Спосіб знешкодження високотоксичних речовин

Спосіб знешкодження високотоксичних речовин, що здійснюється шляхом термофотолізу хлорорганічних сполук під впливом ультрафіолетового випромінювання в діапазоні хвиль 200-600нм в присутності фотокаталізатора, який відрізняється тим, що як каталізатор застосовують металевий вісмут в присутності оксидів алюмінію, кальцію або магнію і використовують випромінювання зі світловим потоком, не меншим за 17500лм, при температурі 300-400°С у присутності водяної пари. (19) (21) a200508849 (22) 19.09.2005 (24) 16.01.2006 (46) 16.01.2006, Бюл. № 1, 2006 р. (72) Мілоцький Вадим Вадимович, Целіщев Олексій Борисович, Ільїна Світлана Едуардівна, Яворський Анатолій Йосипович, Гранкін Валерій Павлович, RU, Остапенко Валерій Олексійович, RU (73) Мілоцький Вадим Вадимович, Ільїна Світлана Едуардівна (56) UA 8328, 2005 3 74760 4 Спосіб розкладання органічних речовин, ти з одного боку окислення вісмуту, а з іншого 28.11.91.], в якому для глибокого очищення застозапобігти протіканню "нового" синтезу діоксинів, совується озонування розчинів пестицидів, поєдоскільки відомо, що він інтенсифікується в діапанане з ультрафіолетовим опроміненням реакційної зоні температур 250-450°С за наявністю в газах маси. Слід відмітити, що даний спосіб придатний продуктів неповного розкладу, особливо хлоридів. тільки для знешкодження низькоконцентрованих Крім того, каталізатор обрано таким чином, водних розчинів. При цьому утворюються додатщоб його енергетичний вплив був еквівалентним кові забруднюючі речовини у вигляді смол і газів, енергіям розриву зв'язків у токсичних сполуках, що які можуть містити діоксини, оскільки наявність відповідає діапазону довжин хвиль 206-472нм. кисню не виключає можливості їх новоутворення. У способі, що заявляється, процес знешкоСуть винаходу полягає в наступному. дження хлорорганічних речовин ведуть переважно Знешкодження токсичних сполук здійснюють в при температурі, що забезпечує послаблення зв'яосновному термічними методами розкладу з викозків за рахунок пароутворення вуглеводню та збуристання різноманітних нейтралізуючих компонендження електронів в елементах, які складають тів. Величезні енергетичні витрати, складне апакаталізатор під впливом інтенсивного (більш ратурне оформлення, мали швидкості процесу, 17500лм) ультрафіолетового опромінювання при обмеженість у можливості керування проміжними цьому розриваються важкодоступні електронні стадіями компенсуються високою ступеню вивчепари зв'язків С1-С, O-Н та інші, що призводить до ності та прогнозуванням процесу, тому модернізаоб'ємного продовження реакції за ланцюговим ція в основному зводилася до поширення асортимеханізмом до утворення оксидів карбону та нементу каталізаторів, що застосовуються, та значної кількості хлористого водню. вдосконаленню конструкцій реакційних апаратів. Звідси випливає, що йде процес знешкодженСучасні способи знешкодження, такі як плазня хлорорганічних сполук в одну стадію з високим мохімічні та радіаційна обробка пучком електронів, ступеням розкладу без домішок діоксинів, так як або мають обмежені можливості зміни хімічного при цьому відсутні побічні реакції: утворення діокскладу та оптимізації процесу знешкодження, або синів, яки звичні для високотемпературних процемало ефективні у випадку великих витрат, так як сів окислення. енергія пучка електронів поглинається рідиною Експериментально доведено, що процес йде неоднорідно за об'ємом, то зміна ступеня очищенза означеною схемою при використанні у якості ня є неконтрольована. Великий час опромінюванпервинних продуктів хлорвмісних пестицидів феня не дозволяє використовувати