[发明专利]处理工业废水的方法

说明书

技术领域

本发明涉及消除有机物质的电化学方法，特别是适用于工业废物的处理。

背景技术

有几类电化学处理方法被用于处理工业和市政废物：在最常见的应用中，除了用于消除微生物物质和用于破坏大多数有机物质的电氧化方法之外，产生活性氯、臭氧、过氧化物和其它活性自由基物质的方法也是已知的。在高有机物浓度的含水废物的情况下，电化学氧化处理在多数情况下是焚烧方法的唯一替代方法，由于含水级分蒸发有关的能量太高，并且在任何情况下都需要对气态排放物进行后续处理，因此焚烧方法的成本很高。然而，在工业过程排放物中通常存在众多的有机物质族，由于它们倾向于在阳极聚合形成会迅速导致阳极功能失活的致密、粘附且不导电的膜，因此不能对它们进行电化学氧化。最常见的不适于用阳极电氧化处理的物质的例子有存在共轭或芳香不饱和键的有机分子，在同时存在吸电子取代基时这些有机分子的聚合反应性会增强是众所周知的，例如所述吸电子取代基可在亲核取代反应中充当离去基团，启动与同种物质的其它分子之间的链式聚合过程。苯甲酸或三氟苯环上的氯化衍生物就是工业废物中所含物质的一种最典型的例子，对于这类衍生物目前并没有适合的消除策略，并且对其实施电氧化后会形成可能使工业使用的阳极失活的沥青(pitch)。这类化合物本身或者作为合成高度氟化的芳香化合物的中间体可用在制药工业、除草剂和染料的配制、螯合聚合物的合成或者液晶的制造中。

必须找到有效且廉价的有机物质消除方法的另一领域是从源自农业处理过程特别是除草剂的污染物质中恢复蓄水层。例如，吡啶羧酸衍生物族的系统除草剂(例如毒莠定，或者4-氨基-3，5，6-三氯-2-吡啶羧酸)具有对土壤的粘附较差，并且会被浸出(leach)直到到达蓄水层的倾向。并且，为了消除这类作为相关合成过程的工业废物以及作为水体污染物的分子，必须找到有效且廉价的处理方法，因为当时并不存在对焚化方法的任何适合的替代方法，无论是化学型还是电化学型的。

发明内容

本发明的多个方面记载在所附的权利要求中。

在一实施方式中，本发明涉及包含有机物质的含水溶液的处理方法，所述有机物质的至少一个碳原子是具有吸电子取代基的任选芳香共轭不饱和键的位置，所述方法包括在电化学电池的阴极处的还原步骤，以及同时或后续的氧化步骤，该氧化步骤也可以是电化学性的。不局限本发明于具体的理论，通常认为所述电化学还原步骤倾向于精确地攻击那些吸电子取代基，使得所述的共轭不饱和键倾向于在氧化阶段中聚合；在芳香物质的情况下，从环中脱除吸电子取代基具有使待破坏的分子不稳定的作用，并且所述处理可通过氧化步骤来完结，所述氧化步骤可包括简单地将所述溶液暴露于空气。在其它情况下，可以在实现所述还原步骤的同一电池中或者在前者下游的第二电池中实施电化学阳极氧化处理。

在一实施方式中，所述还原和氧化步骤是同时的，并且在未分隔的(undivided)配备有适合的阴极和阳极的电池中进行。

在一实施方式中，所述氧化步骤在所述还原步骤之后进行，并且这两个步骤在同一未分隔的配备有适合的阴极和阳极的电池中进行，其中所述氧化步骤通过在还原步骤完成后提高电流密度来实现。

在一实施方式中，所述还原步骤在不高于1kA/m²的低电流密度下进行。

在一实施方式中，还原步骤在不高于1kA/m²的低电流密度下进行，随后在例如介于1到3kA/m²之间的更高电流密度下进行氧化步骤。事实上，测试表明在有限的电流密度例如0.6kA/m²下进行还原，使得在还原本身完成之前同时发生阳极聚合过程的可能最小。

根据待处理的物质本领域技术人员可以选择更适合的实施方式；所述的方法可应用于众多具有共轭不饱和键、任选芳香族不饱和键的有机分子；作为非限制性的例子，所述方法可应用于具有在芳环上带有至少一个吸电子取代基的苯基、吡啶、吡咯、噻吩环的物质。作为非限制性的例子，所述吸电子取代基可包括卤素或腈、硫氰酸酯、异硫氰酸酯、酰胺、硝酰基、羰基、羧基、磺氧基、甲磺酰基和乙酰基。

在一实施方式中，用于实施所述处理方法的电化学电池包括银、镍、钛或石墨的金属阴极或者陶瓷阴极，例如基于钛的低氧化物的阴极。

在一实施方式中，用于实施所述处理方法的电化学电池包括涂覆有贵金属氧化物如钌和/或铱氧化物的诸如钛的阀用金属(valve metal)阳极。

在一实施方式中，用于实施所述处理方法的电化学电池包括在阴极和阳极之间没有隔板的未分隔的反应腔，用于将待处理溶液进料到阴极和阳极之间的间隙内的装置，用于在阴极和阳极之间受控地施加直流电的装置。