MX2010011814A - Composicion y proceso de desinfeccion. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a una composición y un proceso para desinfección y en particular a purificación de agua contaminada. La invención es especialmente útil para la remoción de impurezas suspendidos y contaminantes microbianos dañinos como bacterias, virus y quistes de agua para hacerla saludable y sabrosa para consumo humano. La invención proporciona un proceso y composición de desinfección, comprendiendo la composición un biocida oxidante y un extinguidor de biocida de liberación retardada, que comprende un anión el cual es un agente reductor.

Description

COMPOSICIÓN Y PROCESO DE DESINFECCIÓN Campo de la invención La invención se refiere a una composición y u n proceso para desinfección, y en particular para purificación de agua contaminada. La invención es especialmente útil para la remoción de impurezas suspendidas y contaminantes microbianos dañinos como bacterias, virus y quistes de agua para hacerla saludable y sabrosa para consumo humano.

Antecedentes y técnica anterior Existen muchas operaciones donde se desea la desinfección. Desinfección significa inactivación de gérmenes los cuales pueden ser útiles para humanos. Las operaciones de desinfección incluyen purificación de agua para muchos propósitos, por ejemplo, fines potables, operaciones de limpieza en casa, operaciones industriales en unidades de fabricación, biotecnología, procesos de biomédicos y también para mantener la higiene en lugares públicos como hospitales, hogares de ancianos, y para limpieza de instrumentos usados en cirugía. En todas estas operaciones, ciertos desinfectantes o biocidas son usados. Después de tal uso, una vez que la acción biocida/de desinfección es completada, es deseable remover todas las razas de desinfectante/biocidas residuales para asegurar un efecto lateral m ínimo sobre las personas que usan el material/substratos desinfectados. De esta manera, todos los procesos de desinfección son de dos pasos para hacer a los procesos amigables al consumidor, el primero involucrando la desinfección y el segundo involucrando la remoción de los desinfectantes residuales.

La purificación de agua para fines potables es uno de los procesos de desinfección más importantes. Existen billones de personas, quienes tienen que depender de agua no purificada para fines potables. Usualmente residen en los países sub-desarrollados y en vías de desarrollo, especialmente en las áreas rurales. Los sistemas de tratamiento de agua municipal , los cuales agua purificada en tubo a los hogares generalmente no están disponibles en estas áreas. Las personas en tales áreas tienen que recolectar el agua de fuentes como ríos, pozos, lagos, arroyos y pozos perforados, en ollas y almacenarla en sus casas tanto para cocinar como para beber. Tal agua frecuentemente es infectada con microorganismos dañinos como quistes, virus y bacterias. La tasa de mortalidad y morbidez especialmente en infantes y niños pequeños es alta en estas áreas debido al consumo de tal agua contaminada.

Durante el curso de aproximadamente la última mitad del siglo, la situación en tales áreas ha mejorado debido a mejor educación y estatus económico de la gente. La gente generalmente se está volviendo más consciente de que hervir agua la hace microbiológicamente segura, pero hervir el agua es costoso, incómodo y requiere disponibilidad como carbón, queroseno o madera, los cuales cada vez se están volviendo más escasos y costosos. Los sistemas de purificación caseros avanzados como UV (ultra-violeta); RO (osmosis inversa) etc. , requieren el flujo de agua continuo y disponibilidad de electricidad. Ambas frecuentemente no están disponibles en una base continua en estas áreas. Así, siempre existe la necesidad de proporcionar un método simple, fácil de usar, no costoso y seguro para cumplir el requerimiento de agua para beber para estas personas.

Los Departamentos de Salud en muchos países proporcionan desinfectantes basados en halógeno para inactivación de los microorganismos en agua. Tales desinfectantes incluyen yodo, resinas yodadas, compuestos de cloro como hipoclorito de calcio, ácido dicloroisocianúrico de sodio (NaDCCA), ácido tricloroisocinúrico (TCCA), etc. Estos desinfectantes son muy efectivos para inactivar los microorganismos pero el halógeno residual en el agua frecuentemente deja un sabor u olor desagradable que hace al agua desagradable. Un desinfectante-extinguidor ha sido sugerido para resolver este problema.

WO02/00557 (P&G) describe una composición de purificación de agua comprendiendo esencialmente un coagulante primario, un floculante de puenteo, un auxiliar de coagulante y opcionalmente un desinfectante. Esta solicitud de patente también reclama un método para clarificar y purificar agua, el cual comprende varias etapas seleccionadas de coagulación y floculación, desinfección, filtración, neutralización y nutrición. Esta publicación describe el uso de un biocida, el cual es provisto en modo de liberación retardada con respecto al coagulante y floculante. Un método también es descrito, el cual incluye un paso de neutralización en el cual el agua para beber es llevado a contacto con un agente de neutralización de desinfectante subsecuente a la etapa de separación para reducir o remover el exceso de desinfectante antes de usarse. En el caso de desinfectantes basados en cloro, los agentes de neutralización adecuados listados son carbono activado y agentes reductores, tales como tiosulfato de sodio, sulfito de sodio, peróxido de hidrógeno y percarbonato de sodio.

De esta manera, se sabe que uno podría usar compuestos que reaccionen con el biocida para hacer el agua libre del biocida. Sin embargo, para permitir esto, existen problemas técnicos a superar. La acción biocida toma una cantidad finita de tiempo, la cual depende de la concentración del biocida y a un pequeño grado de la concentración de los microorganismos. De ahí, si el extinguidor de biocida es liberado demasiado rápido hacia el agua, acción biocida adecuada no tiene lugar. Por otra parte, la extinción de biocida debería suceder lo suficientemente rápido de manera que los consumidores no tengan que esperar mucho de manera no ordinaria antes de que puedan consumir el agua. Así, es deseable que el biocida sea extinguido en una cantidad de tiempo razonable, de aproximadamente 2 hasta 30 minutos.

