DE19913807A1 - Verfahren zum Reinigen von hydrophobe Bestandteile enthaltenden Materialien - Google Patents

Abstract

Es handelt sich um ein Verfahren zum Reinigen von hydrophobe Bestandteile enthaltenden Materialien, insbesondere von mit hydrophoben Stoffen kontaminierten Oberflächen. Bei diesem Verfahren wird auf das jeweils zu reinigende Material eine lipophile Substanz zum Lösen der hydrophoben Bestandteile ggf. unter zusätzlicher Einwirkung mechanischer Energie aufgebracht. Die lipophile Substanz kann entweder organische Carbonsäuren sowie Salzbildner oder Carbonsäuren allein enthalten. Nach einer ersten Alternative wird das Gemisch aus der lipophilen Substanz mit den darin gelösten/suspendierten Basen und den hydrophoben Bestandteilen unter Zugabe reinen Wassers in eine Emulsion oder Suspension mit die gelösten hydrophoben Bestandteile aufweisenden Tensiden in der Wasserphase überführt. Bei einer zweiten Alternative wird die Lösung aus der lipophilen Substanz und den hydrophoben Bestandteilen unter Zugabe einer natürlichen, basischen wässrigen Lösung, wie z. B. basisches Brauchwasser, Meerwasser oder natürliche Solen, in die beschriebene Emulsion oder Suspension mit die gelösten hydrophoben Bestandteile aufweisenden Tensiden in der Wasserphase überführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von hydrophobe Bestandteile enthaltenden Materialien, insbeson­ dere von mit hydrophoben Stoffen kontaminierten Ober­ flächen, wonach auf das jeweils zu reinigende Material eine lipophile Substanz zum Lösen der hydrophoben Bestandteile, ggf. unter zusätzlicher Einwirkung mechanischer Energie aufgebracht wird.

Derartige oder vergleichbare Reinigungsverfahren sind bekannt (vgl. beispielsweise DE-PS 197 37 486, PCT/EP 98/05353, EP 0 024 340 sowie US 5 156 686). Solche Verfah­ ren lassen sich beispielsweise bei Reinigungsprozessen in der metallverarbeitenden Industrie und im Bereich von Werk­ stätten, Fahrzeugreinigung, Altmotorenaufbereitung usw. einsetzen. Dies gilt auch für die Reinigung von Gebrauchs­ gegenständen, wie beispielsweise Utensilien von Großküchen, Textilreinigung, Bodenreinigung usw.. Bei den hydrophoben Bestandteilen, die im Rahmen des nachfolgend beschriebenen Verfahrens von den zu reinigenden Materialien entfernt werden, handelt es sich insbesondere um Öle und/oder Fette natürlichen, mineralischen oder künstlichen Ursprungs.

Chemikalien, mit deren Hilfe hydrophobe Bestandteile ent­ fernt werden können, sind in großer Auswahl bekannt. So lassen sich beispielsweise tensidhaltige wässrige Lösungen oder Emulsionen einsetzen, die hydrophobe Bestandteile emulgieren und hierdurch von dem zu reinigenden Substrat entfernen. - Die bekannten Verfahren haben sich zwar bewährt, sind jedoch aufwendig, was die Anzahl der Verfahrensschritte und den Verfahrensablauf angeht. Auch werden natürliche Ressourcen kaum berücksichtigt. Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Ausgestaltung so weiterzuentwickeln, daß bei verringertem Aufwand eine zugleich kostengünstige und schonende Entsorgung gewähr­ leistet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der Erfindung nach einer ersten Alternative ein Verfahren zum Reinigen von hydrophobe Bestandteile enthaltenden Materialien, insbeson­ dere von mit hydrophoben Stoffen kontaminierten Ober­ flächen, wonach

• - auf das jeweils zu reinigende Material eine lipophile Substanz zum Lösen der hydrophoben Bestandteile, ggf. unter zusätzlicher Einwirkung mechanischer Energie, aufgebracht wird, wobei
• - die lipophile Substanz organische Carbonsäuren sowie Salzbildner, z. B. organische Amine und/oder anorgani­ sche basische Salze aufweist, und wonach
• - unter Wasserzugabe die Lösung aus der lipophilen Substanz und den hydrophoben Bestandteilen eine Wasser-in-Lösung- oder Lösung-in-Wasser-Emulsion oder -Suspension mit die gelösten hydrophoben Bestandteile aufweisenden Tensiden in der Wasserphase bildet.

