el
sentido de que se requieren cantidades excesivas
de los reactivos de hidróxido de metal alcalino y
poliglicol con objeto de obtener una distribución
homogénea en todo el material contaminado, por
ejemplo suelo, sedimento, lodo o análogos, que se
someta a tratamiento. Las Patentes de EE.UU.
N◦ 4.349.380 y 4.523.043 de Pytlewski et al describen el uso de reactivos fabricados a partir de un
metal alcalino o hidróxido de metal alcalino y un
poliglicol o un poliglicol-monoalquil-éter para eliminar metales de materiales que contengan metales y para descomponer compuestos orgánicos de
azufre, respectivamente. De modo análogo, las
Patentes de EE.UU. N◦ 4.351.718 y 4.353.793 de
Brunelle describen métodos para eliminar hidrocarburos polihalogenados de soluciones en disolventes orgánicos no polares por tratamiento de las
soluciones contaminadas con una mezcla de polietilenglicol y un hidróxido de metal alcalino. Estos métodos son análogamente desventajosos en el
sentido de que se requieren cantidades excesivas
de reactivo.
Métodos adicionales para eliminar y/o destruir compuestos orgánicos halogenados contenidos en materiales contaminados se describen en
la Patente de EE.UU. N◦ 4.327.027 de Howard et
al, la Patente de EE.UU. N◦ 4.483.716 de Heller,
la Patente de EE.UU. N◦ 4.663.027 de Mendira-
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tta et al, las Patentes de EE.UU. N◦ 4.685.220 y
4.793.937 de Meenan et al, la Patente de EE.UU.
N◦ 4.761.221 de Rossi et al, la Patente de EE.UU.
N◦ 4.792.407 de Zeff et al, la Solicitud de Patente
Europea N◦ 118.858, el documento recogido en
Chemical Abstracts, Vol. 82, N◦ 139620P (1975)
y el documento de Kornel et al, Journal of Hazardous Materials, 12, (1985), páginas 161176. Sin
embargo, muchos de estos procesos y procesos
adicionales conocidos en la técnica para la eliminación y/o destrucción de compuestos orgánicos
halogenados en materiales contaminados son inadecuados debido al tiempo requerido para alcanzar niveles aceptables de eliminación y/o destrucción, el uso de cantidades excesivas de diversos
reactivos, el uso de reactivos caros, la producción
de subproductos tóxicos y/o combustibles, y/o el
hecho de que no se alcanzan niveles deseados de
eliminación y/o destrucción. Ası́ pues, existe necesidad de métodos mejorados y eficaces en costes para la eliminación, reducción y separación
por arrastre de compuestos orgánicos no halogenados de, y la deshalogenación de compuestos
orgánicos halogenados en materiales contaminados, métodos que resuelvan las desventajas de la
técnica anterior.
Sumario de la invención
De acuerdo con ello, es un objeto de la presente invención proporcionar nuevos métodos para
la descomposición por reducción y eliminación de
compuestos orgánicos halogenados y no halogenados contenidos en un medio contaminado. Es
un objeto adicional de la invención proporcionar
métodos para la descomposición por reducción y
eliminación de compuestos orgánicos halogenados
y no halogenados contenidos en un medio contaminado, métodos que emplean al menos un compuesto donante de hidrógeno. Es un objeto adicional de la invención proporcionar métodos para
la descomposición y eliminación de compuestos
orgánicos halogenados y no halogenados contenidos en un medio contaminado que emplean cantidades significativamente menores de reactivo y
que emplean reactivos de menor coste, en comparación con los métodos de la técnica anterior.
Es un objeto adicional de la invención proporcionar dichos métodos en los cuales se alcanzan niveles ambientalmente aceptables de compuestos
contaminantes orgánicos halogenados y no halogenados en los materiales tratados. Es un objeto
afı́n de la invención proporcionar dichos métodos
en los cuales los niveles ambientalmente aceptables de contaminantes en los materiales pueden
alcanzarse dentro de un perı́odo de tiempo corto.
