DD156978A5 - ANION EXCHANGERS, METHOD FOR THEIR PRODUCTION AND THEIR USE - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft Anionenaustauscher, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung, vorzugsweise in der Wasseraufbereitungstechnik. Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung von Anionenaustauschern mit einer wesentlich verbesserten nutzbaren Kapazitaet fuer schwache Saeuren. Erfindungsgemaess werden Anionenaustauscher auf Basis vernetzter N-alkylierter Polyacryl- oder Polymethacrylamide zur Verfuegung gestellt, die sowohl schwachbasische Aminogruppen als auch quartaere Ammoniumgruppen aufweisen. Insbesondere betraegt der Anteil an quartaeren Ammoniumgruppen 10 bis 80 %, vorzugsweise 15 bis 65 % der gesamten basischen Gruppen des Anionenaustauschers. Fuer die Herstellung werden die schwach basischen Aminogruppen in Anionenaustauschern auf Basis vernetzter N-alkylierter Polyacryl- oder Polymethacrylamide nach an sich bekannten Verfahren partiell quaterniert.The invention relates to anion exchangers, processes for their preparation and their use, preferably in the water treatment technology. The aim of the invention is the provision of anion exchangers with a significantly improved usable capacity for weak acids. According to the invention, anion exchangers based on crosslinked N-alkylated polyacrylic or polymethacrylamides are provided which have both weakly basic amino groups and also quaternary ammonium groups. In particular, the proportion of quaternary ammonium groups is 10 to 80%, preferably 15 to 65% of the total basic groups of the anion exchanger. For the preparation, the weakly basic amino groups are partially quaternized in anion exchangers based on crosslinked N-alkylated polyacrylic or polymethacrylamides by processes known per se.
Description
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AP C08P/226 885/6AP C08P / 226 885/6
Aniionenaustauscher, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung ' .Anion exchangers, process for their preparation and their use '.
Anwendungsgebiet _der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft einen Anionenaustauscher auf Basis vernetzter IT-alkylierter Polyacryl- oder Polymethacrylamide^ ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung»The invention relates to an anion exchanger based on crosslinked IT-alkylated polyacrylic or polymethacrylamides, a process for their preparation and their use.
Die erfindungsgemäßen Anionenaustauscher werden insbesondere angewandt in der Wasseraufbereitungstechnik.The anion exchangers according to the invention are used in particular in water treatment technology.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
In der Wasseraufbereitungstechnik werden zur Adsorption schwacher Säuren, besonders der Kieselsäure und ihrer Salze, bislang starkbasische Anionenaustauscher eingesetzt, d. he Anionenaustauscher, die praktisch ausschließlich quaternäre Ammoniumgruppen enthaltene Die Leistung dieser Anionenaustauscher wird durch ihre Nutzbare Kapazität (EK) gekennzeichnet, de hc durch ihr Adsorptionsvermögen für Kieselsäure unter Praxisbedingungen· Die Nutzbare Ka-. pazität der Anionenaustauscher wird in erster Linie durch ihren Gehalt an starkbasischen Gruppen pro Volumeneinheit und ihre Regenerierbarkeit nacfi der Beladung bestimmt· Daneben sind für die Leistung der Anionenaustauschharze unter Praxisbedingungen die Konzentrationen und Mengenverhältnisse der im Y/asser gelösten Stoffe (Ionen), die sogenannte V/asserzusammensetzung, bestimmend, ferner auch die angewendete Verfahrenstechnik (vgl* Ulimanns Enzyklopädie der techni-.sehen Chemie, 4» Auflage, 1977, Band 13, Seiten 315 - 33O)0 Dies gilt sowohl für die Nutzbare Kapazität der starkbasischen Anionenaustauscher vom Polystyrol-Typ, die heute noch weitaus am häufigstenIn the water treatment technology for the adsorption of weak acids, especially of silica and its salts, strong base anion exchangers are used hitherto; h e anion, the quaternary ammonium groups almost exclusively given by The performance of this anion exchanger is by their Usable Capacity (EK) in d s h c by its adsorption capacity for silicic acid under practical conditions · the useful Ka. The capacity of the anion exchanger is determined primarily by its content of strongly basic groups per unit volume and its regenerability after loading. In addition, the concentrations and proportions of the substances (ions) dissolved in the water are known under practical conditions for the performance of the anion exchange resins / erer composition, determining, and also the applied process engineering (see * Ulimann's Encyclopedia of techni-. See Chemistry, 4 »Edition, 1977, Volume 13, pages 315 - 33O) 0 This applies both to the usable capacity of strongly basic anion exchangers of polystyrene Type that is still the most common today
für die Entfernung der schwachen Säuren eingesetzt werden, wie auch für die weniger gebräuchlichen starkbasischen Anionenaustauscher auf Basis vernetzter N-alkylierter Polyacrylamide (Polyacrylamid-Typ).be used for the removal of weak acids, as well as for the less common strong base anion exchanger based on crosslinked N-alkylated polyacrylamides (polyacrylamide type).
Die Nutzbare Kapazität dieser bekannten starkbasischen Anionenaustauscher mit ausschließlich quartären Ammoniumgruppen für schwache Säuren ist aber technisch unbefriedigend. Man hat deshalb versucht, diese unbefriedigende Leistung durch eine verbesserte VerfahrenstechnikHowever, the useful capacity of these known strongly basic anion exchangers with exclusively quaternary ammonium groups for weak acids is technically unsatisfactory. It has therefore tried this unsatisfactory performance through an improved process technology
1P auszugleichen. Dies erfordert aber einen höheren technischen Aufwand (vgl. Ulimanns Enzyklopädie der technischen Chemie, Ic.).Balance 1P. However, this requires a higher technical effort (see Ulimann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Ic.).
Außerdem hat man zur Adsorption schwacher Säuren teilquaternierte Anionenaustauscher vomIn addition, one has for the adsorption of weak acids partially quaternized anion exchanger of
Polystyrol-Typ vorgeschlagen (s. z.B. DE-OS 28 02 642). Diese teilquäternierten Anionenaustauscher vom Polystyrol-Typ enthalten sowohl starkbasische, d.h. quaternäre Ammoniumgruppen, als auch schwachbasische, tertiäre Aminogruppen. Diese teilquäternierten Anionenaustauscher vom Polystyrol-Typ weisen zwar gegenüber den bekannten starkbasischen Anionenaustauschern unter vergleichbaren Bedingungen oftmals höhere Nutzbare Kapazitäten und eine bessere Ausnutzung des Regeneriermittels auf; trotzdem haben sie aber nichtPolystyrene type proposed (see, for example, DE-OS 28 02 642). These partially quenched polystyrene-type anion exchangers contain both strongly basic, i. quaternary ammonium groups, as well as weakly basic, tertiary amino groups. Although these polystyrene-type partially quenched anion exchangers often have higher usable capacities and a better utilization of the regenerating agent than the known strongly basic anion exchangers under comparable conditions; nevertheless they do not have
2 5 zu einer allgemeinen Leistungsverbesserung geführt2 5 led to a general performance improvement
und daher bislang keine breite Anwendung in der Wasseraufbereitungstechnik gefunden. Bei der Entsäuerung von Wässern, die vorwiegend schwache Säuren enthalten (z.B. bei ihrer Verwendung in Kombination mit stark-and therefore far no widespread application in water treatment technology found. In the deacidification of waters containing predominantly weak acids (for example when used in combination with strong
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sauren Kationenaustauschern und schwachbasischen Anionenaustauschern) weisen sie sogar noch niedrigere Nutzbare Kapazitäten als die vollquaternierten starkbasischen Anionenaustauscher auf*acidic cation exchangers and weakly basic anion exchangers), they have even lower usable capacities than the fully quaternized strongly basic anion exchangers *
• Ziel der Erfindung• Object of the invention
Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung von Anionenaustauschem mit einer wesentlich verbesserten Nutzbaren Kapazität für schwache Säuren, deren Nutzbare Kapazität auch bei der Entsäuerung von Wässern, die ausschließlich schwache Säuren enthalten, wesentlich höher ist als die von vollquaternierten starkbasischen Anionenaustausehern„The aim of the invention is to provide anion exchangers having a significantly improved useful capacity for weak acids, the useful capacity of which is substantially higher than that of fully-quaternized strongly basic anion exchangers even in the deacidification of waters containing only weak acids. "
Darlegung deS1 Wesens der ErfindungPresentation of the 1 essence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gewissen Teil der Aminogruppen in schwachbasischen Anionenaustausehern auf Basis vernetzter IT-alkylierter Polyacryl- oder Polymethacrylamide zu quaternieren6 The object of the invention is to quaternize a certain part of the amino groups in weakly basic anion exchange units based on crosslinked IT-alkylated polyacrylic or polymethacrylamides 6
Die Erfindung betrifft daher Anionenaustauscher auf Basis vernetzter N-alkylierter Polyacryl™ oder Polymethacrylamide, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie sowohl schwachbasische Amino- als auch quartäre Ammoniumgruppen aufweisen*The invention therefore relates to anion exchangers based on crosslinked N-alkylated polyacrylic or polymethacrylamides, which are characterized in that they have both weakly basic amino and quaternary ammonium groups.