Nach einem Alternativvorschlag ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zum Reinigen von hydrophobe Bestandteile ent­ haltenden Materialien, insbesondere von mit hydrophoben Stoffen kontaminierten Oberflächen, wonach

• - auf das jeweils zu reinigende Material eine lipophile Substanz zum Lösen der hydrophoben Bestandteile, ggf. unter zusätzlicher Einwirkung mechanischer Energie aufgebracht wird, wobei
• - die lipophile Substanz einzig organische Carbonsäuren aufweist, und wonach
• - unter Zugabe einer natürlichen basischen wässrigen Lösung, wie z. B. basisches Brauchwasser, Meerwasser oder natürliche Solen, die Lösung aus der lipophilen Substanz und den hydrophoben Bestandteilen eine Wasser-in-Lösung- oder Lösung-in-Wasser-Emulsion oder -Suspension mit die gelösten hydrophoben Bestandteile aufweisenden Tensiden in der Wasserphase bildet.

Dabei kann die mechanische Energie in Form von (Hoch-)Druck, Schall (Ultraschall) sowie durch Einarbeiten mittels Bürsten od. dgl. aufgebracht werden. Bei den Carbonsäuren handelt es sich bevorzugt um Monocarbonsäuren, insbesondere langkettige, gesättigte oder ungesättigte Fettsäuren natürlichen oder synthetischen Ursprungs, welche in wässriger basischer Lösung Carbonsäuresalze, insbeson­ dere Fettsäuresalze, bilden.

Unter den zu entfernenden hydrophoben Bestandteilen sind im Rahmen der Erfindung "wasserscheue" Substanzen zu verste­ hen, insbesondere solche Komponenten, die Kohlenwasser­ stoff-Reste in einer derartigen Länge und/oder Anzahl ent­ halten, daß sie sich nicht mit Wasser (in jedem Mengen­ verhältnis) vermischen lassen. - Die verwendeten lipophilen Substanzen sind nach allgemeinem Verständnis "fettliebend", so daß hydrophobe Molekülteile lipophil und hydrophile Molekülbestandteile lipophob sind.

Unter langkettigen Fettsäuren werden im Rahmen der Offen­ barung Carbonsäuren verstanden, deren Kettenlängen im für Fettsäuren natürlichen ursprungstypischen C-Kettenlängen­ bereich von 10 bis 22 C-Atomen liegen. Im engeren Sinne und wegen ihrer Verfügbarkeit aus nachwachsenden Rohstoffen werden hierunter bevorzugt Fettsäuren natürlichen Ursprungs verstanden. Dies sind lineare gesättigte oder ein- oder mehrfach ungesättigte Carbonsäuren mit einer geraden Anzahl von C-Atomen im Bereich von C₁₀-C₂₂.

Immer wird grundsätzlich so vorgegangen, daß mit Hilfe der lipophilen Substanz zunächst die hydrophoben Bestandteile gelöst werden, und zwar ggf. unter zusätzlicher Einwirkung mechanischer Energie. Die Salzbildner, z. B. organische Amine und/oder anorganische basische Salze oder auch die natürliche basische wässrige Lösung sorgen nun mit ihrer Alkalität dafür, daß zumindest ein Teil der Fettsäuren in ihre Anionen überführt wird. Diese Anionen gehen zusammen mit den hydrophoben Stoffen bzw. Bestandteilen als Suspension in die Wasserphase über. Aus der Wasserphase können die vorgenannten Anionen in einem weiteren Schritt ausgeflockt werden und lassen sich zusammen mit den mitausgeflockten hydrophoben Bestandteilen des zu reinigenden Materials nach bevorzugter Ausführungsform von der Wasserphase trennen. In diesem Zusammenhang bildet die Lösung aus der lipophilen Substanz und den hydrophoben Bestandteilen eine Wasser-in-Lösung- oder Lösung-in-Wasser-Emulsion oder -Suspension. Mit anderen Worten werden die hydrophoben und abzutrennenden Bestand­ teilen von der lipophilen Substanz gelöst und gleichsam eingeschlossen, so daß die solchermaßen erzeugte Lösung ähnlich einer Wasser-/Öl-Emulsion oder -Suspension von einer hydrophilen Hülle umgeben wird, folglich die beschriebene Abtrennung möglich ist. Dementsprechend bilden sich die gelösten hydrophoben Bestandteile aufweisende Tenside bzw. grenzflächenaktive Substanzen in der Wasserphase.