Es posible proporcionar el biocida y el extinguidor de biocida en empaque separados con la instrucción para el consumidor de dosificar el extinguidor de biocida en el agua a un tiempo predeterminad después de que el biocida es adicionado al agua, como es sugerido en WO02/00557. Esto involucra intervención manual, lo cual es incómodo y no es del agrado del consumidor. Más aún, si el consumidor no sigue la instrucción apropiadamente y adiciona el extinguidor poco después o antes que el biocida, el objetivo de la acción biocida no será logrado. Es deseable desde el punto de vista de conveniencia para el consumidor, adicionar tanto el biocida como el extinguidor de biocida de manera simultánea en el agua a ser purificada microbiológicamente.

Los presentes inventores han estado trabajando para resolver este problema de proporcionar una composición que pueda adicionarse al agua en una sola etapa, la cual asegura que el agua sea purificada a los niveles deseados y que el biocida residual sea extinguido antes de que el agua sea consumida por el usuario. Después de intentar un gran número de posibles aproximaciones, desarrollaron una composición comprendiendo un biocida oxidante y un extinguidor de biocida, el cual es un compuesto de hidróxido de capa doble específico comprendiendo aniones específicos.

De esta manera, un objetivo de la invención es proporcionar una composición para purificar agua contaminada con microorganismos dañinos, mientras que se asegura que el agua es relativamente más segura y sabrosa de consumir.

Otro objetivo de la presente invención es proporcionar una composición para purificar agua contaminada con microorganismos dañinos, la cual proporciona remoción 6 logarítmica de bacterias, remoción 4 logarítmica de virus y remoción 3 logarítmica de quistes.

Todavía otro objetivo de la presente invención es proporcionar una composición para purificar agua usando un biocida, el cual por una parte es efectivo en la inactivación de microoganismos, mientras que por otra parte el biocida es extinguido antes de que el agua sea consumida.

Todavía otro objetivo de la presente invención es proporcionar un proceso para preparar compuestos de hidróxido de doble capa, los cuales tienen un agente reductor en ellos para usarse en una composición de purificación de agua.

Todavía otro objetivo de la invención es proporcionar un método para purificar agua para hacerla microbiológicamente segura así como sabrosa para consumir.

Después de intentar un gran número de posibles aproximaciones, los presentes inventores han desarrollado una composición comprendiendo un biocida oxidante y un extinguidor de biocida, el cual es un compuesto de hidróxido de doble capa específico comprendiendo aniones específicos.

Aunque la presente invención ha sido desarrollada con el objetivo de purificar agua, los presentes inventores se dieron cuenta de que la composición y el proceso son igualmente adecuados para cualquier propósito de desinfección.

Breve descripción de la invención De esta manera, de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención se proporciona una composición de desinfección comprendiendo (i) un biocida oxidante y (i¡) un, extingu idor de biocida de liberación retardada, el cual es un compuesto teniendo la fórmula general (M 1 2 +)x(M23 +)y(OH )2x+2y(Az )y/z. nH20 donde M ^ 2+ es un catión d ivalente y M23 + es un catión trivalente, A es un anión el cual es un agente reductor y x tiene u n valor desde 0.1 hasta 1 0.0 y tiene un valor desde 0. 1 hasta 5.0, n tiene un valor entre 0 hasta 1 0.0, z tiene un valor desde 1 .0 hasta 4.0.

La composición es especialmente útil para la purificación de agua .

Es particularmente preferido que el anión "A" sea tiosulfato o ascorbato.

Descripción detallada de la invención Todas las partes en la presente son en peso a menos que se especifique de otra manera.

La invención proporciona una com posición para desinfección especialmente para purificación de agua usando un biocida oxidante. El biocida oxidante, después de inactivar los m icroorganismos, es extinguido o se hace inefectivo usando un exting uidor de biocida. El extinguidor de biocida para la presente invención es un compuesto de hidróxido de doble capa (LDH), el cual tiene un anión en el él el cual es un agente reductor. El compuesto LDH para la presente invención tiene la fórmula (M ,2+)x( Ma3*)y(OH)2K+2y(Az-)y/z. nH20 donde M^* es un catión divalente y M23+ es un catión trivalente, A es un anión el cual es un agente reductor y x tiene un valor desde 0.1 hasta 1 0.0 y tiene un valor desde 0. 1 hasta 5.0, n tiene un valor entre 0 hasta 10.0, z tiene un valor desde 1 .0 hasta 4.0.

Por el término "extinguidor de biocida" se quiere decir un material que cuando es adicionado a agua comprendiendo un biocida, reduce la concentración del biocida en agua. Por el término "extinguidor de biocida de liberación retardada" se quiere decir un extinguidor de biocida que cuando es adicionado a agua comprendiendo un biocida, la concentración del biocida no se reduce a cero durante al menos un minuto. De preferencia, la concentración de biocida es al menos 20% de la concentración inicial después de un minuto de adición del extinguidor de biocida.

Por el término agente reductor se quiere decir un compuesto que tiene potencial redox de preferencia menor que 1 .4 V, más preferiblemente menor que 1 .0 V, además más preferiblemente menor que 0.5 V con respecto al Estándar Hydrogen Electrode (ref: Electrochemical series, CRC Handbook of Chemistry and Physics (Serie electroquímica, Manual de química y física de CRC), 80a edición, pp. 8-21 a 8-31 ). De preferencia, los agentes reductores son seleccionados del grupo que consiste de ácidos C2-12 hidroxicarboxílicos y sales de los mismos, y una o más sales inorgánicas seleccionadas de sulfitos, bisulfitos, metabisulfitos y tiosulfatos. De preferencia, las sales inorgánicas son de metal alcalino, metal alcalino-térreo o amonio. Las sales de ácidos orgánicos preferidas son citratos y ascorbatos.

Por el término oxidante se quiere decir un material que tiene un potencial redox de preferencia mayor que 0.5 V, más preferiblemente mayor que 0.8 V, además más preferiblemente mayor que 1 .0 V con respecto a Standard Hydrogen Electrode. El biocida oxidante de preferencia tiene un potencial redox, el cual es al menos 200 mV mayor que el potencial redox del agente reductor usado en la composición de la invención.

En el compuesto LDH anterior, los cationes divalentes preferidos son magnesio, cinc o calcio. Más preferiblemente, el catión divalente es cinc. El catión trivalente preferido en los compuestos LDH es aluminio. Los compuestos LDH preferidos tienen la siguiente combinación de cationes: Zn2+, -Al3+, Mg2+ -Al3t, Ca2+ -Al3+.

Aunque es esencial que el compuesto LDH tiene al menos un catión divalente y un catión trivalente, es posible que el compuesto LDH tenga más de un catión divalente y más de un catión trivalente.

El rango preferido de "x" en el LDH de la invención es desde 1 hasta 9 con el valor más preferido siendo 6. El rango preferido de "y" en el LDH de la invención es desde 0.5 hasta 4 con el valor más preferido siendo 2. El rango preferido de °n" en el LDH de la invención es desde 2 hasta 10 con el valor más preferido siendo 4.

De esta manera, los compuestos LDH más preferidos según la invención tienen las fórmulas generales: Zn6AI2(OH)16(A).4H20, Mg6AI2(OH)16(A).4H20, o Ca6AI2(OH)16(A).4H20.

El anión "A" según la invención es un agente reductor. Los aniones más adecuados son ascorbato y tiosulfato. Se prefiere que el compuesto LDH de la invención sea substancialmente libre del anión de carbonato. Una manera de lograr esto es no usar un carbonato o bicarbonato de metal alcalino durante la reacción de precipitación para formación del LDH . Otra manera de lograr esto es preparar el compuesto LDH con cualquier anión (el cual también puede ser carbonato) seguido por calcinar el LDH a altas temperaturas. La temperatura adecuada para calcinación es desde 350 hasta 700°C.

El extinguidor de biocida de liberación retardada es de preferencia encapsulado en un polímero soluble en agua. Los polímeros solubles en agua adecuados incluyen alcohol polivinílico, óxido de polietileno, hidroxietil celulosa, goma guar o almidón modificado. El polímero soluble en agua más adecuado para encapsular el extinguidor de biocida es alcohol polivinílico.

El biocida oxidante según la presente invención es de preferencia un compuesto de halógeno. Compuestos de halógeno más preferidos son aquéllos de cloro o yodo, más preferiblemente aquéllos de cloro. Compuestos de cloro adecuados son compuestos inorgánicos como hipoclorito de sodio, hipocioritos de calcio, dióxido de cloro o cloraminas, o compuestos orgánicos de cloro como dicloro-isocianuratos de sodio o ácido tricloroisocianúrico. De manera alterna, el biocida puede ser yodo, o una resina de triyoduro o pentayoduro. El biocida más preferido es hipoclorito de calcio.

En su operación óptima, el biocida oxidante y anión del extinguidor están presentes en una proporción molar 1 : 1 asumiendo que todo el anión presente en el LDH es liberado al medio acuoso para extinguir el biocida residual. Sin embargo, puede requerirse que una mayor cantidad de LDH esté presente si la liberación de los aniones presentes es menor que 100% de la teóricamente posible. En la presente invención, la proporción en peso del biocida al extinguidor de biocida, está de preferencia en el rango de 1 : 1 a 1 :20, más preferiblemente en el rango de 1 :2 hasta 1 : 1 0.

Una composición preferida según la invención comprende adicionalmente un agente coagulante, el cual es una sal de metal inorgánica soluble en agua teniendo catión trivalente y un agente floculante, el cual es un polímero soluble en agua de alto peso molecular.

El agente coagulante es un compuesto el cual es una sal de metal inorgánico soluble en agua teniendo catión trivalente. Los cationes trivalentes adecuados son Al3+ y Fe3+. El coagulante está generalmente libre de los átomos de carbono. Ejemplos de agentes coagulantes son sulfato férrico, sulfato de aluminio y cloruro de polialuminio. El agente coagulante está presente de preferencia en una cantidad en el rango desde 5 hasta 60%, más preferiblemente desde 1 5 hasta 50% en peso de la composición .

El agente floculante es un compuesto, el cual es un polímero soluble en agua , de alto peso molecular. Ejemplos de agentes floculantes adecuados son polisacáridos (dextano celulosas), proteínas, celulosas modificadas (hidroxietilo/hidroxipropilo o carboximetilo), y poliacrilamidas de preferencia poliacrilamida de alto peso molecular. Es especialmente preferido que la poliacrilamida es ya sea aniónica o no iónicamente modificada, más preferiblemente, aniónicamente modificada. Los pesos moleculares adecuados de estas poliacrilamidas están en el rango de 1 05 hasta 107. Una cantidad preferida de la gente floculante es desde 0.5 hasta 15%, más preferiblemente desde 1 hasta 10% y muy preferiblemente desde 2 hasta 8% en peso de la composición.

La acción de purificación de la composición de la invención puede ser lograda al pH de agua cruda disponible. Como un aspecto preferido, el pH de la composición puede ser ajustado al rango deseado de 6 hasta 8 al incluir un agente amortiguador en la composición. Agentes amortiguadores adecuados son óxido de calcio, carbonato de sodio o bicarbonato de sodio. El agente amortiguador cuando está presente es incluido en una cantidad en el rango de0.5 hasta 50% en peso de la composición .

La composición de purificación de agua puede comprender opcionalmente un adsorbente. El adsorbente es de preferencia un material que es capaz de adsorber altos niveles de compuestos orgánicos o inorgánicos. Los adsorbentes adecuados son arcillas.

Ejemplos de arcilla incluyen arcilla de montmoriMonita (arcilla de esmectita dioctahédrica), Laponita, Hectorita, Nontronita, Saponita, Volkonsita, Sauconita, Beidelita, Alevarlita, Mita, Haloisita, Atapulgita, Mordenita, Caolinas y Bentonita. U na arcilla altamente preferida según esta invención es la arcilla de bentonita. Cuando se incluye, los adsorbentes están presentes en una cantidad en el rango de 5 hasta 75%, más preferiblemente desde aproximadamente 10 hasta 60% en peso de la composición.