Estos objetos y otros objetos adicionales son
alcanzados por la presente invención, que se refiere a métodos para la descomposición catalizada
por bases de compuestos orgánicos halogenados y
no halogenados contenidos en un medio contaminado. Los métodos de la invención comprenden
los pasos de añadir un carbonato, bicarbonato
o hidróxido de metal alcalino o de metal alcalinotérreo a un medio contaminado que contiene
los compuestos contaminantes orgánicos halogenados o no halogenados. El carbonato, bicarbonato o hidróxido de metal alcalino o alcalinotérreo
puede encontrarse en solución acuosa que distribuye el compuesto metálico por todo el medio y
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actúa como agente humectante, o en un disolvente, o se pueden añadir como una dispersión
o suspensión de sólidos. El medio contaminado
contiene adicionalmente un compuesto donante
de hidrógeno y una forma catalı́tica de carbono
que causará la formación de un ion hidrógeno en
forma de radical libre a partir del compuesto orgánico donante de hidrógeno. Por ejemplo, el compuesto orgánico donante de hidrógeno puede comprender un disolvente alifático de punto de ebullición alto y la forma catalı́tica de carbono puede
comprender un carbohidrato. Después del calentamiento del medio contaminado, el carbohidrato
se descompone y causa la formación de un ion hidrógeno en forma de radical libre a partir del compuesto donante de hidrógeno. El ion hidrógeno en
forma de radical libre se genera por consiguiente
in situ, es decir en el medio a tratar, y actúa como
el agente reductor para los compuestos contaminantes halogenados y no halogenados. De acuerdo
con ello, conforme a los métodos de la presente invención, el medio contaminado se calienta luego a
una temperatura y durante un tiempo suficientes
para deshidratar el medio. Aunque se separa el
agua, el compuesto del metal alcalino o alcalinotérreo y el compuesto donante de hidrógeno están
perfectamente distribuidos por todo el medio, y
concentrados a un estado muy reactivo. Después
de la deshidratación, el medio se calienta luego
adicionalmente a una temperatura comprendida
entre 200 y 400◦C durante un tiempo suficiente
para efectuar la transferencia de hidrógeno del
compuesto donante a los contaminantes, tanto
halogenados como no halogenados. Los contaminantes reducidos se descomponen a estructuras
hidrocarbonadas simples. La descomposición de
los compuestos halogenados y no halogenados en
el medio contaminado depende más de la facilidad de donación de hidrógeno por el compuesto
donante (que es catalizada por el carbohidrato
descompuesto) a medida que la temperatura se
eleva dentro del intervalo mencionado anteriormente. Por último, se añade un ácido al medio en
una cantidad suficiente para neutralizar el medio
de tal manera que el mismo pueda devolverse a su
entorno original. Dado que se emplea la solución
acuosa o el disolvente, la cantidad de compuesto
de metal alcalino o alcalinotérreo que se requiere
para los presentes métodos se ve reducida significativamente en comparación con los métodos de
la técnica anterior. Adicionalmente, dado que el
compuesto metálico es distribuido perfectamente
por todo el medio por la solución acuosa, se consigue una destrucción o reducción uniforme de los
compuestos orgánicos halogenados y no halogenados. Además, dado que se emplean cantidades
menores de compuestos metálicos, no se requiere
el reciclado de los reactivos en exceso. Por último,
los presentes métodos que emplean un carbonato
o bicarbonato de metal alcalino son ventajosos
en el sentido de que estos compuestos son menos
corrosivos que los hidróxidos de metal alcalino y
requieren menos ácido para su neutralización.
Estos objetos y ventajas, y otros adicionales,
se comprenderán más plenamente a la vista de la
descripción detallada siguiente.
Descripción detallada
La presente invención comprende métodos pa3
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ra la descomposición y eliminación de compuestos
orgánicos halogenados y no halogenados contenidos en un medio contaminado. El medio contaminado puede comprender suelo, lodo, sedimento
o un lı́quido. Los presentes métodos son particularmente adecuados para uso con suelos, lodos y
sedimentos. Los métodos son adecuados para uso
con medios que contienen hasta 100.000 partes
por millón (ppm) de compuestos orgánicos halogenados, alifáticos o aromáticos, por ejemplo
BPCs, o niveles aún mayores de los compuestos
orgánicos halogenados, y para uso con medios que
contienen hasta 100.000 ppm de contaminantes
orgánicos no halogenados. Los medios contaminados que son adecuados para uso en la invención
pueden incluir también un absorbente o adsorbente, por ejemplo carbono activado gastado o
análogos. Adicionalmente, los métodos de la invención pueden utilizarse para el tratamiento de
materiales halogenados puros, por ejemplo aldrı́n,
dieldrı́n y otros pesticidas halogenados.
