专利名称：注入硫的有机粘土汞和/或砷离子去除介质的制作方法
技术领域：
本发明涉及组合物，制备该组合物的方法，和利用该组合物从水；和/或气流，如 天然气；工业烟囱物等中去除汞(有机汞、Hg、Hg+、和/或Hg+2)和/或砷(As+3和/或As+5) 的方法。所述组合物在本文中还被称为“介质”、或“汞去除介质”、或“砷去除介质”、或“Hg/ As去除介质”，可以被用于从任何水源中去除汞和/或砷，且特别被用于从饮用水、工业废 水、被污染的地下水、被污染的沉积物、近海的生产水中去除汞和/或砷，使得生成的水可 以回流至海洋；并且用于从含水的矿业废物中去除汞和/或砷。所述Hg/As去除介质包括 均质且优选为挤压的组合物，该组合物包含层状页硅酸盐；元素硫(游离状态的硫)；和有 机页硅酸盐表面处理剂，优选为鐺阳离子，从而得到含硫的有机粘土。硫与页硅酸盐以共价 形式、离子形式、物理方式、或上述机理的组合结合在一起。背景和现有技术汞和砷污染物存在于水中，而汞既存在于水中也存在于气体中，所述水和气体主 要来自于火山喷发、燃煤电厂、煤燃烧的释放物、来自天然气的汞蒸气和/或颗粒、来自油 气工业的生产水、来自黄金生产和有色金属生产(例如，熔炼炉)中的废水、来自混凝土生 产中的废水、污水淤渣焚烧物、苛性钠的生产、生铁和钢的生产、和汞生产的废料；所述汞主 要用于加入电池中。含汞的产品包括汽车部件、电池、荧光灯泡、医用产品、温度计和温度 调节装置。可用于去除汞和砷的技术(如沉淀、凝聚/共沉淀、活性碳吸附、离子交换等)对 于去除汞和砷(亚砷酸盐和砷酸盐化合物)而言不是很有效的。本受让人的有机粘土在 过去的十年中已被证明为对许多有机污染物都是有效的。例如，参见本受让人的美国专利 No. 6，398，951、Νο· 6，398，966,No. 6，409，924、和 No. 6，749，757，将它们引入本文作为参考。 本文所描述的新的Hg/As过滤介质，可以以相似的方式操作，或与有机粘土介质一起使用， 但对于去除汞或砷而言更加有效。本文所描述的Hg/As去除介质具有与用于去除有机污染物的有机粘土的相似的 物理形式，并且可以与以上所列专利所描述的相似地装在罐或柱中。此外，本文所描述的 Hg/As去除介质被置于单层或多层的透水性垫中，如本受让人于2003年11月19日提交 的编号为No. 10/718, 128(公开号为No. 2005-01013707A1)、于2005年9月7日提交的编 号为No. 11/221,019(公开号为No. 2006/0000767A1)、于2006年7月19日提交的编号 为No. 11/489，383(公开号为No. 2006-0286888 Al)、于2006年11月14日提交的编号为 No. 11/599,080(公开号为No. 2007-005卯42 Al)、和于2007年4月27日提交的编号为 No. 11/741，376(公开号为No. 2007-0206994 Al)的已公开申请中所描述的，将其全部内容 引入本文作为参考。从根本上讲，Hg/As去除介质基于有机粘土技术，但是利用若干独特的化学物质来进行实质上的改性以增强对含汞和砷的化合物的吸附。吸附汞的机理基于化学 键合、离子键合、机械键合、或它们的组合。汞和/或砷将结合到介质的外表面和内表面，并 且结合过程是不可逆的。本文所描述的Hg/As去除介质对于全部汞源和砷源都是有效的，所述汞源和砷源 包括有机类型的汞和砷，包括有机汞和有机砷化合物；金属汞(零价的)；亚砷酸盐和砷 酸盐化合物；砷离子(III价和V价)；和汞离子(I价和II价)。当涉及基于有机的汞和/ 或砷时，除了化学键合之外可以涉及分区的吸附机理。此外，本文所描述的Hg/As去除介质 还可以有效地去除油、脂膏和其它有机污染分子。