Dabei wird grundsätzlich so vorgegangen, daß nach der ersten Alternative mit Hilfe einer dem System bereits zuge­ setzten wasserfreien Base die Umsetzung der Fettsäure in ihr Salz bei Kontakt mit normalem Wasser und damit ohne Zusatz von Basen zum Wasser die Suspendierbarkeit erreicht wird. Mit anderen Worten wird die erforderliche Base zur Umsetzung der Fettsäure in ihr suspendierbares Salz bereits der Fettsäure zugemischt und reagiert im Kontakt mit Wasser.

Bei der zweiten dargestellten Lösungsmöglichkeit wird der beschriebene Umsetzungsvorgang durch die natürliche basische wässrige Lösung eingeleitet bzw. vollführt. Das heißt, hier ist vorgesehen, daß das verwendete Wasser bereits genügend Alkalien enthält, um die beschriebene Umsetzung zu einem Fettsäuresalz zu bewirken. - Bei den Carbonsäuren kann es sich um Monocarbonsäuren, insbesondere langkettige, gesättigte oder ungesättigte Fettsäuren natürlichen oder synthetischen Ursprungs handeln, die im wässrigen, basischen Milieu Fettsäuresalze bilden. Im übrigen können sich unter den Carbonsäuren kurzkettige Monocarbonsäuren befinden, die als Lösungsvermittler dienen.

Beispiele geeigneter Fettsäuren, die einzeln oder im Gemisch miteinander erfindungsgemäß eingesetzt werden können, sind Lauroleinsäure, Myristoleinsäure, Palmitolein­ säure, Petrolselinsäure, Ölsäure, Elaidinsäure, Vaccen­ säure, Erucasäure, Linolsäure, Linolensäure, Arachidon­ säure, Clupanodonsäure, α-Elaeostearinsäure und α-Parinar­ säure. Wegen ihrer leichten großtechnischen Verfügbarkeit ist Ölsäure besonders bevorzugt. Ölsäure hat weiterhin den Vorteil, als verbreiteter Bestandteil tierischer und pflanzlicher Öle und Fette eine Substanz darzustellen, die ungiftig ist und die als Komponente von Viehfutter oder von Substraten für mikrobiologische Fermentationsprozesse ver­ wendet werden kann.

Für bestimmte Aufgabenstellungen wie beispielsweise die Reinigung von Metallteilen, die mit angebackenen Ölen oder Fetten verschmutzt sind, kann es Vorteile bieten, die Fett­ säure oder das Gemisch von Fettsäuren mit kurzkettigen Carbonsäuren mit 3 bis 9 C-Atomen, vorzugsweise mit 7 bis 9 C-Atomen, zu vermischen, wobei die Mischung bei einer Temperatur unterhalb von 110°C flüssig ist. Dabei beträgt der Anteil dieser kurzkettigen Carbonsäuren, bezogen auf die Gesamtmasse der kurzkettigen Carbonsäuren und der Fett­ säure oder der Mischung von Fettsäuren vorzugsweise etwa 5 bis 90 Gew.-%, insbesondere etwa 10 bis 80 Gew.-%. Dabei wählt man die kurzkettigen Carbonsäuren vorzugsweise aus aus Carbonsäuren mit einer ungeraden Anzahl von C-Atomen.

Besonders bevorzugt sind Heptansäure und Isononansäure. 2-Ethylhexansäure oder Caprylsäure können jedoch ebenfalls verwendet werden. Ein Zusatz derartiger kurzkettiger Carbonsäuren verbessert die Reinigungsleistung. Dabei können die Fettsäuren, die mit den kurzkettigen Carbon­ säuren vermischt werden, vorzugsweise 10 bis 22 C-Atome aufweisen und gesättigt oder ungesättigt sein. Als gesättigte Fettsäuren kommen beispielsweise in Betracht: Caprinsäure, Laurinsäure, Myristinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure, Arachinsäure und Behensäure. Als ungesättigte Fettsäuren sind insbesondere die weiter oben aufgeführten ungesättigten Fettsäuren mit 10 bis 22 C-Atomen zu nennen. Art und Menge der Fettsäuren sind so zu wählen, daß die Mischung mit kurzkettigen Carbonsäuren bei einer Temperatur unterhalb von 110°C, beispielsweise bei einer Temperatur zwischen 40 und 110°C flüssig ist.