Besonders bewährt haben sich solche Anionenaustauscher auf Basis vernetzter N-»alkylierter Polyacryl- oder Polymethacrylamide, in denen der Anteil der quärtären Ammoniumgruppen 10 bis 80 %, vorzugsweise 15 bis 65 % der im Anionenaustauscher enthaltenen basischen Gruppen beträgt»Such anion exchangers based on crosslinked N- »alkylated polyacrylic or polymethacrylamides in which the proportion of quaternary ammonium groups is from 10 to 80%, preferably from 15 to 65 %, of the basic groups contained in the anion exchanger have proven particularly suitable»
Die erfindungsgemäßen Anionenaustauscher:weisen unter Praxisbedingungen ein sehr viel größeres Adsorptions- . vermögen für schwache Säuren, insbesondere für Kieselsäure j auf als die bekannten voll-quaternierten undThe anion exchangers according to the invention: have a much larger adsorption under practical conditions. for weak acids, in particular for silicic acid, than the known fully-quaternized and
teilquaternierten Anionenaustauscher. Unter schwachen Säuren, die von den erfindungsgemäßen Anionenaustauschern gebunden werden, sind sowohl schwache anorganische Säuren wie Kieselsäure und Kohlensäure als auch organische Säuren wie Carbonsäuren, z.B. Ameisensäure, Essigsäure, Zitronensäure, Benzoesäure, ferner Phenole und Huminsäuren zu verstehen.partially quaternized anion exchanger. Among weak acids bound by the anion exchangers of the present invention are both weak inorganic acids such as silica and carbonic acid, as well as organic acids such as carboxylic acids, e.g. Formic acid, acetic acid, citric acid, benzoic acid, furthermore phenols and humic acids to understand.
Außerdem sind die erfindungsgemäßen Anionenaustauscher leichter und vollständiger regenerierbar als die bekannten Anionenaustauscher. Auch aus dem Wasser aufgenommene organische Stoffe werden beim Regenerieren mit Natronlauge leichter und praktisch vollständig wieder abgegeben, so daß keine Verschmutzung der Ahionenaustauscher durch diese Stoffe eintritt.In addition, the anion exchangers of the invention are easier and more completely regenerable than the known anion exchangers. Also absorbed from the water organic substances are easier and practically completely released again when regenerating with sodium hydroxide, so that no contamination of the Ahionenaustauscher by these substances occurs.
Bei der Entsäuerung von Wässern, die ausschließlich schwache Säuren enthalten, ist die Nutzbare Kapazität der erfindungsgemäßen Anionenaustauscher wesentlich größer als die der bekannten starkbasischen Anionenaustauscher.In the deacidification of waters containing only weak acids, the useful capacity of the anion exchanger according to the invention is substantially greater than that of the known strongly basic anion exchangers.
Bei Vergleichsversuchen mit entbastem und 'entgastem Wasser wiesen die erfindungsgemäßen Anionenaustauscher um bis zu 150 % höhere Werte der Nutzbaren Kapazität auf als die stärkbasischen, vollständig quaternierten Anionenaustauscher vom Polystyrol- und Polyacrylamid-In comparative experiments with de-aerated and degassed water, the anion exchangers according to the invention showed values of usable capacity up to 150% higher than the starch-based, completely quaternized anion exchangers of polystyrene and polyacrylamide.
25 Typ und um bis zu 50 % höhere Nutzbare Kapazitäten25 type and up to 50% higher usable capacity
als die teilquaternierten Anionenaustauscher vom Polystyrol-Typ. Mit der Erhöhung der Nutzbaren Kapazitätas the partially quaternized polystyrene-type anion exchangers. With the increase in useful capacity
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ist außerdem ein drastischer Rückgang des Regeneriermittelbedarfs (Natronlauge) verbunden von etwa 250 % der Theorie für vollständig· quaternierte Anionenaustauschharze, über etwa 150 % für teilquaternierte Anionenaustauschharze vom Polystyrol-Τγρ auf 105 bis 110 % der Theorie für die erfindungsgemäßen Anionenaustauscher.In addition, there is a drastic reduction in the regenerant requirement (caustic soda) associated with about 250% of the theory for fully quaternized anion exchange resins, about 150% for partially quaternized anion exchange resins of polystyrene Τγρ to 105 to 110% of theory for the anion exchangers according to the invention.
Eine Erhöhung der Nutzbaren Kapazität und Abnahme des Regeneriermittelbedarfs tritt aber nicht nur bei TO der Entsäuerung von entbastem und entgastem Wasser ein, sondern auch bei der Entsäuerung von lediglich entbastem Wasser und bei Wasser, das nur schwache Säuren enthält.An increase in the usable capacity and decrease in the regenerant requirement occurs not only in the deacidification of deaerated and degassed water, but also in the deacidification of only de-aerated water and water containing only weak acids.
Die vorstehend beschriebenen vorteilhaften Eigenschaften der erfindungsgemäßen Anionenaustauscher sind deshalb so überraschend, weil bekannt ist, daß sowohl die vollständig quaternierten starkbasischen als auch die schwachbasischen, tertiäre Aminogruppen enthaltenden Anionenaustauscher vom Polyacrylamid-Typ keine wesentlich größere Nutzbare Kapazität aufweisen als die vergleichbaren Anionenaustauscher vom Polystyrol-Typ.The above-described advantageous properties of the anion exchangers according to the invention are so surprising because it is known that both the fully quaternized strong base and the weakly basic, polyacrylamide-type anion exchangers containing tertiary amino groups have no substantially greater useful capacity than the comparable polystyrene-type anion exchangers ,
Die vorstehend genannten vorteilhaften Eigenschaften der erfindungsgemäßen Anionenaustauscher sind auch unabhängig von dem Ionenaustauschverfahren, in dem sie eingesetzt werden, z.B. ob sie in Gleichstrom- oder Gegenstromverfahren eingesetzt werden. Die Anwendung der erfindungsgemäßen Anionenaustauscher vom Poly- «·The aforementioned advantageous properties of the anion exchangers according to the invention are also independent of the ion exchange process in which they are used, e.g. whether they are used in DC or countercurrent processes. The application of the anion exchangers according to the invention from poly-
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acrylamid-Typ in Entsalzungsanlagen bietet folgende wirtschaftlichen Vorteile: Die höhere Nutzbare Kapazität ermöglicht bei vergleichbarer Leistung der Anlagen Einsparungen an der Harzmenge und gleichzeitig an der Apparatur. Darüber hinaus werden infolge des geringeren Regeniermittelbedarfes wesentliche Kostenersparnisse erzielt. Die Nutzbare Kapazität der erfindungsgemäßen Anionenaustauscher ist außerdem weitgehend unabhängig von der spezifischen Belastung.The acrylamide type in desalination plants offers the following economic advantages: The higher usable capacity makes it possible to save on the amount of resin and on the equipment at the same time as the plant's capacity is comparable. In addition, significant cost savings are achieved due to the lower Regeniermittelbedarfes. The useful capacity of the anion exchanger according to the invention is also largely independent of the specific load.