в економічному ноксильного ряду, а також їх сумішей (ДДТ, ДДЕ, режимі сучасні промислові установки, які, крім тоДДД). го, ще й відрізняються складністю конструкції реаВисокий ступень перетворення первинної сикторів, значними енерговитратами та вартістю. ровини забезпечується радикальним характером Задача полягає у створенні нового економічпроцесу, який у свою чергу обумовлено енергетиного способу, який дозволяє практично цілком розчними параметрами діапазону ультрафіолетового класти надзвичайно стійку хлорорганічну речовивипромінювання, співпадаючого з енергетичними ну, до якої належать ДДТ та його метаболіти (ДДД, параметрами каталізатору, що заявляється. На ДДЕ), незалежно від її концентрації та виключити ступень розкладу, по відношенню до первинної потрапляння екологічно небезпечних сполук у атсировини, впливає також величина світлового помосферу. току ультрафіолетового випромінювання та темТехнічний результат: пература в реакторі, від яких залежить енергія - знешкодження токсичних сполук шляхом ульзбудження елементів каталізатору, та прозорість трафіолетового опромінювання в присутності капарового середовища для проходження ультрафіталізатора, що містить металевий вісмут та оксиди олетового випромінювання. Наявність вологи у алюмінію, кальцію або магнію; первинних продуктах також не призводить до про- забезпечення повного та надійного знищення ходження процесів окислення й утворення діоксивисокотоксичних продуктів; нів, оскільки в даному енергетичному діапазоні - гарантоване запобігання викиду шкідливих виключено утворення озону, який є необхідним речовин у навколишнє середовище; ' для протікання цих реакцій. - зниження матеріалоємності й енергоємності Процес йде у одну стадію, у одному апараті процесу у порівнянні з традиційними промисловипри відносно низьких температурах та здійснимий ми способами. при атмосферному тиску, а для виділення продукЗазначений технічний результат при здійснентів розкладу, яки не є токсинами, вимагається ні винаходу досягається тим, що процес знешкотільки абсорбція, тобто матеріало- та енерговитдження токсичних сполук здійснюють під впливом рати порівняно незначні, чим забезпечується безультрафіолетового випромінювання в діапазоні умовна економічність способу, що заявляється, хвиль 200-600нм в присутності фотокаталізатора, порівняно з тими, що застосовуються в проякий відрізняється тим, що в якості каталізатора мисловості. застосовують металевий вісмут в присутності окТаким чином, приведені у формулі ознаки висидів алюмінію, кальцію або магнію і використовунаходу, що характеризують спосіб, що заявляєтьють випромінювання зі світловим потоком не менся, є необхідні та достатні для досягнення потрібшим за 17500лм, при температурі 300-400°С у ного технічного результату. присутності водяної пари. Проведений заявником аналіз рівня техніки, Особливістю даного процесу є те, що його що включає пошук по патентним та науковоздійснюють без потрапляння кисню, щоб виключитехнічним джерелам інформації і виявлення відо 5 74760 6 мостей про аналоги винаходу, що заявляється, циду ДДТ у вигляді суміші (25% ДДТ та 75% каолідозволив встановити, що заявник не знайшов ну), яка розташована в робочій зоні реактора, виджерело, яке характеризується ознаками, тотожтримують протягом двох годин під опроміненням в ними всім істотнім ознакам винаходу, який заявлядіапазоні хвиль 200-600нм. ється, а також дозволив виявити сукупність істотВ якості джерела ультрафіолетового випроміних, стосовно до технічного результату, що нювання використовують лампу ДРШ-350-3 зі світвбачається заявником, відмітних ознак у заявлеловим потоком 17500лм. ному