Generalmente, los métodos de la invención
comprenden añadir un carbonato, bicarbonato o
hidróxido de metal alcalino o alcalinotérreo, o una
mezcla de los mismos, al medio contaminado que
contiene uno o más compuestos contaminantes
orgánicos halogenados o no halogenados. El carbonato, bicarbonato o hidróxido de metal alcalino
o alcalinotérreo puede añadirse al medio contaminado en una solución acuosa o en un disolvente
de punto de ebullición alto. Alternativamente,
el carbonato, bicarbonato o hidróxido de metal
alcalino o alcalinotérreo se puede añadir en la
forma de una dispersión o suspensión de sólidos.
Cuando el carbonato, bicarbonato o hidróxido de
metal alcalino o alcalinotérreo se añade en una
solución acuosa, el agua de la solución acuosa
contribuye a distribuir el compuesto metálico homogéneamente por todo el medı́o contaminado.
alternativamente, si el carbonato, bicarbonato o
hidróxido metálico se añade con un disolvente de
punto de ebullición alto, disolventes adecuados
tienen punto de ebullición de al menos 200◦ C,
y preferiblemente de 200◦ C a aproximadamente
500◦C. Disolventes preferidos incluyen compuestos hidrocarbonados. En una realización adicional, el compuesto de carbonato, bicarbonato o
hidróxido de metal alcalino o alcalinotérreo se
puede añadir al medio contaminado en una solución acuosa, en la cual la solución acuosa contiene adicionalmente un disolvente de punto de
ebullición alto.
El carbonato, bicarbonato o hidróxido de metal alcalino o alcalinotérreo se añade al medio contaminado en una cantidad de 1 a 20 por ciento en
peso, basada en el peso del medio contaminado.
La cantidad especı́fica de compuesto metálico que
se requiere depende del nivel de compuestos contaminantes orgánicos halogenados o no halogenados contenidos en el medio contaminado. En
una realización preferida, el compuesto metálico
se añade en una cantidad de 2 a 12 por ciento en
peso basada en el peso del medio contaminado.
El metal que forma el reactivo de carbonato, bicarbonato o hidróxido puede ser cualquiera de los
metales alcalinos y alcalinotérreos, o mezclas de
los mismos. Metales alcalinos preferidos incluyen,
litio, sodio y potasio, siendo particularmente pre4
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feridos sodio y potasio.
Los carbonatos y bicarbonatos de metal alcalino y alcalinotérreo se prefieren para uso en ciertos sistemas debido a sus menores efectos corrosivos en comparación con los hidróxidos de metal
alcalino y alcalinotérreo. Sin embargo, los compuestos de tipo hidróxido se prefieren para uso
en sistemas en los cuales el medio contaminado
es de naturaleza ácida o comprende un material
hidrocarbonado.
De acuerdo con una caracterı́stica importante
de la invención, el medio contaminado contiene
además un compuesto donante de hidrógeno.
El compuesto donante de hidrógeno proporciona
átomos de hidrógeno para reacción con los contaminantes halogenados y no halogenados. Los productos de reacción reducidos resultantes se descomponen a estructuras hidrocarbonadas simples.
El compuesto donante de hidrógeno comprende
un compuesto orgánico y puede estar contenido
originalmente en el medio contaminado junto con
el contaminante halogenado o no halogenado. Si
el medio contaminado no contiene ya un compuesto donante de hidrógeno, el compuesto donante
de hidrógeno puede añadirse al medio contaminado junto con el carbonato, bicarbonato o hidróxido de metal alcalino o alcalinotérreo. En
una realización, el compuesto donante de hidrógeno puede comprender el disolvente de punto de
ebullición alto en el cual se añade el compuesto
de metal alcalino o alcalinotérreo al medio contaminado. Compuestos donantes de hidrógeno adecuados incluyen ácidos grasos, alcoholes alifáticos
o hidrocarburos, aminas y análogos. Con objeto
de activar estos compuestos para producir hidrógeno en forma de radical libre, tiene que añadirse
una fuente de carbono en solución o suspensión.