Auch in !dieser Hinsicht unterscheiden sie sich vorteilhaft von den bekannten Anionenaustauschern. Gegenüber den bekannten, vollständig quaternierten starkbasischen Anionenaustauschern besitzen sie ferner den Vorzug, daß sie bei der Beladung bzw. bei der RegenerierungIn this respect, too, they differ favorably from the known anion exchangers. Compared with the known, fully quaternized strong base anion exchangers, they also have the advantage that they during loading or during regeneration
15 praktisch keine Volumenänderung zeigen, dies ist15 show virtually no volume change, this is
strömungstechnisch von Vorteil, außerdem wird die osmotisch-mechanische Belastung der Austauscherkörner im Betrieb in vorteilhafter Weise herabgesetzt.aerodynamically advantageous, also the osmotic-mechanical stress of the exchange grains is reduced during operation in an advantageous manner.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Anionenaustauscher kann nach bekannten Verfahren, beispielsweise nach dem in der US-PS 26 75 359 beschriebenen Verfahren durchgeführt werden. Nach diesem Verfahren werden vernetzte Acrylsäureester- bzw. Methacrylsäureesterharze durch Aminolyse mit Polyaminen, die mindestens eine primäre Aminogruppe enthalten, in Harze vom PoIyacrylamid-Typ überführt. Derartige Polyacrylamidharze enthalten je nach der Art des verwendeten Polyamins und der Reaktionsführung primäre, sekundäre und/oder tertiäre Aminogruppen. Sie stellen schwachbasischeThe preparation of the anion exchangers according to the invention can be carried out by known processes, for example by the process described in US Pat. No. 2,675,359. According to this process, crosslinked acrylic ester or methacrylic ester resins are converted into polyacrylamide-type resins by aminolysis with polyamines containing at least one primary amino group. Such polyacrylamide resins contain, depending on the type of polyamine used and the reaction, primary, secondary and / or tertiary amino groups. They represent weakly basic
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Anionenaustauschharze dar» Durch erschöpfende Quaternierung mit Alkylierungsmitteln wie Methylchlorid werden daraus starkbasische Anionenaustauscher mit quaternären Ammoniumgruppen hergestellt« Starkbasische Anionenaustauscher vom Polyacrylamid-Typ mit makroporöser Struktur werden in der US-PS 37 91 866 beschriebene In. der GB-PS 11 13 149 ist die Herstellung unter Verwendung bestimmter Vernetzungsmittel hergestellter gelförmiger und makroporöser Anionenaustauscher auf Basis vernetzter Polyacrylsäureamide beschrieben»Anionenaustauschharze represents "By exhaustive quaternization with alkylating agents such as methyl chloride strong base anion exchangers are prepared with quaternary ammonium groups." Strong polyacrylamide-type anion exchanger with macroporous structure are described in US-PS 37 91 866. GB-PS 11 13 149 describes the preparation using certain crosslinking agents prepared gelatinous and macroporous anion exchanger based on crosslinked polyacrylic acid amides »
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Anionenaustauscher verläuft über 3 Stufen. In der ersten Stufe wird ein perlförmiges, vernetztes (Meth-)Arcrylsäureesterharz in bekannter Weise durch Mischpolymerisation eines niederen Acrylsäure- oder Methacrylsäurealkylesters mit mindestens einem Vernetzungsmittel hergestellt» Besonders geeignete Ester sind der Acrylsäuremethyl- und Ethylester* Geeignete Vernetzungsmittelsind ζ. Β« Divinylbenzol, Divinyltoluol, Divinylnaphtalin, Divinylethylbenzol, N,Ii'-Methylen~diacrylainid, 11,H1-Methylendimethacrylamid, ^,K'-Ethylendiacrylamid, Trivinylbenzol, Trivinylnaphthalin, Polyvinylether von Polyolen wie Ethylenglykol, Glycerin, Pentaerithrit, aliphatische und cycloaliphatische Kohlenwasserstoffe mit mindestens zwei Ally!gruppierungen wie Hexadien-(1,5)» Dimethylhexadien-(1,5), 0ctadien-(1,7), ffrivinylcyclohexan. Besonders bewährt haben sich als Vernetzungsmittel*' ? The preparation of the anion exchanger according to the invention proceeds via 3 stages. In the first step, a beaded, crosslinked (meth) acrylic acid ester resin is prepared in a known manner by copolymerization of a lower acrylic or methacrylic acid alkyl ester with at least one crosslinking agent. "Particularly suitable esters are the methyl acrylate and ethyl ester. *** Suitable crosslinking agents are ζ. "Divinylbenzene, divinyltoluene, divinylnaphthalene, divinylethylbenzene, N, I'-methylene diacrylamide, 11, H" 1 " -methylenedimethacrylamide, ^, K'-ethylenediacrylamide, trivinylbenzene, trivinylnaphthalene, polyvinyl ethers of polyols such as ethylene glycol, glycerol, pentaerythritol, aliphatic and cycloaliphatic hydrocarbons having at least two Ally! groupings such as hexadiene (1.5) »Dimethylhexadien- (1.5), 0ctadien- (1.7), f frivinylcyclohexan. Have proven particularly useful as a crosslinking agent * ' ?
Divinylbenzol und Mischungen aus Divinylbenzol und aliphatischen Kohlenwasserstoffen mit mindestens zwei Allylgruppierungen oder Polyol-polyvinylethern. Divinylbenzol wird vorteilhaft .in einer Menge von 2 bis 20 Gew.-%, besagte aliphatische Kohlenwasserstoffe oder Polyolpolyvinylether vorteilhaft in einer Menge von 2 bis Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Monomeren, eingesetzt. .Divinylbenzene and mixtures of divinylbenzene and aliphatic hydrocarbons having at least two allyl moieties or polyol polyvinyl ethers. Divinylbenzene is advantageously used in an amount of 2 to 20 wt .-%, said aliphatic hydrocarbons or Polyolpolyvinylether advantageously in an amount of 2 to wt .-%, based on the total amount of the monomers. ,
Die vernetzten (Meth)Acrylsäureesterharze können als gelförmige oder makroporöse Harze hergestellt werden. Makroporöse Harze werden erhalten, wenn die Perpolymerisation, z.B. in Gegenwart von organischen Lösungsmitteln, durchgeführt wird, in denen sich die Monomeren lösen, das Polymerisat aber unlöslich und nicht bzw. kaum quellbar ist. Solche organischen Lösungsmittel sind beispielsweise aliphatische Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Ester, Ether, Ketone, Trialkylamine, Nitroverbindungen. Sie werden üb- licherweise in einer Menge von bis zu 100 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomeren, eingesetzt.The crosslinked (meth) acrylic ester resins can be prepared as gel or macroporous resins. Macroporous resins are obtained when the perpolymerization, e.g. in the presence of organic solvents, in which the monomers dissolve, but the polymer is insoluble and is not or hardly swellable. Such organic solvents are, for example, aliphatic hydrocarbons, alcohols, esters, ethers, ketones, trialkylamines, nitro compounds. They are usually used in an amount of up to 100% by weight, based on the total weight of the monomers.
Die Mischpolymerisation wird gewöhnlich nach dem Suspensionspolymerisationsverfahren in Gegenwart eines radikalischen Initiators wie Benzoylperoxid oder einer Azoverbindung, beispielsweise Azo-bis-isobutyronitril, im Temperaturbereich von 20-1200C und unter Verwendung üblicher Suspensionsstabilisatoren ausgeführt.The copolymerization is, for example, azo-bis-isobutyronitrile usually carried out by the suspension polymerization in the presence of a radical initiator such as benzoyl peroxide or an azo compound, in the temperature range of 20-120 0 C and using conventional suspension stabilizers.