当所有的吸附位都饱和时，介质将最终用 尽。实际的介质寿命将取决于被污染的水的组成和场所的操作条件。Greco的美国专利No. 5，512，526描述了通过将脂肪硫醇(例如，十二烷基硫醇) 与含有脂肪烷基的季铵化合物反应来制备基于粘土的重金属去除介质。如所述的，硫醇的 疏水性脂肪烷基基团以某种方式与季铵化合物的脂肪烷基基团相结合。简述根据本发明已发现，利用注入硫的有机粘土提供了具有提高的反应性、稳定性以 及汞和砷去除能力的汞和砷去除介质。本文所述的Hg/As去除介质是通过将元素硫(游离 状态)注入亲有机物质的粘土来制备的。供选择地，在注入硫得到的有机粘土之前或同时， 可以通过用表面处理剂(例如，能够增大粘土片晶的晶面间距的聚合物)，或优选地用鐺离 子处理粘土，将粘土制成亲有机物质性的。附图的简要说明
图1和2为显示实施例所描述的Hg/As去除介质的汞去除效果的曲线图；图3为显示实施例6的Hg/As去除介质的砷去除结果的曲线图；图4为近海钻油井平台的侧视图，该侧视图通常显示了被装在附着在具有可选设 置的集水池(sump tank)的近海钻油井平台的支撑结构上的罐中的Hg/As去除介质；图5为包含多个装有Hg/As去除介质的柱或罐的容器的实施方案的截面图，所述 介质用于有效地去除包含在水中的汞或砷；图6为包含多个装有Hg/As去除介质的柱或罐的容器的优选实施方案的正视图；图7为图6所示容器的头部的俯视图，并且在头部中的开口用于接收渗透性导管， 各个导管可以穿过图5和图6所示的柱或罐的叠层延伸；和图8为装有Hg/As去除介质的容器的实施方案的局部侧面剖视图，所述容器包括 多个层叠的柱(图5和6)。应当理解的是，尽管以下本发明优选实施方案的描述涉及在近海钻井平台上使用 的方法、设备和汞/砷去除介质，但是本发明还用于从任何被污染的水(包括饮用水、工业 废水、被污染的地下水供给)；和/或气流(例如，工业烟 )；含水矿业废物；和被污染的地 下水和泥土沉积物中去除汞和/或砷，特别是当被装在如本申请的第三段所描述的反应垫 (reactivemat)中时，或当以体状(in bulk form)使用时，或当以共混的形式(in abIended form)使用时，例如，其它组分可以为沙、颗粒状无烟煤、颗粒状活性碳和它们的组合，其含 量为基于共混物总重量的约1重量％至约80重量％。优选实施方案的详述应当理解的是，尽管以下本发明优选实施方案的描述涉及在近海钻井平台上使用的方法、设备和汞/砷去除介质，但是本发明还用于从任何被污染的水，包括饮用水、工 业废水、被污染的地下水供给、含水矿业废物、和被污染的地下水和泥土沉积物中去除汞和 砷；特别是当被装在如本申请的第三段所描述的反应垫中时，或当以体状或共混的形式使 用时。本文所描述的Hg/As去除介质为含硫的层状亲有机物质的页硅酸盐，通过与有机 页硅酸盐表面处理剂，优选为释放鐺离子的化合物反应来(或已经)将该页硅酸盐制成亲 有机物质的，并且已经通过用元素硫注入(impregnation with elemental sulfur)来将该 页硅酸盐制成汞反应活性的和砷反应活性的。页硅酸盐页硅酸盐可以为蒙皂石粘土，例如膨润土、蒙脱石、锂蒙脱石、贝得石、皂石、绿 脱石、铬岭石、锌蒙脱石、硅镁石、和/或合成的蒙皂石衍生物，特别是含氟锂蒙脱石和锂皂 石；混合的层状粘土和它们的合成衍生物，特别是累托石(rectonite)；蛭石、伊利石、云母 材料、和它们的合成衍生物；层状水合结晶聚硅酸盐，特别是马水硅钠石(makatite)、卡勒 米特石(kanemite)、八硅酸盐(octasilicate) (illierite)、麦羟硅钠石(magadiite)和 / 或水羟硅钠石(kenyaite)、绿坡缕石、坡缕石、海泡石(s印oilite)、或它们的任意组合。