Una fuente de carbono económica que es soluble
en agua y adecuada para uso en la invención comprende un carbohidrato, por ejemplo sacarosa.
Después de la adición del compuesto de metal alcalino o alcalinotérreo, el medio contaminado que contiene el compuesto donante de hidrógeno se calienta a una temperatura y durante
un tiempo suficientes para deshidratar completamente el medio, es decir, para eliminar el 100 por
ciento en peso del agua contenida en él. Este paso
de calentamiento puede realizarse a la presión atmosférica o a presiones reducidas o elevadas, si
se desea. Como se ha indicado anteriormente, el
agua que está incluida en la solución acuosa permite una distribución homogénea del compuesto
de metal alcalino o alcalinotérreo por todo el medio y actúa como agente humectante y como penetrante. Además, cuando el agua se elimina
del medio durante el paso de deshidratación, el
compuesto metálico se concentra entonces a un
estado muy reactivo, pero todavı́a está perfectamente distribuido por todo el medio contaminado.
Como será evidente, cuando el medio contaminado es un lı́quido, no se requiere la adición del
compuesto metálico en solución para una distribución uniforme del compuesto en todo el medio.
Después de la deshidratación, el medio se calienta ulteriormente a una temperatura comprendida entre 200 y 400◦C durante un tiempo suficiente para efectuar la descomposición reductora de los compuestos contaminantes orgánicos
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halogenados y no halogenados. Más preferiblemente, el medio se calienta a una temperatura
comprendida entre 280◦C y 350◦C para efectuar
la descomposición reductora de los compuestos
orgánicos halogenados y no halogenados. Este
paso puede conducirse a presión atmosférica o a
presiones reducidas o elevadas. El tiempo requerido para la descomposición de los compuestos
orgánicos halogenados depende análogamente del
nivel de dichos compuestos en el material contaminado. Generalmente, sin embargo, es suficiente
un perı́odo de tiempo de aproximadamente 0,5 a
aproximadamente 2 horas.
Cuando el medio contaminado se calienta a
una temperatura de 200 a 400◦C, la fuente de
carbono (es decir, un carbohidrato tal como sacarosa) actúa como catalizador para la formación
de un ion hidrógeno reactivo a partir del compuesto donante de hidrógeno. Esta reacción catalizada se representa por la fórmula de reacción
siguiente:
R+M
200-400◦C
−−−−−−−−−→
carbono∗
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-.
R’ + H + M+
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en la cual R es el compuesto donante de hidrógeno, M es el compuesto metálico, carbono∗ es la
fuente de carbono, por ejemplo un carbohidrato,
-.
y H es el hidrógeno en forma de radical libre. El
ion hidrógeno en forma de radical libre reactivo
reacciona luego con los compuestos contaminantes orgánicos halogenados contenidos en el medio
contaminado de acuerdo con la reacción siguiente:
-.
200-400◦C
H + R-X + M+ −−−−−−−−−→
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R-H + MX
en la cual R-X es el contaminante orgánico halogenado, siendo X el átomo de halógeno, y R-H es
la forma reducida del compuesto contaminante.
Ası́ pues, el carbonato, bicarbonato o hidróxido de metal alcalino o alcalinotérreo cataliza la
deshalogenación y reducción tanto de los contaminantes halogenados como de los no halogenados.
Por último, el medio se trata con un ácido
para neutralización. Preferiblemente, el ácido se
añade en cantidad suficiente para proporcionar al
medio un valor de pH comprendido entre aproximadamente 7 y aproximadamente 9. Acidos adecuados para uso en la invención comprenden ácido
sulfúrico, ácido fosfórico, ácido clorhı́drico y ácido
nı́trico. Con la excepción del ácido clorhı́drico,
estos ácidos no solo neutralizan el medio, sino
que proporcionan también al suelo fertilizantes
valiosos, por ejemplo Na2 SO4 o sulfato de sodio
en el caso del uso de ácido sulfúrico, NaH2 PO4 ,
Na2 HPO4 , Na3 PO4 o fosfatos de sodio en el caso
del uso de ácido fosfórico, y NaNO3 o nitrato de
sodio en el caso de uso de ácido nı́trico, supuesto
que se emplee sodio como metal alcalino. Si se
utiliza potasio, se producen las sales potásicas. El
medio resultante puede devolverse luego en condiciones seguras a su entorno original, si se desea.