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In der 2, Reaktionsstufe wird das Esterharz mit Polyaminen, die mindestens eine primäre Aminogruppe enthalten, aminölysiert„ Als geeignete Amine seien genannt: Polyalkylenpolyamine wie Diethylentriamine Dipropylentriamin, Triethylentetramin, Tetraethylenpentamind, Oxyethyl-diethylentriamin, IT-Aminoethylmorpholin, Ιϊ,Ν-Dimethylethylendiamin, U,N-Dimethylpropylendiamin~(1,3)» NjN-Diethylpropylendiamin-C1,3)· ϊΤ,Η-Dimethylpropylendiamin~(1,3) hat sich als besonders geeignet erwiesen«In the 2-stage reaction, the ester resin is amino-lyzed with polyamines containing at least one primary amino group. Suitable amines include: polyalkylenepolyamines such as diethylenetriamine dipropylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, oxyethyl-diethylenetriamine, IT-aminoethylmorpholine, Ιϊ, Ν-dimethylethylenediamine, U , N-dimethylpropylenediamine ~ (1,3) »N, N-diethylpropylenediamine-C1,3) · ϊΤ, Η-dimethylpropylenediamine ~ (1,3) has proven to be particularly suitable«
In der 3ο Reaktionsstufe werden die Aminogruppen des gebildeten N~aminoalkylierten Poly~(meth)acrylamidharzes mit geeigneten Alkylierungsmitteln partiell quaterniert* Hierfür können bekannte Alkylierungsmittel, wie Dialkylsulfate, Alkylenoxide, Halogenhydrine, Epihalohydrine und "«or allem Alky!halogenide wie Methyl-, Bthyl- oder Propylchlorid angewandt werden«In the reaction stage, the amino groups of the N-aminoalkylated poly (meth) acrylamide resin formed are partially quaternized with suitable alkylating agents. For this purpose, known alkylating agents such as dialkyl sulfates, alkylene oxides, halohydrins, epihalohydrins and "" or all Alky! Halides such as methyl, Bthyl - or Propylchlorid be applied «
Die Erfindung wird nachstehend an einigen Beispielen näher erläuterteThe invention is explained in more detail below with reference to some examples
Beispiele 1 - 5Examples 1 - 5
Je 1000 ml des schwachbasischen Anionenaustauschers (Gehalt an tertiären Aminogruppen: 1,69 Mol/l), dessen Herstellung nachstehend beschrieben ist, werden in 1 vollentsalztem Wasser suspendiert. Nach Zugabe äquimolarer Mengen Natronlauge (bezogen auf das einzuleitende Methylchlorid) zu den einzelnen Austauscherproben wird in die Suspensionen bei Raumtemperatur Methylchlorid eingeleitet. Anschließend werden die einzelnen Reaktions- ;10 gemische durch Zugabe von Salzsäure angesäuert, bis die Suspensionen einen pH-Wert von 2 aufweisen. Auf diese Weise werden die teilquaternierten Anionenaustauscher vollständig in ihre Salzform überführt. Nach' dem Abtrennen der Anionenaustauscher von ihren Reak-1000 ml each of the weakly basic anion exchanger (tertiary amino group content: 1.69 mol / l), whose preparation is described below, are suspended in 1 of demineralized water. After adding equimolar amounts of sodium hydroxide solution (based on the methyl chloride to be introduced) to the individual exchanger samples, methyl chloride is introduced into the suspensions at room temperature. Subsequently, the individual reaction mixtures are acidified by the addition of hydrochloric acid until the suspensions have a pH of 2. In this way, the partially quaternized anion exchangers are completely converted into their salt form. After separating the anion exchanger from its reaction
1^ tionsiösungen v/erden sie im Filterrohr mit je 5 1 vollentsalztem Wasser ausgewaschen. 1 ^ tionsiösungen v / Ground washed in the filter tube with 5 1 deionized water.
In der nachstehenden Tabelle 1 sind die für die einzelnen Ansätze verwendeten Mengen an Methylchlorid, die für das Einleiten des Methylchlorids angewendete Zeit, die Einsatzmengen an Natronlauge, die Ausbeuten an teilquarterni.erten Anionenaustauschharzen, der Gesamtgehalt an starkbasischen und schwachbasischen Gruppen in mmol/ml Austauscher (Totalkapazität: TK), der Gehalt an starkbasischen Gruppen in mmol/ml und in % der TK (Gehalt an starkbasischen Gruppen in % der TK = Quaternierungsgrad) sowie die VolumenänderungIn Table 1 below, the amounts of methyl chloride used for the individual batches, the time used for introducing the methyl chloride, the amounts of sodium hydroxide used, the yields of partially quaternized anion exchange resins, the total content of strongly basic and weakly basic groups in mmol / ml exchanger (Total capacity: TK), the content of strongly basic groups in mmol / ml and in% of the TK (content of strongly basic groups in% of the TK = degree of quaternization) as well as the volume change
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in % bei der Regenerierung der mit Salzsäure beladenen Austauscher durch Natronlauge (5 %ig) zusammengestellt.in% in the regeneration of the exchanger loaded with hydrochloric acid by sodium hydroxide solution (5%).
Der verwendete schwachbasische Anionenaustauscher war wie folgt erhalten worden.The weakly basic anion exchanger used was obtained as follows.
a) Herstellung des makroporösen Acryisäureester-Perlpolymerisates .a) Preparation of macroporous Acryisäureester bead polymer.
In einer Mischung aus 4007 g Acrylsäuremethylester, 358 g technischem Divinylbenzol (Gehalt an reinem Divinylbenzol: 62,8 Gew.-%; Rest Ethylstyrol) und 138 g Octadien-(1,7) wurden 225 g Isododecan und 30 g Dibenzoylperoxid (75 %ig) gelöst. Die Mischung wurde anschließend in eine wäßrige Lösung von 6,75 g Methylcellulose und 0,225 g Natriumnitrit in 4500 g Wasser eingerührt und zunächst 5 Stunden bei 650C, anschließend 2 Stunden bei 900C perlpolymerisiert.In a mixture of 4007 g of methyl acrylate, 358 g of technical grade divinylbenzene (content of pure divinylbenzene: 62.8% by weight, residual ethylstyrene) and 138 g of octadiene (1.7), 225 g of isododecane and 30 g of dibenzoyl peroxide (75%) were added. ig) solved. The mixture was then stirred into an aqueous solution of 6.75 g of methyl cellulose and 0.225 g of sodium nitrite in 4500 g of water and first for 5 hours at 65 0 C, then perlpolymerisiert 2 hours at 90 0 C.
Ausbeute: 4297 g Perlpolymerisat (trocken); Korndurchmesser: 0,1 bis 1,0 mm.Yield: 4297 g bead polymer (dry); Grain diameter: 0.1 to 1.0 mm.
b) Aminolyse des makroporösen Acrylsäureester-Perlpolymerisatesb) Aminolysis of the Macroporous Acrylic Ester Bead Polymer
250 g des gemäß a) erhaltenen Perlpolymerisates wurden mit 1200,g Ν,Ν-Dimethyl-propylendiamin-(1,3) 5 Stunden auf 195 bis 2000C erhitzt. Der gebildete makroporöse, schwachbasische Anionenaustauscher wurde- anschließend vom überschüssigen : Amin abgetrennt und im Filterrohr mit vollentsalztem Wasser neutral gewaschen. ι . 250 g of the bead polymer obtained according to a) were heated with 1200, g of,, Ν-dimethyl-propylenediamine (1.3) for 5 hours at 195 to 200 0 C. The macroporous, weakly basic anion formed then wurde- from excess: amine separated and washed to neutrality in the filter tube with deionized water. ι.
