使用包封熒光染料示蹤化學(xué)品量的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于測量化學(xué)品劑量的組合物、方法和設(shè)備。特別地，本發(fā)明包括添加 到工業(yè)廢水中的熒光示蹤處理化學(xué)品。本發(fā)明允許使用諸如TRASAR?技術(shù)或3D TRASAR?技術(shù)的處理技術(shù)來有效處理工業(yè)廢水，所述技術(shù)各自可獲自Nalco，Ecolab Company,1601 West Diehl Road，Naperville，Illinois 60563〇
[0002] 發(fā)明背景
[0003] 廢水，特別是工業(yè)廢水，因其物理和化學(xué)性質(zhì)可難以成本有效地處理。廢水可以包 含各種化學(xué)和生物物類，包括懸浮固體。因此，對于更有效地處理廢水特別是工業(yè)廢水存在 著長期但未滿足的需要。
[0004] 使用染料作為示蹤化學(xué)品由Nalco Company的John Hoots在1988年獲得專利（美 國專利4,783,314)，并提交了用于特定工業(yè)應(yīng)用，如二磺化蒽作為鍋爐水的惰性示蹤劑的 后繼專利申請(美國專利7,220,382)。
[0005] 羅丹明染料的合成描述在美國專利4,647,675中。作為一種市售染料，羅丹明WT已 經(jīng)用于地表水、地下水和廢水的水文研究(Dyes As Hydrological Tracers, Mon，J.和 Flury M.，Water Encyclopedia，95_102;YSI Environmental 1006 E46_01)(2005);和 Herbicide tracing in surface water and ground water(YSI Environmental 1006 E46-01)。
[0006] 工業(yè)廢水處理方法還不能使用熒光示蹤劑，因其高熒光背景和來自懸浮固體的高 干擾光散射信號。極難找到克服來自工業(yè)廢水中存在的高熒光背景與高懸浮固體的干擾的 惰性染料。來自帶電荷的混凝劑和絮凝劑以及廢水中的其它污染物的干擾增加了尋找合適 的惰性熒光染料的難度。
[0007] 因此，存在對可用于工業(yè)廢水中的示蹤處理化學(xué)品的熒光染料的需要和顯著的效 用。合意地，該染料將克服工業(yè)廢水所造成的障礙，所述障礙使得難以熒光示蹤處理化學(xué) 品。
[0008] 本節(jié)中描述的現(xiàn)有技術(shù)并非意在構(gòu)成認(rèn)可在本文中相對于本發(fā)明稱為"現(xiàn)有技 術(shù)"的任何專利、出版物或其它信息，除非特別指定如此。此外，該部分不應(yīng)解釋為意味著已 經(jīng)進(jìn)行了搜索或不存在37 CFR§1.56(a)中定義的其它相關(guān)信息。
[0009] 發(fā)明概述
[0010] 為了滿足上述長期感到但尚未解決的需求，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方案涉及用示 蹤劑染料定量處理化學(xué)品的方法，其中所述染料是包封的。該染料可以引入到工藝系統(tǒng)中， 其中該包封染料的光譜性質(zhì)基本不被工藝系統(tǒng)中的材料或與處理化學(xué)品共存而改變。該包 封染料可以與處理化學(xué)品預(yù)混合，或在它們加入到工藝系統(tǒng)中時(shí)與該處理化學(xué)品混合。
[0011] 該方法可以進(jìn)一步包括通過測量包封染料的光譜性質(zhì)并將該測量值與預(yù)先確定 與已測光譜性質(zhì)相關(guān)的處理化學(xué)品量相關(guān)聯(lián)來計(jì)算工藝系統(tǒng)中處理化學(xué)品的量。示蹤劑染 料可以具有高于550納米的熒光發(fā)射波長。染料可以選自咕噸、噁嗪、菁藍(lán)、苯乙烯基、香豆 素、撲吩、納米晶、茈、酞菁及其任意組合的衍生物列表。染料可以是咕噸衍生物，例如但不 限于羅丹明WT、磺酰羅丹明B、羅丹明B及其任意組合。處理化學(xué)品可以是選自混凝劑、絮凝 劑、防垢劑、防蝕劑、殺生物劑、氧清除劑、硬度去除劑及其任意組合的一種。處理化學(xué)品可 以是無機(jī)、有機(jī)和/或無機(jī)與有機(jī)材料的共混物。處理化學(xué)品可以是含有鋁或鐵鹽的無機(jī)混 凝劑或無機(jī)與有機(jī)混凝劑的共混物。
[0012] 該方法可以進(jìn)一步包括通過將染料與具有適當(dāng)HLB的表面活性劑在水溶液中混合 來包封染料的步驟。表面活性劑可以是選自陽離子型、陰離子型、兩性型、非離子型和兩性 離子型的一種。表面活性劑可以是ΡΕ0-ΡΡ0-ΡΕ0三嵌段共聚物。處理化學(xué)品可以是標(biāo)記聚合 物。