Eine Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die langkettige Fettsäure bzw. das Gemisch langkettiger Fett­ säuren, ggf. zusammen mit den hiermit vermischten kurz­ kettigen Carbonsäuren, als homogene Flüssigkeit vorliegt. In einer besonderen Ausführungsform besteht diese homogene Flüssigkeit ausschließlich aus der Fettsäure bzw. den Fett­ säuren, ggf. zusammen mit hiermit vermischten kurzkettigen Carbonsäuren.

Die Salzbildner sind vorzugsweise in einem organischen Lösungsmittel gelöst oder liegen als reine Substanz vor, sind emulgiert oder suspendiert, wobei die Lösung, Emulsion oder Suspension mit den Carbonsäuren eine Emulsion oder Suspension bildet. Die Vermischung der Carbonsäuren mit den Salzbildnern erfolgt gegebenenfalls erst kurz vor ihrem Auftrag oder Eintrag, wobei eine mögliche Reaktion zwischen den Carbonsäuren und den Salzbildnern so langsam verläuft, daß ausreichend Zeit für das Eindringen der Carbonsäuren in die hydrophoben Stoffe der zu reinigenden Materialien ver­ bleibt. Dabei kann die Vermischung unmittelbar vor dem Eintrag erfolgen, sie kann jedoch, sofern die Suspension/Lösung stabil ist, auch beliebig lange vorher vorhanden sein. Bemerkenswert ist in diesem Zusammenhang, daß überhaupt eine Lösung/Suspension als hydrophobe Phase gebildet wird. So formen organische Amine stabile, wasser­ freie Lösungen mit Ölsäure. Erst im Kontakt mit Wasser bilden sich die entsprechenden Tenside.

Insgesamt kann im Rahmen der Erfindung bei Verwendung von Meerwasser, basischem Brauchwasser oder sonstigen basischen Wässern der Einsatz von Salzbildnern entsprechend reduziert oder sogar völlig auf Salzbildner verzichtet werden. Immer ist eine einwandfreie und umweltschonende Reinigung von beispielsweise Anlagen, Anlagenteilen und Werkstücken auf Schiffen, Plattformen, Tanks, Konstruktionen aus Stahl, Beton, Kunststoffen u. ä. im Meerwasserbereich oder im Bereich natürlich oder technisch vorkommender Solen gewähr­ leistet. Ebenso kann Brackwasser zum Einsatz kommen. Bei der zu reinigenden Oberfläche bzw. den die hydrophoben Bestandteile enthaltenden Materialien kann es sich auch um Wasser selbst handeln. Dies betrifft insbesondere auf dem Wasser schwimmende hydrophobe Stoffe wie Öle, Fette oder Teere. Auch lassen sich nach dem beschriebenen Verfahren Oberflächen an natürlichem Strand bzw. einer Küste in ver­ schiedenen Erscheinungsformen (Sand, Geröll, Fels etc.) behandeln, die im Bereich des Meerwassers oder von Solen liegen.

Nach weiter bevorzugter Ausführungsform ist vorgesehen, daß die lipophile Substanz und/oder die Salzbildner nahrungs- und futtermittelverträglich ist bzw. sind, d. h. grund­ sätzlich Bestandteile aus Stoffen eingesetzt werden, die in Nahrungs- oder Futtermitteln enthalten sein können. Immer ist gewährleistet, daß nach Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens der überwiegende Teil der in wässriger Phase vorliegenden oberflächenaktiven Substanzen zusammen mit den emulgierten hydrophoben Stoffen aus dem Abwasser wieder entfernt werden kann. In diesem Zusammenhang ist es auch denkbar, daß die oberflächenaktiven Substanzen z. B. durch den Zusatz mehrwertiger Kationen aus dem Abwasser entfernt werden.