En una realización alternativa de los métodos
de la presente invención, contaminantes halogenados y no halogenados que pueden despojarse de
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sus medios contaminados se recogen en un condensado y se extraen en aceite de punto de ebullición alto. Los contaminantes pueden destruirse
luego mediante el uso de los presentes métodos en
los cuales se añaden un carbonato, bicarbonato o
hidróxido de metal alcalino o alcalinotérreo, un
compuesto donante de hidrógeno y una fuente de
carbono al contaminante, y la mezcla resultante
se calienta a una temperatura de 200 a 400◦C.
Por regla general, el oxı́geno no es perjudicial para los métodos de la presente invención,
y por consiguiente no es necesario excluir el
aire. Cuando se aplican a la descontaminación de
fluidos hidrocarbonados, alifáticos o aromáticos,
puede ser deseable excluir el aire con objeto de
impedir la ignición del hidrocarburo. Ası́, los
presentes métodos pueden realizarse sea en presencia o ausencia de una atmósfera que contenga
oxı́geno.
Dado que los presentes métodos emplean cantidades relativamente pequeñas de compuestos
metálicos alcalinos o alcalinotérreos, y disolvente
si se utiliza, no hay necesidad alguna de recuperar los reactivos en exceso para su reutilización. Además, dado que la presente invención emplea agua para mojar el medio contaminado y distribuir los compuestos de metal
alcalino o alcalinotérreo en el mismo, los presentes métodos son significativamente menos costosos que los métodos de la técnica anterior que
emplean polietilenglicol para mojar el medio contaminado. Los presentes métodos pueden realizarse en un sistema continuo o por cargas, y,
si se desea, todos los pasos pueden realizarse
en un solo reactor. Como se demostrará en
los ejemplos, los métodos de la invención descomponen los compuestos orgánicos halogenados,
particularmente haloaromáticos, y los compuestos aromáticos cı́clicos, a niveles no detectables.
Adicionalmente, los productos de los presentes
métodos son no-mutágenos, no-teratógenos y no
tóxicos para las formas de vida.
Además, los métodos de descomposición catalizados por bases de acuerdo con la presente
invención son ventajosos en el sentido de que la
descomposición tanto de los compuestos contaminantes halogenados como de los no halogenados
se consigue en grados mayores y en menos tiempo
en comparación con los métodos de la técnica
anterior que emplean reactivos derivados de la
reacción de hidróxidos de metal alcalino y polietilenglicol. Los métodos de acuerdo con la presente
invención son también ventajosos con respecto a
dichos métodos de la técnica anterior en el sentido de que los métodos de la técnica anterior no
podrı́an emplearse para descomponer o eliminar
eficazmente contaminantes orgánicos no halogenados a partir de medios contaminados.
Los métodos de la presente invención se demuestran en los ejemplos siguientes:
Ejemplo 1
Este ejemplo demuestra la aplicación de los
métodos de acuerdo con la presente invención a
un material lı́quido contaminado. Cincuenta ml
de un material disolvente alifático contaminado
de punto de ebullición alto que contenı́a 10% de
aldrı́n se mezclaron con una solución acuosa formada a partir de 10 gramos de bicarbonato de
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sodio y 10 ml de agua que contenı́a 1 gramo de
sacarosa. El material disolvente sirvió como el
compuesto donante de hidrógeno. La mezcla se
agitó por batido y se calentó a 290 hasta 320◦C
durante aproximadamente 1 a 2 horas. La concentración de aldrı́n disminuyó rápidamente hasta
por debajo de los lı́mites detectables, dando ası́
como resultado un disolvente exento de aldrı́n.