Ausbeute: 1250-ml Anionenaustauscher;Yield: 1250 ml of anion exchanger;
Gehalt an schwach basischen Gruppen: 1,69 mmol/1.Content of weakly basic groups: 1.69 mmol / 1.
Le A 19 967 . '<Le A 19 967. '<
1 1 eines gelförmigen, schwachbasischen Anionenaustauschers (Gehalt· an tertiären Aminogruppen 1,88 mol/1) , hergestellt durch Aminolyse von 250 g eines Acrylsäureester-Perlpolymerisates aus Acrylsäureethylester, 5 % Divinylbenzol und 3 % 1,2,4-Trivinylcyclohexan mit 1 200 g N,N-Dimethy!propylendiamin-(1,3) gemäß Beispiel 1b wird unter den in Beispiel 1 bis 5 beschriebenen Bedingungen mit 38 g Methylchlorid par-1 1 of a gelled, weakly basic anion exchanger (tertiary amino group content 1.88 mol / l), prepared by aminolysis of 250 g of an acrylate ester bead polymer of ethyl acrylate, 5% divinylbenzene and 3% 1,2,4-trivinylcyclohexane at 1,200 g N, N-dimethylpropylenediamine (1.3) according to Example 1b is mixed under the conditions described in Examples 1 to 5 with 38 g of methyl chloride.
TO tiell quaterniert.TO quaternized.
Ausbeute: 1,22 1 Anionenaustauscher;Yield: 1.22 1 anion exchanger;
Gehalt an starkbasischen Gruppen: 0,54 mmol/ml = 33 %Content of strongly basic groups: 0.54 mmol / ml = 33%
der TK; 'Gehalt an schwachbasischen Gruppen: 1,09 mmol/ml; Volumenänderung bei der Regenerierung mit Natronlauge: keine.the TC; 'Content of weakly basic groups: 1.09 mmol / ml; Volume change during regeneration with caustic soda solution: none.
1 1 eines makroporösen, schwach basischen Anionenaustauschers (Gehalt an tertiären Aminogruppen 1,35 mol/1), hergestellt durch Aminolyse von 250 g eines Acrylsäureesterharzes, das durch Perlpolymerisation von 2 001 g Acrylsäuremethylester, 181,5 g technischem Divinylbenzol (Divinylbenzolgehalt: 62,1 %) und 67,5 g Hexadien-(1,5) in Gegenwart von 450 g Isododecan gewonnen worden war, mit 1 500 g N,N-Diethy!propylendiamin-(1,3) gemäß Beispiel 1b wird unter den in Beispiel 1 bis 5 beschriebenen Bedingungen mit 36,6 g Ethylchlorid partiell quaterniert.1 l of a macroporous, weakly basic anion exchanger (tertiary amino group content of 1.35 mol / l), prepared by aminolysis of 250 g of an acrylic acid ester resin obtained by bead polymerization of 2,001 g of methyl acrylate, 181.5 g of technical grade divinylbenzene (divinylbenzene content: 62, 1%) and 67.5 g of hexadiene (1.5) in the presence of 450 g of isododecane, with 1 500 g of N, N-diethy! Propylenediamine (1.3) according to Example 1b under the in Example 1 to 5 described conditions with 36.6 g of ethyl chloride partially quaternized.
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Ausbeute: 1,3 1 Anionenaustauscher; Gehalt an starkbasischen Gruppen: 0,39 mmol/ml =Yield: 1.3 1 anion exchanger; Content of strongly basic groups: 0.39 mmol / ml =
35 % der TK;35% of the TC;
Gehalt an schwachbasischen Gruppen: 0,72 mmol/ml; Volumenzunahme bei Regenerierung mit Natronlauge; 2 %. Content of weakly basic groups: 0.72 mmol / ml; Volume increase on regeneration with caustic soda solution; 2%.
1 1 eines makroporösen, schwachbasischen Anionenaus- : tauschers (Gehalt an tertiären Aminogruppen 1,85 mol/lj, hergestellt durch Aminolyse von 250 g eines Acrylsäure-1 1 of a macroporous weakly basic anion: exchanger (tertiary amino group content 1,85 mol / lj prepared by aminolysis of 250 g of an acrylic acid
-JO Tnethylesterharzes, das durch Perlpolymerisation von 3 890 g Äcrylsäuremethylester und 610 g technischem Divinylbenzol (Divinylbenzoylgeha.lt: 59 %) in Gegenwatt von 450 g Testbenzin gewonnen wox~den war, mit 1 200. g N,N-Dimethy!propylendiamin-(1,3) gemäß Bei-Ethyl ester resin obtained by bead polymerisation of 3,890 g of methyl acrylate and 610 g of technical grade divinylbenzene (divinylbenzoyl content: 59%) in countervail of 450 g of white spirit, with 1,200 g of N, N-dimethylpropylenediamine (1,3) according to
\ 5 spiel 1b wird in 1 1 vollentsalztem Wasser suspendiert und nach Zusat2 von 30 g NaOH (als 45 %ige wäßrige Lösung) unter den in Beispiel 1 bis 5 beschriebenen Bedingungen mit 37?5 g Methylchlorid quaterniert. Ausbeute: 1,220 1 Anionenaustauscher; The solution 1b is suspended in 1 l of demineralized water and, after addition of 30 g of NaOH (as a 45% strength aqueous solution) under the conditions described in Examples 1 to 5, with 37 ? 5 g of methyl chloride quaternized. Yield: 1.220 1 anion exchanger;
20 Gehalt an starkbasischen Gruppen: 0,5 mmol/rnl =20 content of strongly basic groups: 0.5 mmol / ml =
33 % der TK;33% of the TC;
Gehalt an schwachbasischen Gruppen: 1,0 mmol/ml; Volumenzunähme bei Regenerierung mit Natronlauge: 1 -%·-Content of weakly basic groups: 1.0 mmol / ml; Volume increase on regeneration with caustic soda: 1 -% · -
210 ml eines makroporösen, schwachbasischen Anionenaustauschers (Gehalt an tertiären Aminogruppen 1,76 mol/1), hergestellt durch Aminolyse von 86 g eines210 ml of a macroporous, weakly basic anion exchanger (tertiary amino group content 1.76 mol / l), prepared by aminolysis of 86 g of a
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ASAS
Methacrylsäureesterharzes, das durch Perlpolymerisation von 889,5 g Methacrylsäuremethylester, 80,5 g technischem Divinylbenzol (Divinylbenzoylgehalt: 62 %) und 30 g Octadien-(1,7) in Gegenwart von 100 g Isododecan gewonnen worden war, mit 415 g Ν,Ν'-Dimethy!propylendiamin-(1,3) bei 2450C in 10 Stunden, werden in 200 ml vollentsalztem Wasser suspendiert und nach Zusatz von 20 g Methylchlorid in 20 Stunden bei 400C partiell quaterniert. Die Aufarbeitung erfolgte wie inMethacrylsäureesterharzes, which had been obtained by bead polymerization of 889.5 g of methyl methacrylate, 80.5 g of technical divinylbenzene (Divinylbenzoylgehalt: 62%) and 30 g of octadiene (1.7) in the presence of 100 g of isododecane, with 415 g of Ν, Ν '-Dimethy! Propylenediamine (1.3) at 245 0 C in 10 hours, are suspended in 200 ml of deionized water and after the addition of 20 g of methyl chloride in 20 hours at 40 0 C partially quaternized. The workup was as in
10 Beispiel 1 bis 5 beschrieben.10 Example 1 to 5 described.
Ausbeute: 315 ml Anionenaustauscher;.Yield: 315 ml of anion exchanger;
Gehalt an starkbasischen Gruppen: 0,32 mmol/ml =Content of strongly basic groups: 0.32 mmol / ml =
30 % der TK; Gehalt an schwachbasischen Gruppen: 0,74 mmol/ml; Volumenzunahme bei Regenerierung mit Natronlauge: 2 %.30% of the TK; Content of weakly basic groups: 0.74 mmol / ml; Volume increase on regeneration with caustic soda: 2%.