способі і викладених у формулі винаходу. Газоподібні продукти розкладу пестициду, які Отже, заявлений винахід відповідає умові "номістять хлористий водень та оксиди карбону, посвизна". лідовно проходять два абсорбери, де поглинаютьДля перевірки відповідності винаходу, що заяся спочатку водою, з утворенням соляної кислоти, вляється, умові "винахідницький рівень" заявник а потім розчином лугу. Всі інші газоподібні продукпровів додатковий пошук відомих рішень, щоб вити розкладу пестициду викидаються в атмосферу. явити ознаки, що збігаються, з відмітними від проАналіз зразків твердих залишків на вміст діютотипу ознаками способу, що заявляється. Речої речовини отрутохімікату проводили хроматогзультати пошуку показали, що винахід, який рафічним методом. заявляється, не випливає для фахівця явним чиВміст діючої речовини в твердому заном з відомого рівня техніки, оскільки з рівня технілишку, %-: ки, визначеного заявником, не виявлений вплив ДДТ (дихлордифенілтрихлорметан) - 0.002; сукупної енергетичної дії ультрафіолетового винаявність метаболітів ДДТ, % промінювання і каталізатора, що містить металеДДД (дихлордифенілдихлоретану) - 0.005; вий вісмут в присутності оксидів алюмінію, кальцію ДДЕ (дихлордифенілдихлоретілен) - 0.006; або магнію, на процес розкладу хлорорганічних наявність діоксину, % - не виявлено. сполук, а також сукупності усіх відмітних ознак ПРИКЛАД 2 (позитивний) заявленого винаходу на отримання потрібного Реакційний апарат, обладнаний каталізатортехнічного результату. ною коробкою, яка містить металевий вісмут, в Отже, заявлений винахід відповідає умові "виякому підтримується температура 350°С, продунахідницький рівень". вають водяною парою. Навіску технічного пестиВинахід ілюструється таблицею, у якій навециду ДДТ у вигляді суміші (25% ДДТ та 75% крейдено параметри проведення процесу розкладу по ди), яка розташована в робочій зоні реактора, прикладах. витримують протягом двох годин під опроміненням Відомості, що підтверджують можливість здійв діапазоні хвиль 200-600нм. снення винаходу з отриманням вказаного технічВ якості джерела ультрафіолетового випроміного результату, полягає в наступному. нювання використовують лампу ДРШ-350-3 зі світСпосіб знешкодження хлорорганічних сполук ловим потоком 17500лм. здійснюють в реакційному апараті об'ємом, наприГазоподібні продукти розкладу пестициду, які клад, 5 літрів, що обладнано джерелом ультрафімістять хлористий водень та оксиди карбону, посолетового випромінювання, каталізаторною короблідовно проходять два абсорбери, де поглинаютькою, яка містить металевий вісмут, нагрівальним ся спочатку водою, з утворенням соляної кислоти, елементом, завантажувальним люком, штуцерами а потім розчином лугу. Всі інші газоподібні продукдля виведення газоподібних продуктів реакції та ти розкладу пестициду викидаються в атмосферу. "хвостових" газів, контрольно-вимірювальними Аналіз зразків твердих залишків на вміст діюприладами (термопари та інше). За допомогою чої речовини отрутохімікату проводили хроматогнагрівального приладу в реакційному апараті підтрафічним методом. римають температуру 300-400°С. В апарат заванВміст діючої речовини в твердому затажують пестицид, наповнений каоліном, доломилишку, %-: том або крейдою, продувають водяною парою та ДДТ (дихлордифенілтрихлорметан) - не виявпіддають дії ультрафіолетового випромінювання зі лено; світловим потоком не меншим за 17500лм та безнаявність метаболітів ДДТ, % перервно відводять продукти, що утворюються. У ДДД (дихлордифенілдихлоретану) - не виявзоні реакції під впливом ультрафіолетового вилено; промінювання в діапазоні хвиль 200-600нм та каДДЕ (дихлордифенілдихлоретілен) - 0.006; талізатора протикає процес деструкції органічних наявність діоксину, % - не виявлено. сполук з утворенням хлорвмісного газу та вуглекиПРИКЛАД 3 (позитивний) сню. Отриману парогазову суміш пропускають чеРеакційний апарат, обладнаний каталізаторрез шар води (з утворенням соляної кислоти), і ною коробкою, яка містить металевий вісмут, в очищують барботуванням через розчин лугу, для якому підтримується температура 400°С, продувиключення потрапляння хлорвмісного з'єднання в вають водяною парою. Навіску технічного пестиатмосферу. циду ДДТ у вигляді суміші (25% ДДТ та 75% долоПроцес легко регулюється. міту), яка розташована в робочій зоні реактора, Винахід ілюструється прикладами. витримують протягом двох годин під опроміненням ПРИКЛАД 1 (позитивний) в діапазоні хвиль 200-600нм. Реакційний апарат, обладнаний каталізаторВ якості джерела ультрафіолетового випроміною коробкою, яка містить металевий вісмут, в нювання використовують лампу ДРШ-350-3 зі світякому підтримується температура 300°С, продуловим потоком 17500лм. вають водяною парою. Навіску технічного пестиГазоподібні продукти розкладу пестициду, які 7 74760 8 містять хлористий водень та оксиди карбону, посВміст діючої речовини в твердому залідовно проходять два абсорбери, де поглинаютьлишку, %-: ся спочатку водою, з утворенням соляної кислоти, ДДТ (дихлордифенілтрихлорметан) - 0.006; а потім розчином лугу. Всі інші газоподібні продукнаявність метаболітів ДДТ, % ти розкладу пестициду викидаються в атмосферу. ДДД (дихлордифенілдихлоретану) - не виявАналіз зразків твердих залишків на вміст діюлено; чої речовини отрутохімікату проводили хроматогДДЕ (дихлордифенілдихлоретілен) - 0.002; рафічним методом. наявність діоксину, % - не виявлено. Вміст діючої речовини в твердому заПРИКЛАД 6 (негативний) лишку, %-: Реакційний апарат, обладнаний каталізаторДДТ (дихлордифенілтрихлорметан) - не виявною коробкою, яка містить металевий вісмут, в лено; якому підтримується температура 450°С, продунаявність метаболітів ДДТ, % вають повітрям. Навіску технічного пестициду ДДТ ДДД (дихлордифенілдихлоретану) - не вияву вигляді суміші (25% ДДТ та 75% каоліну), яка лено; розташована в робочій зоні реактора, витримують ДДЕ (дихлордифенілдихлоретілен) - 0.001; протягом двох годин під опроміненням в діапазоні наявність діоксину, % - не виявлено. хвиль 200-600нм. ПРИКЛАД 4 (негативний) В якості джерела ультрафіолетового випроміРеакційний апарат, обладнаний каталізаторнювання використовують лампу ДРШ-250-3 зі світною коробкою, яка містить металевий вісмут, в ловим потоком 12500лм. якому підтримується температура 200°С, продуГазоподібні продукти розкладу пестициду, які вають водяною парою. Навіску технічного пестимістять хлористий водень та оксиди карбону, посциду ДДТ у вигляді суміші (25% ДДТ та 75% каолілідовно проходять два абсорбери, де поглинаютьну), яка розташована в робочій зоні реактора, ся спочатку водою, з утворенням соляної кислоти, витримують протягом двох годин під опроміненням а потім розчином лугу. Всі інші газоподібні продукв діапазоні хвиль 200-600нм. ти розкладу пестициду викидаються в атмосферу. В якості джерела ультрафіолетового випроміАналіз зразків твердих залишків на вміст діюнювання використовують лампу ДРШ-350-3 зі світчої речовини отрутохімікату проводили хроматогловим потоком 17500лм. рафічним методом. Газоподібні продукти розкладу пестициду, які Вміст діючої речовини в твердому замістять хлористий водень та оксиди карбону, послишку, %-: лідовно проходять два абсорбери, де поглинаютьДДТ (дихлордифенілтрихлорметан) - 0.4; ся спочатку водою, з утворенням соляної