La composición de purificación de agua de preferencia tiene un contenido de humedad de no más de 5%, más preferiblemente no más de 3%, y muy preferiblemente no más de 2% en peso de la composición.

De acuerdo con un aspecto preferido de la invención cuando la composición de purificación de agua comprende el biocida, el extinguidor de biocida, el agente coagulante y el agente floculante, el biocida está presente en cantidad de 1 hasta 30%, de preferencia en cantidad de 2 hasta 1 5% en peso de esta composición; y el extinguidor de biocida está presente en 10 hasta 55%, de preferencia en cantidad de 20 hasta 50% en peso de la composición.

La composición de purificación de agua es empacada de preferencia en dos porciones, las cuales son espacialmente separadas en donde la primera porción comprende el biocida oxidante y la segunda porción comprende el extinguidor de biocida de liberación retardada. Esto es para asegurar que los dos componentes no reaccionen uno con otro durante el almacenamiento, transporte y hasta el momento de uso por el consum idor. Las dos porciones pueden ser empacadas en u n saco de dos compartimientos por el bien de conveniencia para el consum idor. Cuando el agente flocu lante está presente en la com posición de la invención, se prefiere q ue esté presente en la segunda porción . Cuando un adsorbente está presente, puede ser incluido tanto en la primera porción como la segunda porción o puede estar presente en cualquiera de las porciones.

La forma sólida es la forma más adecuada de la composición de la invención. Las formas sólidas adecuadas incluyen formas de polvo, grán ulo y tableta, siendo la forma más preferida la forma de polvo. Cuando se entrega como dos porciones, la forma más preferida es la forma de polvo tanto en la primera porción como la segunda porción.

La composición de la invención es entregada de preferencia en cantidades en el rango de 0.5 hasta 10 gramos más preferiblemente en el rango de 1 hasta 5 gramos. Estos son usualmente adicionados a 5 hasta 20 litros de ag ua. Cuando se entrega en dos porciones, el peso adecuado de la primera porción es 0.01 hasta 5 gramos, más preferiblemente 0. 1 hasta 1 .5 gramos y el peso adecuados de la segunda porción es 0.5 hasta 1 0 gramos.

La composición de desinfección de la invención puede ser entregada al consumidor en cualquier forma de empaque adecuado conocido. Cuando se forma como tabletas, el empaque puede ser laminado metalizado o empaque de burbuja. Cuando se forma como polvo, el empaque adecuado es laminado metalizado. Sin embargo, el empaque de laminado metalizado tiene que ser tal que la biocida oxidante que usualmente reacciona con metales sea mantenida separada de la parte de metal del laminado mediante el uso de capas poliméricas adecuadas sobre la capa de metal.

U n aspecto altamente ventajoso de la presente invención es que la composición completa, si se empaca en una sola porción o cuando se empaca en dos porciones, puede ser adicionada al agua a ser purificada de una sola vez, es decir, la composición entera es adicionada al agua simultáneamente.

De esta manera, el método para purificar agua contaminada comprende los pasos de (i) contactar agua contaminada con una composición de la invención seguido por (ii) separar la materia insoluble del agua. El primer paso de contactar la composición con el agua contaminada necesita ser realizado por un corto tiempo, es decir, durante uno o dos minutos solamente de preferencia con agitación. La materia insoluble usualmente se deja asentar, un paso que tiene aproximadamente 5 hasta 30 minutos, de preferencia 5 hasta 20 minutos después de lo cual la material insoluble es separada del agua, para obtener agua purificada. Cuando la composición de la invención comprende solo el biocida y el extinguidor de biocida, el extinguidor de biocida siendo un compuesto LDH es la única material insoluble en agua y tiende a asentarse. Cuando la composición comprende un agente coagulante y un agente floculante, la acción de inactivación microbiana tiene lugar junto con la floculación de las impurezas dispersas en el agua que provoca que se formen grandes flóculos los cuales se asientan más rápido. Estos flóculos grandes pueden ser separados fácilmente del agua mediante decantación o al usar una tela de muselina simple.

Los presentes inventores han determinado que la composición de la invención es muy efectiva para inactivar o separar los microorganismos más dañinos como bacterias, virus y quistes. De esta manera, de acuerdo todavía con otro aspecto de la presente invención, se proporciona el uso de la composición de la invención al purificar agua contaminada por remoción 6 logarítmica de bacterias, remoción 4 logarítmica de virus y remoción 3 logarítmica de quistes.

Muchos procesos para preparar hidróxido de doble capa pueden ser adaptados para preparar el extinguidor de biocida de liberación retardada de la invención. De esta manera, una composición adecuada de la invención comprende un extinguidor de biocida de liberación retardada, el cual es preparado mediante un proceso comprendiendo un paso de hacer reaccionar un compuesto de hidróxido de doble capa (LDH) con un agente reductor, el compuesto LDH es preparado mediante un paso de precipitación comprendiendo hacer reaccionar una sal teniendo catión trivalente y una sal teniendo catión divalente con un compuesto alcalino.

El precipitado es filtrado de preferencia y lavado para hacerse substancialmente libre de sales. El LDH el cual es así filtrado forma una torta húmeda. La torta húmeda puede ser usada entonces como tal para reacción con el agente reductor, si es necesario. Si la reacción con el agente reductor ya ha tenido lugar, la torta húmeda es secada mediante cualquier método/equipo de secado conocido para preparar un polvo seco fino, el cual es el extinguidor de biocida de liberación retardada de la invención.