Herstellung von Anionenaustauschern vom Polystyrol-Typ mit starkbasischen quaternäre'n Ammoniumgruppen und schwachbasischen tertiären Aminogruppen.Preparation of polystyrene-type anion exchangers with strong base quaternary ammonium groups and weakly basic tertiary amino groups.
Proben eines handelsüblichen, makroporösen schwachbasischen Anionenaustauschers mit tertiären Aminogruppen, hergestellt nach den Angaben der DE-PS 24 18 976 aus.einem mit 6 % Divinylbenzol vernetzten und unter Zusatz, von 70 % Isododecan porös gemachten Styrol-Perlpolymerisates, wurden unter den in Beispiel 1 bis 5 beschriebenen Bedingungen mit Methylchlorid partiell quaterniert. Dabei wurde jeweils ein 10 %iger Überschuß an Methylchlorid, bezogen auf den gewünschten Quaternierungsgrad, angewendet.Samples of a commercial, macroporous weakly basic anion exchanger with tertiary amino groups, prepared according to the specifications of DE-PS 24 18 976 aus.einem with 6% divinylbenzene crosslinked and made with the addition of 70% isododecane porous styrene bead polymer, were under the in Example 1 partially quaternized with methyl chloride until 5 described conditions. In each case, a 10% excess of methyl chloride, based on the desired Quaternierungsgrad applied.
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-yl--yl
Der Gehalt an starkbasischen Gruppen in mmol/ml der teilquaternierten Anionenaustauscher und in % ihres gesamten Gehaltes an starkbasischen und schwachbasichen Gruppen (% der Totalkapazität TK) betrug:The content of strongly basic groups in mmol / ml of the partially quaternized anion exchangers and in% of their total content of strongly basic and weakly basic groups (% of the total capacity TK) was:
Vergleichsbeispiel starkbasische Gruppen Zmmol/ml7 /T% der TKj Comparative example strong basic groups Zmmol / ml7 / T% of TKj
A 0,23 17A 0.23 17
B 0,31 23B 0.31 23
C 0,48 35C 0.48 35
D 0,78 58D 0.78 58
E . 1,29 97E. 1.29 97
Je 1 1 der in den Beispielen 1 bis 5 und den Vergleichsbeispielen A bis E beschriebenen Anionenaustauscher werden im Filterrohr (Innendurchmesser 55 mm) mehrfach mit entbastem'und entgastem Leitungswasser bei einer spezifischen Belastung von 20 1 Wasser pro 1 Harz je Stunde bis zum Kieselsäuredurchbruch (0,1 mg/1 SiO-im Filterablauf) beladen und anschließend mit 40 g NaOH (als 4 %ige wäßrige Lösung) bei 200C im Gegenstrom bei einer spezifischen Belastung von 2 1 pro 1 Harz je Stunde regeneriert. -1 l each of the anion exchangers described in Examples 1 to 5 and Comparative Examples A to E in the filter tube (internal diameter 55 mm) several times with entbastem'ent degassed and tap water at a specific load of 20 1 of water per 1 resin per hour until the silica breakthrough ( 0.1 mg / 1 SiO in the filter process) and then regenerated with 40 g of NaOH (as a 4% aqueous solution) at 20 0 C in countercurrent at a specific load of 2 1 per 1 resin per hour. -
Analysenwerte des entbasten und entgasten Wassers: starke Säuren (gesamt): 7 mmol/1 schwache Säuren (gesamt): 0,5 mmol/1Analytical values of degassed and degassed water: strong acids (total): 7 mmol / 1 weak acids (total): 0.5 mmol / 1
20 Kieselsäure (als SiO-): 7 mg/120 silica (as SiO-): 7 mg / l
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In Tabelle 2 sind die für die einzelnen Anionenaustauscher erhaltenen Werte für Nutzbare Kapazität (NK) und Regeneriermittelausnutzung (Regeneriermittelmenge in mol-% der NK) aufgeführt. Bei den angegebenen Werten handelt es sich um Mittelwerte aus mindestens 3 Filterläufen.Table 2 shows the useful capacity (NK) and regenerant utilization (regenerant amount in mol% of NK) values obtained for the individual anion exchangers. The values given are mean values from at least 3 filter runs.
Anionen- starkbasische austauscher GruppenAnionic strongly basic exchanger groups
Zmol/37 /% d.Zmol / 37 /% d.
NK RegeneriermittelNK regenerating agent
ZmoUl/ mengeZmoUl / amount
£Mol-% der NK7£ mole% of NK7
0,67 0,92 0,95 0,76 0,660.67 0.92 0.95 0.76 0.66
0,63 0,62 0,60 0,57 0,380.63 0.62 0.60 0.57 0.38
149 109 105 132 152149 109 105 132 152
159 161 167 175 263159 161 167 175 263
Aus Tabelle 2 ist ersichtlich, daß die Nutzbare Kapazität (NK) der erfindungsgemäßen Austauscher vom Polyacrylamid-Typ stets größer ist als die vergleichbarerFrom Table 2 it can be seen that the usable capacity (NK) of the polyacrylamide-type exchangers according to the invention is always greater than the comparable ones
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26 8 85 626 8 85 6
Austauscher vom Polystyrol-Typ, (vergleichbar sind Austauscher, deren Gehalt an starkbasischen Gruppen etwa gleich groß ist).Exchangers of polystyrene type (comparable are exchangers whose content of strong basic groups is about the same size).
Die höchsten NK-Werte weisen die erfindungsgemäßen Anionenaustauscher auf, deren Gehalt an starkbasischetf Gruppen im Bereich von 15 bis 65 % der Gesamtkapazität (TK) liegt (vgl. Beispiele 2 und 3). Diese Werte liegen um etwa 50 % über den NK-Werten der vergleichbaren Anionenaustauscher A und C vom Polystyrol-TO Typ und um nahezu 150 % über dem NK-Wert eines praxisüblichen, makroporösen, starkbasischen Anionenaustauschharzes (Vergleichsbeispiel E).The highest NK values are exhibited by the anion exchangers according to the invention whose content of strongly basic groups ranges from 15 to 65% of the total capacity (TK) (see Examples 2 and 3). These values are about 50% higher than the NK values of the comparable anion exchangers A and C of the polystyrene TO type and nearly 150% higher than the NK value of a macroporous, strongly basic anion exchange resin (Comparative Example E).
Darüber hinaus geht aus Tabelle 2 hervor, daß die Ausnutzung der angewandten Regeneriermittelmenge bei den erfindungsgemäßen Anionenaustauschern vom Polyacrylamid-Typ wesentlich besser ist als bei den Vergleichsharzen vom Polystyrol-Typ: Bei den erfindungsgemäßen Anionenaustauschern mit den höchsten NK-Werten, Beispiele 2 und 3, betrug der Regeneriermittelüberschuß unter den Versuchsbedingungen nur 9 bzw. 5 %, bezogen auf die gefundene Nutzbare kapazität, bei den besten Vergleichsharzen dagegen etwa 60 %.In addition, it is apparent from Table 2 that the utilization of the amount of regenerant used in the polyacrylamide type anion exchangers according to the present invention is substantially better than in the polystyrene type control resins: in the anion exchange resins of the present invention having the highest NK values, Examples 2 and 3, the regenerant excess was only 9 or 5%, based on the useful capacity found, under the experimental conditions, whereas it was about 60% in the best comparative resins.