Ejemplo 2
Este ejemplo demuestra la aplicación de los
métodos de acuerdo con la presente invención al
tratamiento de suelo contaminado. Cien gramos
de suelo contaminado que contenı́a 2.200 ppm de
R
, 1.000 ppm de Aroclor 1242, 1.000
Aroclor 1260
ppm de pentaclorofenol, 1.000 ppm de dieldrı́n,
1.000 ppm de lindano y 500 ppm del compuesto
no halogenado 2-fenilnaftaleno se suministraron
a un sistema de reactor quı́mico. Aproximadamente 5 gramos de bicarbonato de sodio (5 por
ciento en peso del medio contaminado) y 1 ml de
un disolvente hidrocarbonado alifático de punto
de ebullición alto se añadieron al suelo en una solución de 20 ml de agua que contenı́a 1 gramo de
sacarosa. El disolvente sirvió como el compuesto
donante de hidrógeno. La mezcla resultante se
convirtió en una lechada y se calentó de tal manera que el agua contenida en el sistema se separó
por destilación. El sistema de reacción se calentó
luego adicionalmente a una temperatura de aproximadamente 290 a 340◦C durante un perı́odo de
0,25 a 1,5 horas. Al cabo de aproximadamente
0,25 horas y a una temperatura de 340◦C, los residuos contenidos en el suelo representaban menos de 1 ppm para el conjunto de contaminantes.
El 2-fenilnaftaleno se redujo a un hidrocarburo
cı́clico que se separó por destilación del matraz
de reacción.
Ejemplo 3
Este ejemplo demuestra adicionalmente el poder reductor de los presentes métodos aplicados a una mezcla de bifenilo policlorado. A
una porción de 50 ml de un disolvente alifático
de punto de ebullición alto (intervalo de punto
de ebullición 340-390◦C) se añadieron 1,0 gramos de Aroclor 1260 neet [sic]. Este material
se puso en un matraz de fondo redondo de 200
ml equipado con agitador, y se añadieron 5 gramos de hidróxido de sodio y 2 gramos de sacarosa. El matraz estaba equipado también con
una columna de fraccionamiento y un condensador con colector. El contenido del matraz se
calentó a 350◦ C durante 2 horas, después de lo
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cual el contenido de matraz se enfrió y se tomó
una muestra para determinar el contenido residual de BPCs. No se detectó cantidad alguna de
bifenilos policlorados en este aceite residual. Se
detectó una cantidad traza de bifenilo.
El condensado de esta reacción que estaba
constituido aproximadamente por 1,2 ml de agua
y 2 ml de un material aceitoso se ensayó también
respecto a BPCs. El compuesto principal en el
condensado era bifenilo con una pequeña cantidad de trazas de mono- y di-clorobifenilos. Adicionalmente, el condensado contenı́a materiales
alifáticos de punto de ebullición bajo (100-200◦C)
que se generaron a partir del disolvente alifático
de punto de ebullición alto.
Ası́ pues, los métodos de la presente invención
son ventajosos tanto para la destrucción como
para la eliminación de compuestos orgánicos halogenados y no halogenados de un medio contaminado. Los métodos de la presente invención emplean compuestos relativamente económicos, a saber, los carbonatos, bicarbonatos e hidróxidos de
metal alcalino o alcalinotérreo, opcionalmente disolventes hidrocarbonados de punto de ebullición
alto, y una forma catalı́tica de carbono obtenida
a partir de un carbohidrato. Los reactivos se emplean en cantidades relativamente pequeñas en
comparación con los métodos de la técnica anterior. Adicionalmente, los carbonatos y bicarbonatos de metal alcalino o alcalinotérreo empleados
en los métodos de la presente invención son menos
corrosivos que los hidróxidos de metal alcalino y
alcalinotérreo, aunque, como se ha indicado anteriormente, los hidróxidos pueden ser necesarios
en algunos casos. Ası́ pues, los métodos de la
presente invención proporcionan un proceso mejorado para destruir o reducir compuestos halogenados y no halogenados a niveles no detectables. Los productos obtenidos por los presentes
métodos son materiales simples de peso molecular inferior, por ejemplo, hidrocarburos, alcanos,
alcoholes y análogos, que son no mutágenos, no
teratógenos y no tóxicos para las formas de vida.
Los ejemplos que anteceden se presentan para
ilustrar realizaciones especı́ficas de la invención,
y no tienen por objeto limitar el alcance de los
métodos de la presente invención. Realizaciones y
ventajas adicionales comprendidas dentro del alcance de la invención reivindicada serán evidentes
para las personas con experiencia ordinaria en la
técnica.