Existen muchas combinaciones posibles de pasos de proceso, las cuales pueden ser realizadas para preparar el compuesto LDH de la composici.ón. Un rango de pH adecuado al cual la reacción de precipitación puede ser realizada está en el rango de 9.5 hasta 1 1 y otro rango de pH adecuado es desde 6 hasta 8. Los compuestos alcalinos preferidos son hidróxido de metal alcalino y carbonato de metal alcalino siendo más adecuado hidróxido de sodio o carbonato de sodio. El agente reductor puede ser adicionado de manera simultánea con el compuesto alcalino durante la reacción de precipitación o subsecuentemente. Cuando el agente reductor es adicionado subsecuente a la reacción de precipitación, esto se hace usualmente después de que el compuesto LDH formado mediante la reacción de precipitación es lavado y filtrado substancialmente libre de sales. Se prefiere que el compuesto LDH esté substancialmente libre del anión de carbonato. Esto es asegurado usualmente al secar el precipitado lavado y filtrado seguido por un paso de calcinación. El compuesto LDH puede ser dispersado entonces en agua con adición del agente reductor para formar una pasta. Esta pasta es usualmente agitada entonces durante un tiempo deseado para permitir que el anión del agente reductor se una al marco de trabajo de LDH . La reacción de precipitación ha sido intentada a muchas temperaturas y temperaturas desde 20 hasta 100°C han sido encontradas adecuadas para preparar el compuesto LDH para uso en la , composición de la invención. Muchas combinaciones de las condiciones de proceso anteriores pueden ser combinadas de manera adecuada para preparar el compuesto LDH.

Una reacción preferida para preparar el extinguidor de biocida de liberación retardada para incorporación en la composición -de la invención comprende un compuesto alcalino, el cual es hidróxido de sodio para reaccionar con el compuesto LDH , el cual es formado en una reacción de precipitación, el cual es realizado a una temperatura en el rango de 40 hasta 50°C y un pH de 6 hasta 8, y en donde el agente reductor es adicionado a la mezcla de reacción simultáneamente con el hidróxido de sodio.

El proceso anterior es una reacción de paso simple, donde las sales teniendo el catión divalente y catión trivalente son tomadas juntas con el hidróxido de metal alcalino y el agente reductor, todo al mismo tiempo para la reacción para formar un precipitado de LDH con el anión del agente reductor unido al marco de trabajo ' LDH. Siendo este paso de reacción un proceso de paso simple, lo hace altamente conveniente para preparar la composición de purificación de agua de la invención.

Otro proceso preferido comprende los siguientes pasos: (i) precipitar un compuesto de hidróxido de doble capa al hacer reaccionar una sal teniendo catión trivalente y una sal teniendo catión divalente, con un hidróxido de metal alcalino de preferencia hidróxido de sodio y la reacción de precipitación es realizada a una temperatura en el rango de 90 hasta 100°C y un pH de 9.5 hasta 1 1 ; y en donde (ii) el compuesto LDH filtrado y lavado para hacerse substancialmente libre de sales se hace reaccionar con un agente reductor a un pH de 6 hasta 8.

Todavía otro proceso preferido comprende un compuesto alcalino, el cual es carbonato de sodio en el cual el paso de precipitación es realzado a un pH en el rango de 9.5 hasta 1 1 , en donde el proceso comprende adicionalmente el paso de calcinar el compuesto LDH seguido por el paso de reacción del compuesto calcinado con el agente reductor.

De esta manera, un proceso altamente adecuado para preparar el compuesto de hidróxido de doble capa teniendo un agente reductor comprende los pasos de (i) precipitar un compuesto de hidróxido de doble capa al hacer reaccionar una sal teniendo un catión trivalente y una sal teniendo catión divalente con un carbonato de metal alcalino a un pH en el rango de 9.5 hasta 1 1 , a una temperatura en el rango de 90 hasta 100|C , (ii) filtrar y lavar el precipitado substancialmente libre de sales, (iii) calcinar el precipitado para remover carbonato, y (iv) hacer reaccionar el polvo calcinado con una solución acuosa del agente reductor para formar el extinguidor de biocida de liberación retardada. El último paso es realizado de preferencia en una atmósfera inerte, la cual puede ser lograda al usar manto de nitrógeno en el espacio superior del reactor.

El proceso anterior es un proceso de tres pasos, el cual también es útil para preparar el LDH de la invención, el cual tiene un agente reductor en él. El primer paso provoca la formación del compuesto LDH donde el anión es carbonato. Se prefiere que la composición de purificación de agua de la invención esté substancialmente libre de la forma de carbonato del LDH. Esto puede ser logrado al preparar primero la forma de carbonato seguido por calcinación, la cual se cree que forma un compuesto de óxido de metal mixto. La calcinación puede ser realizada a una temperatura en el rango de 300 hasta 700°C, de preferencia en el rango de 450 hasta 550°C. El compuesto calcinado es regenerado entonces en un compuesto LDH teniendo el anión del agente reductor en él, al hacer reaccionar el polvo calcinado con una solución acuosa del agente reductor. Se cree que la reacción es una reacción de equilibrio. Después de que la reacción se ha equilibrado a un estado donde la cantidad máxima de intercambio de anión tiene lugar, el compuesto de LDH es filtrado de preferencia, lavado con agua para estar substancialmente libre de sales y se seca hasta un polvo.

Los procesos antes descritos para preparar un compuesto LDH teniendo un anión de un agente reductor son adecuados para anión como tiosulfato.

Un proceso de reacción de dos pasos para preparar un compuesto LDH teniendo un anión de un agente reductor, el cual es reactivo en medio alcalino ha sido desarrollado para usarse en la composición de la invención. El proceso comprende los pasos de (i) precipitar un compuesto de hidróxido de doble capa al hacer reaccionar una sal teniendo catión trivalente y una sal teniendo catión divalente con un hidróxido de metal alcalino a un pH en el rango de 6.0 a 7.5, (ii) filtrar y lavar el precipitado libre de sales, y (iii) hacer reaccionar el compuesto de hidróxido de doble capa con el agente reductor para formar el extinguidor de biocida de liberación retardada. El paso de precipitación es realizado de preferencia en una atmósfera inerte, la cual puede ser lograda al usar manto de nitrógeno en el espacio superior del reactor.