Unter den in Beispiel 10 beschriebenen Bedingungen werden je 1 1 des in Beispiel 3 und des in Vergleichsbeispiel C beschriebenen Anionenaustauschers mehrfach im Gegenstrom, beladen und regeneriert. Die Beladungen werden mit drei verschiedenen Wässern durchgeführt; und zwarUnder the conditions described in Example 10, 1 l each of the anion exchanger described in Example 3 and that described in Comparative Example C are repeatedly countercurrently charged and regenerated. The loadings are carried out with three different waters; in fact
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1. mit en tba ξ tem und entgcistem Wasser (Leitungswasser, das durch Behandlung mit einem stark sauren Kationenaustauscher entbast und durch überleiten über einen Kohlensäurerieseier entgast worden war); Gehalt des Wassers an schwachen Säuren (Kohlensäure + Kieselsäure) : 7 Mol-%, bezogen auf den Gesamtgehalt an schwachen und starken Säuren;1. with immersed water and deionized water (tap water which had been degased by treatment with a strongly acidic cation exchanger and degassed by passing it over a carbon dioxide gasifier); Water content of weak acids (carbonic acid + silica): 7 mol%, based on the total content of weak and strong acids;
2. mit entbastem Wasser (Leitungswasser, das durch Behandeln mit einem starksauren Kationenaustauscher entbast worden war); Gehalt an schwachen Säuren (Kohlensäure + Kieselsäure): 31 Mol-%, bezogen auf den Gesamtgehalt (an schwachen und starken) Säuren;2. with deionized water (tap water which had been degased by treatment with a strong acid cation exchanger); Content of weak acids (carbonic acid + silicic acid): 31 mol%, based on the total content (of weak and strong) acids;
3. mit entsalztem Wasser (Leitungswasser, das durch Behandeln mit starksauren und schwachbasischen Ionenaustauschern entsalzt worden war); Gehalt an schwachen Säuren: 100 Mol-%.3. with deionized water (tap water that had been desalted by treatment with strong acid and weakly basic ion exchangers); Content of weak acids: 100 mol%.
In Tabelle 3 sind die bei Verwendung der verschiedenen Wasser für die beiden Anionenaustauscher erhaltenen Werte für die Nutzbare Kapazität (NK) und die Regeneriermittelausnutzung (Regeneriermittelmenge in Mol-% ^ der NK) zusammengestellt. Bei den angegebenen Werten handelt es sich um Mittelwerte aus mindestens 3 Filterläufen.Table 3 summarizes the useful capacity (NK) and regenerant utilization (regenerant amount in mol% of NK) values obtained for the two anion exchangers using the different water. The values given are mean values from at least 3 filter runs.
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Gehalt des zu behandelnden Wassers anContent of the water to be treated
^ Aus- starkbasische vo tauscher Gruppen _ ^ /mol/l_7 Z% d. TK/ s_tarken Säuren schwachen Säuren ^ Strong-basic exchanger groups _ ^ / mol / l_7 Z% d. TK / s acids acid weak acids
Irmol/Xj /V /mmol/l7 Irmol / Xj / V / mmol / l7
KK " '-'''^'Regener iermittelmenae /rnol/17 Z^ol-% der NK/ .KK "'-' '' ^ 'Regener iermittelmenae / rnol / 17% of NK /.
gemäß Beispielaccording to example
3 0,493 0.49
(D (2) (3)(D) (3)
Vergl.-Vergl.-
b.eispiel C c-,48 Π)Example C c-, 48 Π)
(2) (3) (2) (3)
* In diesem Versuch wurde 2 %ige Natronlauge angewendet, da sonst Kieselsäureausfällung eintritt.* In this experiment, 2% sodium hydroxide solution was used, otherwise silica precipitation occurs.
Wie aus" Tabelle 3 hervorgeht, weist der erfindungsgemäße Anionenaustauscher vom Polyacrylamid-Typ nach Beispiel 3 für alle Wasser wesentlich höhere NK-Werte auf als der Anionenaustauscher vom Polystyrol-Typ (Vergleichsbeispiel C). Bei Wässern mit einem Gehalt an schwachen Säuren von 7 bzw. 3Ί Mol-%, bezogen auf den Gesamtgehalt an starken und schwachen Säuren werden um etwa 60 % höhere NK-Werte gefunden; enthielt das Wasser nur Kohlensäure und Kieselsäure (Anteil der schwachen Säuren = 100 Mol-%), so sind die NK-Werte des erfindungsgemäßen Anionenaustauschharzes um etwa 150 % höher als die des Vergleichsharzes.As can be seen from "Table 3, the polyacrylamide-type anion exchanger according to the invention has significantly higher NK values than the anion exchanger of the polystyrene type (Comparative Example C) for Example 3. For waters with a content of weak acids of 7 and 7, respectively 3% molar%, based on the total content of strong and weak acids, are found to be about 60% higher NK values, and if the water contained only carbonic acid and silica (proportion of weak acids = 100 mol%), the NK values Values of the anion exchange resin according to the invention about 150% higher than that of the comparative resin.
Weiter geht aus Tabelle 3 hervor, daß auch die Ausnutzung der angewandten Regeneriermittelmenge in allen drei Fällen bei dem erfindungsgemäßen Anionenaustauschharz wesentlich besser ist als bei dem Vergleichsharz vom Polystyrol-Typ. So beträgt der Regeneriermittelüberschuß bei dem Anionenaustauscher gemäß Beispiel 3 je nach den Versuchsbedingungen 5 bis 37 %, bezogen auf den gefundenen NK-Wert, bei dem Vergleichsharz C 67 bis 230 %.It is also apparent from Table 3 that the utilization of the amount of regenerant used in all three cases in the anion exchange resin according to the invention is much better than in the case of the polystyrene-type comparative resin. Thus, the regenerant excess in the anion exchanger according to Example 3, depending on the experimental conditions 5 to 37%, based on the found NK value, in the comparative resin C 67 to 230%.
Je 1 1 der in Beispiel 3 und den Vergleichsbeispielen C und E' beschriebenen Anionenaustauscher werden im Filterrohr (Innendurchmesser 55 mm\ mehrfach mit entbastem und entgastem Leitungswasser bei einer spezifischen Belastung von 20 1 Wasser pro 1 Harz je Stunde bis zum Kieselsäuredurchbruch (0,1 mg/1 SiO- im Filterablauf) beladen und anschließend mit 80 g NaOH (als 4 %ige wäßrigeEach 1 1 of the anion exchangers described in Example 3 and Comparative Examples C and E 'in the filter tube (inner diameter 55 mm \ several times with degassed and degassed tap water at a specific load of 20 1 of water per 1 resin per hour until the silica breakthrough (0.1 mg / 1 SiO in the filter process) and then with 80 g of NaOH (as 4% aqueous
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Lösung) .bei 200C im Gleichstrom bei einer spezifischen Belastung von 5 1 pro 1 Harz je Stunde regeneriert. Gehalt des entbasten und entgasten Wasser an schwachen Säuren 7 Mol-%, bezogen auf den Gesamtgehalt an schwaichen und starken Säuren. ·Solution) at 20 0 C in cocurrent at a specific load of 5 1 per 1 resin per hour regenerated. Content of degassed and degassed water on weak acids 7 mol%, based on the total content of weak and strong acids. ·
In Tabelle 4 sind die für die einzelnen Anionenaustauschererhaltenen Werte für Nutzbare Kapazität (NK) und Regenerierungsmittelausnutzung (Regeneriermittelmenge in Mol-%:der NK) aufgeführt. Bei den angegebenen Werten handelt es sich um Mittelwerte aus mindestens 3 Filterläufen.Table 4 lists the useful capacity (NK) and regenerant utilization (replenisher amount in mol%: NK) obtained for the individual anion exchangers. The values given are mean values from at least 3 filter runs.