粘土表面改件剂用于形成有机粘土的表面改性剂(插入剂)，包括但不限于，伯胺、仲胺、叔胺、和 离子和/或鐺盐化合物、聚季铵盐(polyquat)、聚胺、阳离子聚合物和它们的衍生物、阴离 子聚合物、以及它们的混合物。在润湿过程中，将表面改性剂(例如，鐺离子)加入到固体组合物或液体组合物 (纯的或搀水的，具有或不具有有机溶剂(例如，异丙醇和/或乙醇)，必要时帮助溶解鐺离 子化合物)形式的层状材料集合中，所述组合物具有足够的表面改性浓度(例如，鐺离子浓 度)以提供以粘土重量计(90-95%的水)约5%至约10%的浓度，并且将表面改性剂(例 如，鐺离子化合物)加入到粘土浆料水中，优选地，鐺离子与可交换夹层阳离子的摩尔比至 少为约0.5 1，更优选为至少约1 1。然后，很容易地将插入鐺离子的粘土从水中分离， 因为现在的粘土是疏水性的，并在烘箱中干燥至小于约5%的水，优选为完全干燥。可以将 鐺离子表面改性剂化合物或聚合物以添加有层状材料表面改性剂共混物的固体来加入，所 述层状材料表面改性剂共混物优选地含有基于层状材料干重计的约20%至约40%的水和 /或有机溶剂，更优选为至少约30%的水或更多。基于层状材料干重计的优选约30%至约 40%的水，更优选为约25-35%的水被包含在鐺离子插入组合物中，使得较少的水通过插入 而被吸附，从而使在鐺离子插入后需要较少的干燥能量。通常，用于制备或制造有机粘土介质的干燥过程可以如下所述。将粉末形式的 粘土矿物通过用于固体的主要料口(通常为挤压机)进料至混合机中。除了粘土进料料 口之外，还可以使用第二粉末形式固体的单独的料口。如果有的话，将液体形式的添加剂 (包括水、插入剂和偶联剂)通过单独的料口进料至混合机中。可以将多种形式的固体 或液体进行预混，或者可以通过单独的混合机将固体和液体进行预混，之后进料至挤压机 (extender)中。优选的液体重量为基于混合物总重量计的10%至50%，更优选为20%至 40%，最优选为25%至35%。将来自挤压机的均质混合物通过干燥器来进一步干燥，并被 磨碎成优选的颗粒尺寸。可以使用筛分工艺来收集具有期望颗粒尺寸分布的最终产品。
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所述鐺离子通常可以由下式来表示
权利要求
1.一种通过接触从水中去除汞和/或砷或者从气体中去除汞的污染物去除介质，该污 染物去除介质包含有机粘土和元素硫的均质混合物。
2.权利要求1所述的污染物去除介质，其中，组分的百分比如下a)有机粘土50至99. 5重量％ ；b)元素硫0.5至50重量％。
3.权利要求2所述的污染物去除介质，其中，所述有机粘土包含用插入剂插入的层状 页硅酸盐，并且其中，组分的百分比如下a)页硅酸盐1-90%；插入剂10-50% ；b)元素硫0.5-50% ο
4.权利要求3所述的污染物去除介质，其中，所述组分的百分比如下a)页硅酸盐=35-83%；插入剂15-45% ；b)元素硫2-20%ο
5.权利要求4所述的污染物去除介质，其中，所述组分的百分比如下a)页硅酸盐=50-77%；插入剂20-40% ；b)元素硫:3-10%。
6.权利要求5所述的污染物去除介质，其中，所述组分的百分比如下a)页硅酸盐=59-71%；插入剂25-35% ；b)元素硫4-6%。
7.权利要求6所述的污染物去除介质，其中，所述组分的百分比如下a)页硅酸盐65%；插入剂30% ；b)元素硫5%。
8.权利要求1所述的污染物去除介质，其中，在挤压机中将所述混合物挤压。
9.一种从水中去除汞和/或砷的方法，所述方法包括将水与权利要求1所述的污染物 去除介质相接触。