El paso (i) en la reacción anterior es un paso donde las sales teniendo catión divalente y catión trivalente son tomadas junto con el hidróxido de metal alcalino para la reacción para formar un precipitado de LDH con el anión de hidróxido presente en el LDH. En la reacción anterior, la sal teniendo el catión divalente y la sal teniendo el catión trivalente puede tener aniones como nitrato, sulfato, sulfato, haluros y acetato. La reacción de precipitación es de preferencia realizada a una temperatura en el rango de 20 hasta 50°C. Después de que el compuesto LDH ha sido formado, se lavó con cantidad suficiente de agua para hacerla baja en sales residuales y alcalinidad. El compuesto LDH se hace reaccionar entonces con el agente reductor en medio acuoso para atrapar el anión del agente reductor en el LDH. Este paso es realizado de preferencia a menores temperaturas en el rango de 20 hasta 50°C y de preferencia adicionalmente en una atmósfera de nitrógeno. El proceso descrito antes es especialmente útil para preparar un LDH teniendo un agente reductor, el cual es reactivo en medio alcalino. Este anión es de preferencia ascorbato. El compuesto LDH asi preparado es secado entonces de preferencia usando cualquier método/equipo conocido para formar un polvo.

En todos los procesos antes descritos, en el paso (i), las sales de los iones de metales divalentes y trivalentes en proporción molar deseada, son disueltas en agua. De esta manera, si el valor de x de 6 y un valor de y de 2 es deseado, la proporción molar de la sal de metal bivalente a trivalente es tomada como 3: 1 . Las sales adecuadas incluyen los nitratos, sulfatos, haluros o acetatos. Los álcalis adecuados como se menciona en cada uno de los procesos, por ejemplo, carbonato, bicarbonato o hidróxido de metal alcalino o compuestos como amoníaco o urea pueden ser usados para precipitar el LDH. La solución alcalina también es usualmente calentada a la misma temperatura como la solución de sal. La solución de sal y la solución alcalina son adicionadas de preferencia a un recipiente de manera simultánea con agitación vigorosa.

Después de que la precipitación se completa, la temperatura de la solución es usualmente mantenía a la misma temperatura durante un tiempo de preferencia de al menos 1 5 minutos, más preferiblemente al menos una hora. El precipitado es lavado entonces para estar substancialmente libre de sales disueltas, filtradas de preferencia bajo vacío y secadas.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, se proporciona un método para purificar agua comprendiendo los pasos de (i) mezclar la composición de la invención con el agua a ser purificada, y (ii) separar la materia insoluble de la mezcla.

Cuando la composición de la invención comprende un biocida y un agente floculante/coagulante, el método comprende los pasos de (i) contactar el agua contaminada con un biocida ya sea de manera simultánea o seg uido por; (ii) contactar el agua contaminada con el agente coagulante/floculante para formar flóculos; y (iii) separar los flóculos del agua. El compuesto LDH puede ser adicionado durante cualquiera o ambos pasos.

La invención será ilustrada ahora mediante los siguientes ejemplos no limitantes.

Ejemplos Los siguientes experimentos fueron realizados para demostrar la superioridad de la composición de la invención como se compara con las composiciones de la técnica anterior.

Ejemplos 1 a 4: Mejora en la velocidad de extinción de biocida con compuestos LDH de la invención En los Ejemplos 1 a 3, el agua de prueba consistió de tomar doce litros de agua a los cuales se adicionaron 0.1 8 gramos de hipoclorito de calcio (teniendo 65% de cloro disponible) y se agitó para disolver todo el hipoclorito de calcio. En el Ejemplo 4, se adicionaron 9.5 gramos/litro de yodo en lugar del hipoclorito de calcio.

Ejemplo 1 : La concentración de cloro en el agua de prueba se midió a ciertos intervalos de tiempo hasta 15 minutos después de la adición del hipoclorito.

Ejemplo 2: Al agua de prueba, se adicionó 0.1 8 g de tiosulfato de sodio y se agitó para disolverlo todo. La concentración de cloro en el agua fue medida.

Ejemplo 3: Un extinguidor de biocida, el cual es Zn6AI2(OH)16(A). 4H20, donde A es tiosulfato fue preparado al usar el siguiente procedimiento: Hexahidrato de nitrato de cinc (44.6 gramos) y nonahidrato de aluminio (18.75 gramos) se mezclaron para formar una mezcla de proporción molar de 3: 1 . Una solución de 500 mi fue preparada de esta mezcla en agua. Aproximadamente 600 mi de una solución 1 .5 molar de carbonato de sodio fueron preparados. Las dos soluciones se calentaron a una temperatura de 90 - 100°C y cada una fue adicionada simultáneamente a un recipiente de precipitación mientras que se mantenía el recipiente de precipitación a una temperatura de 90 - 100°C y a un pH de aproximadamente 1 1. El precipitado fue filtrado bajo vacío, lavado substancialmente libre de sales disueltas y se secó a un contenido de humedad de menos de 5% en peso. El precipitado es calcinado entonces a una temperatura de 500°C durante 6 horas. El material calcinado ( 10 gramos) fue enfriado y mezclado con una solución e 5 gramos de pentahidrato de tiosulfato de sodio en 75 mi de agua para formar una pasta. La pasta fue agitada durante 6 horas a 25°C y se envejeció durante 24 horas en un recipiente mantenido en atmósfera de nitrógeno. La pasta fue filtrada entonces y la torta húmeda fue secada bajo vacío a un contenido de humedad de menos de 5% en peso.

Un espectro FTIR del compuesto LDH así preparado fue obtenido y este es mostrado en la Figura 1 , la cual muestra un pico a ~ 1 130 cm"1 que confirme la presencia del anión de tiosulfato en él. A los 12 litros de agua de prueba, se adicionaron 1 .2 gramos del extinguidor de biocida como se preparó antes y se agitó. La concentración de cloro en el agua de prueba fue medida a varios intervalos sobre 15 minutos.