Immer kommt es darauf an, daß der rein lipophile Vorgang der intensiven Vermischung mit den hydrophoben Bestand­ teilen eine besondere Rolle spielt. Anschließend wird aus­ schließlich natürliches Wasser ohne weitere Zusätze für die Umsetzung zu einer Suspension eingesetzt. Dabei wird nach der ersten Alternative das Gemisch aus der lipophilen Substanz mit den darin gelösten oder suspensierten Basen und den hydrophoben Bestandteilen unter Zugabe reinen Wassers in die Emulsion oder Suspension mit die gelösten hydrophoben Bestandteile aufweisenden Tensiden in der Wasserphase überführt. Bei der zweiten Alternative wird die Lösung aus der lipophilen Substanz und den hydrophoben Bestandteilen unter Zugabe einer natürlichen, basischen wässrigen Lösung, in die beschriebene Emulsion oder Suspension mit die gelösten hydrophoben Bestandteile auf­ weisenden Tensiden in der Wasserphase überführt.

Claims (8)

1. Verfahren zum Reinigen von hydrophobe Bestandteile enthaltenden Materialien, insbesondere von mit hydrophoben Stoffen kontaminierten Oberflächen, wonach

• - auf das jeweils zu reinigende Material eine lipophile Substanz zum Lösen der hydrophoben Bestandteile, ggf. unter zusätzlicher Einwirkung mechanischer Energie, aufgebracht wird, wobei
• - die lipophile Substanz organische Carbonsäuren sowie Salzbildner, z. B. organische Amine und/oder anorgani­ sche basische Salze aufweist, und wonach
• - unter Wasserzugabe die Lösung aus der lipophilen Substanz und den hydrophoben Bestandteilen eine Wasser-in-Lösung- oder Lösung-in-Wasser-Emulsion oder
• - Suspension mit die gelösten hydrophoben Bestandteile aufweisenden Tensiden in der Wasserphase bildet.

2. Verfahren zum Reinigen von hydrophobe Bestandteile enthaltenden Materialien, insbesondere von mit hydrophoben Stoffen kontaminierten Oberflächen, wonach

• - auf das jeweils zu reinigende Material eine lipophile Substanz zum Lösen der hydrophoben Bestandteile, ggf. unter zusätzlicher Einwirkung mechanischer Energie aufgebracht wird, wobei
• - die lipophile Substanz einzig organische Carbonsäuren aufweist, und wonach
• - unter Zugabe einer natürlichen basischen wässrigen Lösung, wie z. B. basisches Brauchwasser, Meerwasser oder natürliche Solen, die Lösung aus der lipophilen Substanz und den hydrophoben Bestandteilen eine Wasser-in-Lösung- oder Lösung-in-Wasser-Emulsion oder
• - Suspension mit die gelösten hydrophoben Bestandteile aufweisenden Tensiden in der Wasserphase bildet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die mechanische Energie in Form von Druck, Schall sowie durch Einarbeiten mittels Bürsten od. dgl. aufge­ bracht wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Carbonsäuren Monocarbonsäuren, ins­ besondere langkettige, gesättigte oder ungesättigte Fett­ säuren natürlichen oder synthetischen Ursprungs, eingesetzt werden, welche in wässriger basischer Lösung Carbon­ säuresalze, insbesondere Fettsäuresalze, bilden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Salzbildner bereits im wasserfreien Zustand anwesend sind und die Reaktion anschließend durch Kontakt mit normalem Wasser hervorgerufen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Salzbildner hierzu in einem organischen Lösungsmittel oder in Wasser gelöst, emulgiert oder suspendiert werden, wobei die Lösung, Emulsion oder Suspension mit den Carbonsäuren eine Emulsion oder Suspension bildet.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vermischung der Carbonsäure mit dem oder den Salzbildnern erst kurz vor ihrem Auf- oder Eintrag oder - sofern die zugehörige Suspension/Lösung stabil ist - auch beliebig lange vorher erfolgt, wobei eine mögliche Reaktion zwischen Carbonsäuren und Salzbildnern so langsam verläuft, daß ausreichend Zeit für das Eindringen der Carbonsäuren in die hydrophoben Stoffe der zu reinigenden Materialien verbleibt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die lipophile Substanz nahrungs- und futtermittelverträglich ist.