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ES 2 097 205 T3
REIVINDICACIONES
1. Un método para la descomposición reductora de compuestos contaminantes orgánicos halogenados o no halogenados contenidos en un medio contaminado, que comprende
a) añadir un carbonato, bicarbonato o hidróxido de metal alcalino o alcalinotérreo, como
una solución acuosa o como una suspensión
en un disolvente que tiene un punto de ebullición de al menos 200◦C o en la forma de
una suspensión de sólidos a un medio contaminado que contiene compuestos contaminantes orgánicos halogenados o no halogenados y que contiene adicionalmente
un compuesto donante de hidrógeno y una
forma catalı́tica de carbono susceptible de
formar iones hidrógeno en forma de radicales libres;
b) calentar el medio contaminado a una temperatura y durante un tiempo suficientes
para deshidratar el medio;
y
c) calentar adicionalmente el medio a una temperatura comprendida entre 200 y 400◦C
durante un tiempo suficiente para causar
la formación de un ion hidrógeno en forma
de radical libre en el mismo y efectuar la
descomposición reductora de los compuestos contaminantes orgánicos halogenados o
no halogenados.
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2. Un método de acuerdo con la reivindicación
1, en el cual el compuesto de metal alcalino o alcalinotérreo se añade como una solución acuosa
que contiene adicionalmente un disolvente hidrocarbonado que tiene un punto de ebullición de al
menos 200◦C.
3. Un método de acuerdo con la reivindicación
1, en el cual el compuesto de metal alcalino o
alcalinotérreo se añade como una suspensión en
un disolvente que tiene un punto de ebullición de
al menos 200◦C y que comprende un compuesto
hidrocarbonado.
4. Un método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual el compuesto de
metal alcalino o alcalinotérreo se añade en una
cantidad de 1 a 20 y preferiblemente de 2 a 12
por ciento en peso basada en el peso del medio
contaminado.
5. Un método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en el cual la forma de carbono
catalı́tica comprende un carbohidrato que se descompone para formar un ion hidrógeno en forma
de radical libre a partir del compuesto donante de
hidrógeno.
6. Un método de acuerdo con la reivindicación
5, en el cual el carbohidrato comprende sacarosa.
7. Un método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, en el cual el medio contaminado se calienta a vacı́o para deshidratar el medio.
8. Un método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, en el cual en el paso c) el medio se calienta ulteriormente a una temperatura
comprendida entre 280 y 400◦C para efectuar la
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descomposición reductora de los compuestos contaminantes orgánicos.
9. Un método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, en el cual en un paso d) se
añade un ácido al medio en una cantidad suficiente para proporcionar al medio un pH de 7 a 9.
10. Un método de acuerdo con la reivindicación 9, en el cual el ácido se selecciona del grupo
constituido por ácido sulfúrico, ácido fosfórico,
ácido clorhı́drico y ácido nı́trico.
11. Un método de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 10, en el cual el medio contaminado comprende suelo.
12. Un método de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 10, en el cual el medio contaminado comprende lodo.
13. Un método de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 10, en el cual el medio contaminado comprende sedimento.
14. Un método de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 10, en el cual el medio contaminado comprende un lı́quido.
15. Un método de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 14, en el cual el medio contaminado incluye un absorbente que comprende
carbono activado gastado.
16. Un método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 15, en el cual el medio contaminado contiene hasta 100.000 ppm de compuestos
orgánicos halogenados.
17. Un método de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 16, en el cual el medio contaminado comprende un material halogenado puro.
18. Un método de acuerdo con una de las
reivindicaciones 9 a 17, en el cual el medio que
resulta del paso de adición de ácido se devuelve a
su entorno original.
19. Un método de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 18, en el cual el medio contaminado contiene originalmente el compuesto donante de hidrógeno.
20. Un método de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 18, en el cual el donante de
hidrógeno se añade al medio contaminado.
21. Un método de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 20, en el cual el donante de
hidrógeno es un ácido graso o un alcohol alifático.
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NOTA INFORMATIVA: Conforme a la reserva
del art. 167.2 del Convenio de Patentes Europeas (CPE) y a la Disposición Transitoria del RD
2424/1986, de 10 de octubre, relativo a la aplicación
del Convenio de Patente Europea, las patentes europeas que designen a España y solicitadas antes del
7-10-1992, no producirán ningún efecto en España
en la medida en que confieran protección a productos quı́micos y farmacéuticos como tales.
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Esta información no prejuzga que la patente esté o
no incluı́da en la mencionada reserva.
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