Ejemplo 4 A los 12 litros de agua de prueba, 2.4 gramos del extinguidor de biocida como se preparó para el Ejemplo 3, fueron adicionados y agitados. La concentración de yodo en el agua de prueba fue medida a varios intervalos sobre 15 minutos.

El procedimiento para medición de contenido de cloro y yodo en agua está dado a continuación: El cloro o yodo disponible fue analizado mediante método yodométrico de acuerdo con Standard Methods (Métodos estándares) (APHA, AWWA & WEF 2001 , Estándar Methods for the Examination of Water and Wastewater (Métodos estándares para la examinación de agua y agua de desecho), 20a ed., Part 2130. Washington , DC: American Public Health Association/American Water Works Association and Water Environment Federation).

Los datos sobre la concentración del biocida en el agua de prueba como una función de tiempo para los Ejemplos 1 a 4 se resumen en la Tabla 1 .

Tabla 1 Los datos en la Tabla 1 indican que la inclusión de un extinguidor de biocida de la invención (Ejemplos 3 y 4) controla la concentración de biocida en agua sobre un tiempo deseado.

Ejemplos 5 a 7: Diferentes tipos de extinguidores de biocida, proceso para su preparación y su eficacia En los siguientes experimentos, diferentes tipos de extinguidores de biocida fueron preparados usando diferentes procesos y el desempeño de cada uno fue verificado para mostrar la eficiencia para controlar la concentración de biocida en agua. En los Ejemplos 5 a 7, el agua de prueba consistió de tomar doce litros de agua a los cuales se adicionó 0.18 g de hipoclorito de calcio (teniendo 65% de cloro disponible) y se agitó para disolver todo el hipoclorito de calcio.

Ejemplo 5 Un extinguidor de biocida el cual es Mg6AI2(OH)16(A). 4H20, donde A es tiosuflato, fue preparado usando el procedimiento similar a aquél usado para preparar el compuesto LDH preparado en el Ejemplo 3, excepto que el hexahidrato de nitrato de magnesio (38.5 gramos) se usó en lugar de hexahidrato de nitrato de cinc.

A los 12 litros de agua de prueba, 3.6 gramos del extinguidor de biocida como se preparó antes, fueron adicionados y agitados. La concentración de cloro en el agua de prueba fue medida a varios intervalos sobre 20 minutos.

Ejemplo 6: Un extinguidor de biocida, el cual es Zn6AI2(OH)16(A). 4H20, donde A es tiosulfato fue preparado al usar el siguiente procedim iento: Hexahidrato de nitrato de cinc (44.6 gramos) y nonahidrato de aluminio ( 18.75 gramos) se mezclaron para formar una mezcla de proporción molar de 3: 1 . Una solución de 500 mi fue preparada de esta mezcla en agua. Aproximadamente 600 mi de una solución 3 molar de hidróxido de sodio fueron preparados. Las dos soluciones fueron calentadas a una temperatura de 90-100°C y cada una fue adicionada simultáneamente a un recipiente de precipitación mientras que se mantenía el recipiente de precipitación a una temperatura de 90-100°C bajo atmosfera de nitrógeno y a un pH de aproximadamente 1 1 . El precipitado fue filtrado bajo vacío, se lavó substancialmente libre de sales disueltas y se secó a un contenido de humedad de menos de 5% en peso. El material seco (8 gramos) se enfrió y mezcló con una solución de 4 gramos de pentahidrato de tiosulfato de sodio en 75 mi de agua para formar una pasta. La pasta fue agitada durante 16 horas a 25°C y se envejeció durante 24 horas en un recipiente mantenido en atmosfera de nitrógeno. La pasta fue entonces filtrada y la torta húmeda se lavó para estar substancialmente libre de sales disueltas usando agua deionizada. La torta de filtración se secó bajo vacío a un contenido de humedad de menos de 5% en peso.

A los 12 litros de agua de prueba, 4.8 gramos del extinguidor de biocida como se prepara antes, fueron adicionados y agitados. La concentración de cloro en el agua de prueba se midió a varios intervalos sobre 20 minutos.

Ejemplo 7: Un extinguidor de biocida, el cual es Zn6AI2(OH)16(A). 4H20, donde A es tiosulfato, fue preparado al usar el siguiente procedimiento.

Hexahidrato de nitrato de cinc (2975 gramos) y nonahidrato de aluminio ( 12.5 gramos) se mezclaron para formar una mezcla- de proporción molar de 3: 1 . Una solución de 500 mi fue preparada de esta mezcla en agua. Una mezcla de 10.66 gramos de hidróxido de sodio (0.27 molar) y 12 gramos de pentahidrato de tiosulfato de sodio (0.05 molar) se disolvió en 500 mi de agua destilada. Las dos soluciones fueron calentadas a una temperatura de aproximadamente 45°C y cada una fueron adicionadas de manera simultánea a un recipiente de precipitación, mientras que se mantenía el recipiente de precipitación a una temperatura de 45°C bajo atmósfera de nitrógeno y a un pH de aproximadamente 8. La pasta fue agitada durante 2 horas y envejecida durante 8 horas. La pasta fue filtrada entonces y la torta húmeda fue lavada para ser substancialmente libre de sales disueltas usando agua deionizada. La torta húmeda fue secada bajo vacío a un contenido de humedad de menos de 7% en peso.

A los 12 litros de agua de prueba, 1 .56 gramos del extinguidor de biocida como se preparó antes, fueron adicionados y agitados. La concentración de cloro en el agua de prueba se midió a varios intervalos sobre 20 minutos.

Los datos sobre la concentración del biocida en el agua de prueba como una función de tiempo para los Ejemplos 5 a 7, se resumen en la Tabla 2.

Tabla 2 Los datos en la Tabla 2 indican q ue varios tipos de extinguidores de biocida pueden ser preparados seg ún la invención usando varios métodos diferentes para lograr la concentración controlada deseada de biocida en agua.