[0013] 染料對處理化學(xué)品的比可以為1:100至100:1，并且還可以是1:25至25:1、1:10至 10:1和/或1:10至2:1。該方法可以進(jìn)一步包括通過將干燥示蹤劑染料與熔融形式的干燥處 理化學(xué)品混合以形成熔融混合物、冷卻所述熔融混合物以形成固體物料(mass)并在水中溶 解所述熔融物料(mass)來包封該染料的步驟。該方法可以進(jìn)一步包括通過將處理化學(xué)品溶 解在水中以形成溶液并隨后在該溶液中溶解染料來包封所述染料的步驟。該過程可以是選 自以下設(shè)備中的水的一種:廢水處理系統(tǒng)、鍋爐、冷卻塔、原水處理系統(tǒng)、膜處理系統(tǒng)、紙漿 和造紙工業(yè)過程、食品與飲料業(yè)、制造業(yè)、以及石油或石化精煉業(yè)。
[0014] 附加特征與優(yōu)點(diǎn)描述在本文中，并由以下詳述顯而易見。
[0015] 附圖概述
[0016] 在下文中具體參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明，其中：
[0017] 圖1是顯示當(dāng)放置在來自不同行業(yè)的廢水中時(shí)RWT染料的熒光變化的圖，100%表 示熒光沒有改變，距離100%的偏差顯示熒光中不一致的變化，〇%表明熒光幾乎沒有一致 性。
[0018] 圖2是顯示與不同種類的廢水污染物接觸時(shí)RWT染料的熒光變化的圖。
[0019]圖3是顯示當(dāng)放置在來自不同行業(yè)的廢水中時(shí)RB染料的熒光變化的圖。
[0020]圖4是顯示與不同種類的廢水污染物接觸時(shí)RB染料的熒光變化的圖。
[0021]圖5是顯示廢水處理化學(xué)品如何在SRB染料中引起熒光變化的圖。
[0022]圖6是顯示RWT染料與廢水處理化學(xué)品一起在不同pH值下表現(xiàn)出熒光變化的圖。
[0023] 圖7是顯示本發(fā)明的染料在來自不同行業(yè)的廢水的存在下表現(xiàn)出恒定熒光的圖。
[0024] 圖8是顯示本發(fā)明的染料在不同種類的廢水污染物的存在下表現(xiàn)出恒定熒光的 圖。
[0025]圖9是顯示本發(fā)明的染料在室溫下、在50°C下和在冷凍與解凍之間交替的環(huán)境中 的穩(wěn)定性的圖。
[0026] 圖10是顯示在與各種化學(xué)添加劑一起施加或在不同pH值下單獨(dú)施加時(shí)本發(fā)明的 染料的恒定熒光的圖。
[0027] 對本公開的目的而言，除非另行說明，圖中相同的附圖標(biāo)記應(yīng)當(dāng)是指相同的特征， 相同的測量應(yīng)指示相同的概念。附圖僅僅是本發(fā)明的原理的范例，并非意在將本發(fā)明限制 于所顯示的特定實(shí)施方案。
[0028] 發(fā)明詳述
[0029]雖然本發(fā)明能夠以各種形式實(shí)施，顯示在附圖中并將在下文中描述目前優(yōu)選的實(shí) 施方案，要理解的是，本公開應(yīng)視為本發(fā)明的示例，并且并非意在將本發(fā)明限于所示的特定 實(shí)施方案。
[0030] 還應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書的本部分的標(biāo)題，sr發(fā)明詳述"涉及美國專利局的要 求，并不意味著也不應(yīng)被推斷為限制本文中公開的主題。
[0031] 提供下面的定義以確定術(shù)語如何在本文中使用，特別是如何解釋權(quán)利要求。定義 的組織僅為方便起見，并非意在將任何定義限制于任何特定類別。
[0032] "基本由……組成"指的是該方法與組合物可以包括附加步驟、組分、成分等等，但 是僅限于該附加步驟、組分和/或成分不會實(shí)質(zhì)上改變所要求保護(hù)的方法與組合物的基礎(chǔ) 與新穎的特征。
[0033] "包封"指的是將物質(zhì)組合物的物料(其可以是光譜活性材料(包括但不限于熒光 材料））放置在膠囊的芯中，該芯被殼膠囊包圍，該包封材料可以被殼包含，以使得該芯或光 譜活性材料可以避免與液體(膠囊在所述液體中）或與化學(xué)品(所述化學(xué)品與該膠囊一起進(jìn) 料至該液體中）的任何直接接觸，或者該膠囊可以限制芯與其它材料之間的相互作用的數(shù) 量或類型，以使得該芯與沒有如此包封時(shí)相比基本惰性或至少反應(yīng)性較低，該膠囊可具有 HLB使得在平衡下，基本所有包封材料留在該膠囊內(nèi)并且基本沒有顯著改變包封材料的光 譜或物理性質(zhì)的材料與其接觸，或者該包封可以減少芯的排出以使得該芯材料是基本惰性 的，該膠囊可以具有單核、多核和/或基質(zhì)(matrix)類型形貌，膠囊包括膠束、微膠囊和納米 膠囊，并且其直徑可以為1米或更大至0.0001納米或更小，芯的直徑可以為0.5米或更大至 0.00001納米或更小。
[0034] "混凝劑"是通常在固液分離階段使用以中和懸浮固體/粒子的電荷使得它們可以 聚結(jié)的水處理化學(xué)品，混凝劑通常歸類為無機(jī)混凝