10.一种从水中去除汞和/或砷的方法，所述方法包括将水与权利要求2所述的污染物 去除介质相接触。
11.权利要求1所述的污染物去除介质，其中，所述元素硫的颗粒尺寸为至少80重量％ 的颗粒小于美国筛制中的18目。
12.权利要求11所述的污染物去除介质，其中，所述元素硫的颗粒尺寸为至少80重 量％的颗粒小于美国筛制中的50目。
13.权利要求12所述的污染物去除介质，其中，所述元素硫的颗粒尺寸为至少80重 量％的颗粒小于美国筛制中的70目。
14.权利要求13所述的污染物去除介质，其中，所述元素硫的颗粒尺寸为至少80重 量％的颗粒小于美国筛制中的80目。
15.权利要求14所述的污染物去除介质，其中，所述元素硫的颗粒尺寸为至少80重 量％的颗粒小于美国筛制中的100目。
16.一种通过接触从水中去除汞和/或砷或者从气体中去除汞的污染物去除介质，该 污染物去除介质包含用表面改性的层膨胀插入剂插入的层状页硅酸盐和硫的均质混合物。
17.权利要求16所述的污染物去除介质，其中，在挤压机中将所述混合物挤压。
18.权利要求16所述的污染物去除介质，其中，所述层膨胀插入剂选自鐺离子、聚合物 及其混合物。
19.一种从水中去除汞和/或砷或者从气体中去除汞的方法，该方法包括将水或气体 与权利要求16所述的去除介质相接触。
20.权利要求16所述的汞去除介质，其中，所述元素硫的颗粒尺寸为至少80重量％的 颗粒小于美国筛制中的18目。
21.权利要求20所述的汞去除介质，其中，所述元素硫的颗粒尺寸为至少80重量％的 颗粒小于美国筛制中的50目。
22.权利要求21所述的汞去除介质，其中，所述元素硫的颗粒尺寸为至少80重量％的 颗粒小于美国筛制中的70目。
23.权利要求22所述的汞去除介质，其中，所述元素硫的颗粒尺寸为至少80重量％的 颗粒小于美国筛制中的80目。
24.权利要求23所述的汞去除介质，其中，所述元素硫的颗粒尺寸为至少80重量％的 颗粒小于美国筛制中的100目。
25.一种将含有有机污染物和汞或砷污染物的被污染的水再生的方法，该方法包括将被污染的水与有机粘土相接触，用于去除有机污染物；和将被污染的水与权利要求1所述的去除介质相接触，用于去除汞或砷。
26.权利要求25所述的方法，其中，所述有机粘土和去除介质被装在串联连接的分开 的容器中。
27.权利要求25所述的方法，其中，所述有机粘土和去除介质被装在同一容器中。
28.一种将含有有机污染物和汞污染物的被污染的气体再生的方法，该方法包括将被污染的气体与有机粘土相接触，用于去除有机污染物；和将被污染的气体与权利要求1所述的去除介质相接触，用于去除汞。
29.权利要求观所述的方法，其中，所述有机粘土和去除介质被装在串联连接的分开 的容器中。
30.权利要求观所述的方法，其中，所述有机粘土和去除介质被装在同一容器中。
31.权利要求1所述的污染物去除介质，其中，所述介质包含的颗粒的颗粒尺寸为至少 80重量％的颗粒小于5mm。
32.权利要求31所述的污染物去除介质，其中，所述介质包含的颗粒的颗粒尺寸为至 少80重量％的颗粒小于3mm。
33.权利要求32所述的污染物去除介质，其中，所述介质包含的颗粒的颗粒尺寸为至 少80重量％的颗粒小于2mm。
全文摘要
使用注入硫的有机粘土提供了一种具有提高的反应性、稳定性和汞去除能力的汞或砷去除介质。本文所描述的Hg/As介质是通过用元素硫(游离硫)浸渍亲有机物质的粘土来制备的。供选择地，可以在用硫浸渍有机粘土之前或同时，通过鎓离子反应来将粘土制成亲有机物质的。
文档编号B01D53/86GK102105209SQ200980126656
公开日2011年6月22日 申请日期2009年4月14日 优先权日2008年5月7日
发明者R·亚伯拉罕, Z·王 申请人:安姆科尔国际公司