Ejem plos 8 y 9 : Composiciones de coagulación-floculación comprendiendo u n biocida y un extinguidor de biocida de la invención Ejem plo 8 : Una composición como se muestra más adelante, fue preparada y almacenada en un saco de dos compartimientos.

Compartimiento 1 : hipoclorito de calcio (65% promedio de cloro): 0.18 g Compartimiento: 2: sulfato de aluminio: 2.0 g; poliacrilamida no iónica: 0.2 g, arcilla Bentonita: 1 .0 g; extinguidor de biocida como se preparó en el Ejemplo 3: 1 .2 g .

Cuando se desea usar, los contenidos de los dos compartimientos fueron adicionados de manera sim ultánea a un agua de prueba, la cual contenía lo siguiente: 1 04 quistes, 1 07 bacterias y 105 virus, 1 50 mg de polvo de prueba.

Los contenidos fueron agitados durante 2 minutos y se dejó reposar durante 15 minutos.

El agua conten ía 1 0 ppm en peso de cloro justo después de la adición de la composición y nada de cloro después de 1 5 minutos. El agua fue microbiológicamente pura pasando la prueba de remoción 3 logarítmica de quistes, remoción 6 logarítmica de bacterias y remoción 4 logarítmica de virus.

Ejemplo 9: Una composición como se muestra más adelante fue preparada y almacenada en un saco de dos compartimientos.

Compartimiento 1 : hipoclorito de calcio (65% promedio de cloro): 0.36 g Compartimiento 2: sulfato de aluminio: 2.0 g; poliacrilamida no tónica: 0.2 g; arcilla Bentonita: 1 .0 g; extinguidor de biocida como se preparó en el Ejemplo 3: 2.4 g.

Cuando se desea usar, los contenidos de los dos compartimientos fueron adicionados simultáneamente a un agua de prueba, la cual conten ía los siguientes 104 quistes, 1 07 bacterias y 105 virus, 1 50 mg de polvo de prueba.

Los contenidos fueron agitados durante 2 minutos y se dejaron reposar durante 15 minutos.

El agua conten ía 20 ppm en peso de cloro j usto después de la adición de la composición y nada de cloro después de 1 5 minutos. El agua fue microbiológicamente pura pasando la prueba de remoción 3 logarítmica de quistes, remoción 6 logarítmica de bacterias y remoción 4 logarítmica de virus.

La invención proporciona así una composición de desinfección que asegura que el sobrante de desinfectante/biocida en exceso después de la eficiente desinfección, es extinguido en una manera controlada.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Una composición de desinfección que comprende: (i) un biocida oxidante; y (ii) un extinguidor de biocida de liberación retardada, el cual es un compuesto de hidróxido de doble capa teniendo la fórmula general (M,2+)x(M23 + )y(OH)2x+2y{Az )y,z. nH20 donde Iv^2* es un catión divalente y M23+ es un catión trivalente, A es un anión el cual es un agente reductor y x tiene un valor desde 0.1 hasta 10.0 y tiene un valor desde 0.1 hasta 5.0, n tiene un valor entre 0 hasta 10.0, z tiene un valor desde 1.0 hasta 4.0; en donde el potencial redox del biocida oxidante es al menos 200 mV mayor que el potencial redox del agente reductor.

2. Una composición como se reclama en la reivindicación 1, en donde el catión divalente es magnesio, cinc o calcio.

3. Una composición como se reclama en las reivindicaciones 1 o 2, en donde el catión trivalente es aluminio.

4. Una composición como se reclama en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el anión A es ascorbato o tiosulfato.

5. Una composición como se reclama en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde dicho biocida oxidante es un compuesto de halógeno.

6. Una composición como se reclama en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el extinguidor de biocida de liberación retardada es encapsulado adicionalmente en un polímero soluble en agua.

7. Una composición como se reclama en cualqu iera de las reivindicaciones precedentes, que comprende una gente coagulante, el cual es una sal de metal inorgánica soluble en agua, teniendo un catión trivalente, y un agente floculante, el cual es un pol ímero soluble en agua, de alto peso molecular.

8. Una composición como se reclama en la reivindicación 7, en donde el agente coagulante es cloruro de polialuminio, sulfato de aluminio o sulfato férrico.

9. Una composición como se reclama en la reivindicación 7 u 8, en donde el agente floculante es poliacrilamida no iónica o modificada aniónicamente.

10. Una composición como se reclama en cualquiera de las reivindicaciones precedentes que comprende dos porciones las cuales son espacialmente separadas, en donde la primera porción comprende el biocida oxidante y la segunda porción comprende el extinguidor de biocida de liberación retardada.

1 1 . Una composición como se reclama en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el extinguidor de biocida de liberación retardada es preparado mediante un proceso que comprende un paso de hacer reaccionar un compuesto de hidróxido de doble capa (LDH) con un agente reductor, dicho compuesto LDH es preparado mediante un paso de precipitación comprendiendo hacer reaccionar una sal teniendo catión trivalente y una sal teniendo catión divalente con un compuesto alcalino.

12. Una composición como se reclama en la reivindicación 1 1 , en donde el compuesto alcalino es hidróxido de sodio y la reacción de precipitación es realizada a una temperatura en el rango de 40 hasta 50°C y un pH de 6 hasta 8m, y en donde el compuesto LDH filtrado y lavado para hacerse substancialmente libre de sales, se hace reaccionar con un agente reductor a un pH de 6 hasta 8.

1 3. Una composición como se reclama en la reivindicación 1 1 o 12, en donde el compuesto alcalino es hidróxido de sodio y la reacción de precipitación es realizada a una temperatura en el rango de 90 hasta 100°C y un pH de 9.5 hasta 1 1 , seguido por el paso de reacción del LDH así formado con el agente reductor a un pH de 6 a 8.

14. Un método para purificar agua contaminada durante remoción 6 logarítmica de bacterias, remoción 4 logarítmica de virus y remoción 3 logarítmica de quistes, que comprende los pasos de (i) contactar agua contaminada con una composición como se reclama en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, y (ii) separar la material insoluble del agua.