Anionen- starkbasische NK Regeneriermittelaustauscher G_ruppen /mol/l/ mengeAnions- strongly basic NK Regenerating agent exchanger G_ruppen / mol / l / amount
d. TK7d. TK7 ZJSlol-% der NS7ZJSol% of NS7
Aus Tabelle 4 ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäßen. Anionenaustauscher auch bei der konventionellen Gleichstrom-Verfahrensweise deutliche Vorteile bezüglich Nutzbarer Kapazität (NK) und Regeneriermittelverbrauch bieten. Bei einem um 30 bzw. 50 % verringerten Regeneriermittelverbrauch weisen sie eine um 30 bzw. 50 % gesteigerte Nutzbare Kapazität auf. . ·From Table 4 it can be seen that the inventive. Anion exchangers offer significant benefits in terms of usable capacity (NK) and regenerant consumption even in the conventional DC procedure. With 30% or 50% less regenerant consumption, they have a usable capacity increased by 30% and 50%, respectively. , ·
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*3* 3
- ,24 --, 24 -
Je 1 1 der in Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel E " beschriebenen ^ionenaustauscherharze werden in eine Glassäule (Innendurchmesser: 70 mm) eingespült und mit 100 g NaOH (als 4 %-ige wässrige Lösung) regeneriert. Der Regeneriermittelüberschuß" wird mit 4 1 entsalztem V/asser ausgewaschen.1 l each of the ion exchange resins described in Example 3 and Comparative Example E are rinsed into a glass column (internal diameter: 70 mm) and regenerated with 100 g NaOH (as 4% aqueous solution) / asser washed out.
Die so vorbereiteten Anionenaustauscher werden bei einer spezifischen Belastung von 10 1 Lösung pro Liter Harz und je Stunde mit einer wässrigen Essigsäure-Lösung, die im Liter 900 mg (=15 mMol) Essigsäure enthält, beladen, bis die Konzentration der Essigsäure im Filterablauf auf 90 mg/1, d.h. auf 10 % der Essigsäure-Konzentration der ursprünglichen Lösung angestiegen ist.The thus prepared anion exchangers are at a specific load of 10 1 solution per liter of resin and per hour with an aqueous acetic acid solution containing in liter of 900 mg (= 15 mmol) of acetic acid loaded until the concentration of acetic acid in the filter effluent to 90 mg / l, ie increased to 10 % of the acetic acid concentration of the original solution.
Bis zu diesem Durchbruchspunkt wurden durch die Harze folgende Mengen an Lösung filtriert bzw. folgende Mengen an Essigsäure aufgenommen:Up to this breakthrough point, the following amounts of solution were filtered through the resins or the following amounts of acetic acid were taken up:
Anionenaustauscher gemäß Beispiel 3 Vergleichsbeispiel EAnion exchanger according to Example 3 Comparative Example E
Liter Lösung 69,9 36,9Liter of solution 69.9 36.9
Essigsäure Cgl 62,9 33,2Acetic acid Cgl 62.9 33.2
Nutzbare KapazitätUsable capacity
[mol/1 Harz] 1,048 0,553[mol / 1 resin] 1.048 0.553
Bis zur etwa 93 %-igen Beladung der beiden Harze betrug der Restgehalt an Essigaäure im Filterablauf weniger als 3 mg/1.Until about 93% loading of the two resins, the residual content of Essigaäure in the filtration process was less than 3 mg / 1.
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Beispiel 14 . ' Example 14 . '
In 3 Glassäulen a^, b. , c. werden je 1 1 des in Beispiel 3 beschriebenen Anionenaustauscherharzes und in •3 Glassäulen a~, bp, Cp je 11 des in Vergleichsbeispiel E beschriebenen Anionenaustauscherharzes eingespült (Innendurchmesser der Glassäulen: 70 mm). Jede der mit 1 1 Harz gefüllten Säulen wird mit 100 g NaOH (als 4 %-ige wässrige Lösung) regeneriert. Der Regeneriermittel-Überschuß wird aus jeder Säule mit jeweils 4 1 entsalztem Wasser ausgewaschen.In 3 glass columns a ^, b. , c. are each 1 1 of the anion exchange resin described in Example 3 and in • 3 glass columns a ~, bp, Cp each 11 of the anion exchange resin described in Comparative Example E rinsed (internal diameter of the glass columns: 70 mm). Each of the columns filled with 1 liter of resin is regenerated with 100 g of NaOH (as a 4% aqueous solution). The regenerant excess is washed from each column with 4 1 of deionized water.
Die so vorbereiteten Anionenaustauscher werden bei einer spezifischen Belastung von 10 1 Lösung je 1 Harz und je Stunde mit den nachstehend beschriebenen wässrigen Lösungen (Arbeitsrichtung: von oben nach unten) beladen, bis die Leitfähigkeit im Filterablauf auf 50 ,uS/cm angestiegen ist. Gemessen wird die Menge an Lösung, die bis zu diesem Durchbruchspunkt durch jede der Säulen filtriert werden kann. . Aus dieser Menge ergibt sich die nutzbare Kapazität des in der Säule befindlichen Anionenaustauschers.The thus prepared anion exchangers are loaded at a specific load of 10 1 solution per 1 resin and per hour with the aqueous solutions described below (working direction: from top to bottom) until the conductivity in the filter outlet has risen to 50, μS / cm. The amount of solution that can be filtered through this column until it breaks through each of the columns is measured. , From this amount, the usable capacity of the anion exchanger located in the column results.
20 Zum Beladen wurden folgende Lösungen verwendet:20 The following solutions were used for loading:
A zum Beladen der Säulen a.* und a2 eine wässrige Essigsäurelösung, Gehalt an H-Ionen: 14,6 mMol/l; Leit- : fähigkeit: 185 pS/cm;A for loading the columns a. * And a 2 an aqueous acetic acid solution, content of H ions: 14.6 mmol / l; Conductivity: 185 pS / cm;
B in den Säulen b. und bp eine wässrige Benzoesäure-Lösung (Gehalt an H-Ionen: 14,95 mMol/l; Leitfähigkeit:B in the columns b. and bp an aqueous benzoic acid solution (content of H ions: 14.95 mmol / l;
290 /uS/cm);290 / μS / cm);
C zum Beladen der Säulen c, und Cp eine wässrige, durch vorhergehende Behandlung mit einem Kationenaustauscher entbaste Melasse-Lösung (Gehalt an H-Ionen: 15,2 mMol/l; Leitfähigkeit: I76O pS/cm; Extinktion E (bei 420 nm; Schichtdicke: 10 cm) ~ 8,4).C for loading the columns c, and Cp for an aqueous molasses solution degummed by prior treatment with a cation exchanger (content of H ions: 15.2 mmol / l, conductivity: 176 pS / cm, extinction E (at 420 nm; Layer thickness: 10 cm) ~ 8.4).
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In der nachstehenden Tabelle 5 sind die Mengen an Lösung, die durch die einzelnen Säulen bis zum Durchbruchspur.kt filtriert werden konnten und die aus diesen Lösungsmengen errechneten nutzbaren Kapazitäten der Anionenaustauscher zusammengestellt (bei den angegebenen Werten handelt es sich um Mitte.lv/erte aus 5 aufeinanderfolgenden Arbeitszyklen (Arbeitszyklus: Beladen, Regenerieren, Auswaschen))In Table 5 below, the amounts of solution that could be filtered through the individual columns to the breakthrough track and the useful capacities of the anion exchangers calculated from these amounts of solution (the values indicated are in the middle of the liter) are shown 5 consecutive working cycles (duty cycle: loading, regeneration, washing out))
Le A 19 967Le A 19 967
Claims (3)
schwachbasischen Aminogruppen in Anionenaustauschern auf Basis versetzter N-alkylierter Polyacryl- oder
Polymethacrylamide nach an sich bekannten Verfahren
mit bekannten 1 bis 3 C-Atome" aufweisenden Alkylierungs· mitteln partiell quaterniert«1 »Process for the preparation of anion exchangers based on crosslinked N-alkylated polyacrylic or polymethacrylamides, characterized in that the
weakly basic amino groups in anion exchangers based on offset N-alkylated polyacrylic or
Polymethacrylamides according to known methods
with partially quaternized alkylating agents "having 1 to 3 C atoms"
bekannten Verfahren quaterniert·3 «method according to item 1, characterized in that one 15 to 65 % der.schY / achbasischen amino groups in the anion exchangers based on crosslinked H-Alkylier ~ ter polyacrylic or polymethacrylamides by itself
quaternized with known methods
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