кислоти, наявність метаболітів ДДТ, % а потім розчином лугу. Всі інші газоподібні продукДДД (дихлордифенілдихлоретану) - 0.030; ти розкладу пестициду викидаються в атмосферу. ДДЕ (дихлордифенілдихлоретілен) - 0.100; Аналіз зразків твердих залишків на вміст діюнаявність діоксину, % - 0.07. чої речовини отрутохімікату проводили хроматогЗ прикладів 1-6 можна зробити висновок, що рафічним методом. зменшення температури нижче 300°С призводить Вміст діючої речовини в твердому задо зменшення ступеню розкладу ДДТ, а збільшенлишку, %-: ня вище 450°С не впливає на нього. Крім того, ДДТ (дихлордифенілтрихлорметан) - 0.800; застосування в якості джерела ультрафіолетового наявність метаболітів ДДТ, % випромінювання лампи ДРШ 250-3 зі світловим ДДД (дихлордифенілдихлоретану) - 0.020; потоком меншим за 17500лм призводить до зменДДЕ (дихлордифенілдихлоретілен) - 0.010; шення ступеню розкладу ДДТ. наявність діоксину, % - не виявлено. З наведеного можна заключити, що ступень ПРИКЛАД 5 (негативний) розкладу не залежить від середи в реакційному Реакційний апарат, обладнаний каталізаторапараті, тоді як наявність кисню (при продуванні ною коробкою, яка містить металевий вісмут, в реактора повітрям) призводить до утворення діокякому підтримується температура 450°С, продусинів. В той час як при розкладі пестицидів в привають водяною парою. Навіску технічного пестисутності водяної пари утворюються тільки низькоциду ДДТ у вигляді суміші (25% ДДТ та 75% каолімолекулярні (газоподібні) речовини - хлористий ну), яка розташована в робочій зоні реактора, водень та оксиди карбону. витримують протягом двох годин під опроміненням Однак, особлива перевага полягає в тому, що в діапазоні хвиль 200-600нм. процес здійснимий при достатньо низькій темпеВ якості джерела ультрафіолетового випроміратурі, а підвищення її не впливає на ступень рознювання використовують лампу ДРШ-350-3 зі світкладу токсичної речовини. ловим потоком 17500лм. Запропонований спосіб є економічним, потреГазоподібні продукти розкладу пестициду, які бує відносно невисоких капітальних вкладень та містять хлористий водень та оксиди карбону, посвідповідає вимогам щодо охорони довкілля. лідовно проходять два абсорбери, де поглинаютьТаким чином, наведені відомості свідчать про ся спочатку водою, з утворенням соляної кислоти, виконання при здійсненні заявленого способу наа потім розчином лугу. Всі інші газоподібні продукступної сукупності умов: ти розкладу пестициду викидаються в атмосферу. - засіб, який втілює спосіб, що заявляється, Аналіз зразків твердих залишків на вміст діюпри його здійсненні, призначено для здійснення чої речовини отрутохімікату проводили хроматогмір по захисту довкілля від забруднень високотокрафічним методом. сичними хімічними сполуками; 9 74760 10 - для заявленого способу в тому виді, як його Отже, заявлений винахід відповідає умові охарактеризовано у формулі винаходу, підтвер"промислова придатність". джена можливість його здійснення за допомогою описаних у заявці засобів і методів. Таблиця 1 2 3 4 5 6 Температура, °С Час витримування, год Наявність кисню, ± Потужність світлового потоку ультрафіолетового випромінювання, лм Остаточний вміст токсичної сполуки в твердому залишку, % ДДТ ДДЕ ДДД Наявність діоксину в продуктах реакції, % 1 300 2 2 350 2 Приклади 3 4 400 200 2 2 5 450 2 17500 17500 17500 17500 17500 12500 0.002 0.006 0.005 Н Н 0.800 0.006 0.400 0.006 0.001 0.010 0.002 0.100 Н Н 0.020 Н 0.030 0.07 Примітка: Н- не визначено при чутності методу 0.0001%; "-" - відсутні; "+" - присутні. Комп’ютерна верстка Н. Лисенко 6 450 2 + Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601