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Verfahren zur Reinigung von Lösungen durch Kationenaustausch Es ist
bekannt, unerwünschte Ionen in einer Lösung durch Fällung oder durch Ionenaustausch
zu beseitigen, z. B. um die Härtebildner aus dem Wasser zu entfernen, um radioaktive
Kationen zu entfernen und anderes mehr. Wegen der Vorzüge in der Handhabung und
wegen der Möglichkeit der Regenerierung werden besonders gern Ionenaustauscher dazu
verwendet.
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Gegenüber den bekannten Ionenaustauschern, die auf Kunststoffbasis
hergestellt worden sind oder sonst aus organischem Material bestehen, bietet die
Anwendung geeigneter Tone zweierlei Vorzüge. Einerseits haben diese Tone bei einer
hohen Kationenaustauschkapazität von 30 bis 150 mäq/100 g einen billigen Preis,
andererseits lassen sich diese Tone durch einfaches Glühen in ein keramisches Material
verwandeln, in dem die eingetauschten Kationen unlöslich gebunden sind, was besonders
bei der Reinigung radioaktiver Abwässer von Wert ist.
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Solche geigneten Tone sind beispielsweise die Tone, welche ein Tonmineral
der Montmorillonitgruppe enthalten. Auch solchen Tonen ähnliche synthetische Produkte
sind geeignet, insbesondere wenn sie die Eigenschaften der Montmorillonitgruppe
besitzen.
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Bisher wurde angenommen, daß diese Tone zum Kationenaustausch nur
nach feinster Aufteilung in der Lösung angewendet werden können. So wird, z. B.
von U. Hofmann und Giese (vgl. Kolloid-Zeitschrift 87 [1939], Seite 24), vorgeschrieben,
daß die Tone zum Kationenaustausch 12 Stunden lang geschüttelt und dann noch mehrere
Tage stehengelassen werden sollen, und in den Offlcial Methods of the.Assoziation
of Official Agriculture Chemists, N. Y., 1950, welche auf eine Veröffentlichung
von Sullivan und Graham (vgl J. amer. ceram. Soc. 23 [1940], Seite 39) zurückgehen,
vorgeschrieben, die Tone nach dem Versetzen mit der zum Kationenaustausch geeigneten
Lösung in einem verschlossenen Kolben 5 Sekunden lang kräftig durchzuschütteln,
ein solches Schütteln eine Stunde lang alle 15 Minuten zu wiederholen und dann die
Aufschüttelungen über Nacht stehenzulassen.
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Eine solche Verwendung der Tone in feinster Aufteilung bringt aber
den Nachteil mit sich, daß diese Tone, wenn sie fein aufgeteilt sind, insbesondere
bei Gegenwart von Alkaliionen, z.B. den fast allgegenwärtigen Natriumionen, ein
sehr hohes Quellvermögen besitzen und dadurch der durchfließenden Lösung sehr hohen
Widerstand entgegensetzen, sich schlecht absetzen und sich sehr schlecht filtrierten
und auswaschen lassen.
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Es wurde nun gefunden, daß diese Nachteile vermieden werden können,
wenn man den Ton in an sich bekannter Weise in geeignete Fasergeflechte einbettet,
beispielsweise ihn an Stelle anderer Füllstoffe in z. B.
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Zellstoffvliese, Papier od. dgl. füllt und die so beladenen
Fasergeflechte
als Ionenaustauscher verwendet. Dabei bleibt überraschenderweise die Fähigkeit des
Tones zum Kationenaustausch ungemindert erhalten, während seine nachteiligen Eigenschaften,
d. h. seine Neigung zu einer starken Quellung, seine schlechte Absetzbarkeit und
seine schlechte Filtrierbarkeit völlig ausgeschaltet sind, indem das Fasergeflecht
die Bildung eines undurchlässigen Materials verhindert.
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Diese Effekte sind dabei als um so überraschender zu bezeichnen,
als bisher, wie oben bereits zum Ausdruck gebracht wurde, die Fachwelt 4er Meinung
war, daß derartige Tone zum Kationenaustausch nur nach feinster Verteilung in der
Lösung angewendet werden können, und daher an sich durchaus anzunehmen war, daß
durch eine Agglomeration des Tones zu gröberen Partikeln und erst recht durch eine
Einbettung desselben in Fasergeflechte die wirksame Oberfläche der Tonteilchen offensichtlich
vermindert würde und auch sonst durch eine zu erwartende Wechselwirkung zwischen
Tonteilchen und Fasergeflecht die Aktivität der Tonteilchen weiter beeinträchtigt
würde. Ebenso war an sich keineswegs zu erwarten, daß trotz Nichteintretens derartiger
negativer Wirkungen eine innige Haftung der Tonteilchen an dem Fasergeflecht auftreten
würde, welche auch bei einem intensiven Schütteln mit Flüssigkeit oder einem Auswaschen
der beladenen Fasergeflechte nicht beeinträchtigt würde, und insbesondere auch,
daß die Beladung bzw. Füllung von Fasergeflechten mit gleichen oder gar noch größeren
Gewichtsmengen derartiger Tone nicht etwa zu Produkten führen würde, welche bei
deren Benutzung als Filter nicht auseinanderfallen, sondern durchaus stabil bleiben
und so einen ausgezeichneten wirtschaftlichen Einsatz ermöglichen.
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Ein solches Ton-Faser-Geflecht, z. B. Zellstoffvlies, kann in der
Tat so viel von dem Ton aufnehmen, daß die
Hälfte seines Gewichtes
oder mehr aus dem Ton besteht. Der Ton wird in dem Fasergeflecht so festgehalten,
daß er beim Filtrieren durch dasselbe, z. B. durch entsprechend beladenes Papier
oder beim Vorbeilaufen der Lösung an Streifen solchen Papieres in einer Aus tauschersäule,
ja sogar beim intensiven Schütteln der -Lösung mit Schnitzeln solchen Papiers nicht
oder nur in ganz geringfügigen Mengen ausgewaschen wird.
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Zur Füllung der Fasergeflechte wird bei alledem mit besonderem Vorteil
ein Ton verwendet, welcher ein Tonmineral der Monímorillonitgruppe enthält oder
aus solchen besteht. Ferner empfiehlt es sich, von den in Betracht kommenden Tonen
solches zu verwenden, welche ein Kationenaustauschvermögen von mehr als 30 mäqIlOG
g besitzen.
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Je nach Wunsch kann man das mit dem Ton gefüllte Zellstoffvlies oder
sonstiges Fasergeflecht durch Glühen in ein keramisches Produkt verwandeln, in dem
die eingetauschten Kationen .unlöslich gebunden sind, oder man kann das beladene
Zellstoffvlies oder sonstiges Fasergeflecht durch Austausch mit geeigneten billigen
Salzlösungen zur erneuten Verwendung oder zur Gewinnung der eingetauschten Kationen
regenerieren, und zwar sinngemäß ebenso, wie man z. B. einen zum Enthärten von Wasser
geeigneten Austauscher mit einer Kochsalzlösung regeneriert.
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Es ist bereits der Vorschlag gemacht worden (vgl. britische Patentschrift
768 665), wäßrigeFlüssigkeiten, welche negativ beladene, sich auf Grund der Gegenwart
von anorganischen Kationen in ausgeflocktem Zustande befindliche Teilchen suspendiert
enthalten, zwecks Aggregation derselben mit bestimmten Men-
gen kationischer Polyelektrolyten
zu behandeln und dieses Verfahren gegebenenfalls auch für das Füllen von Papier
mit Ton zu verwenden. Ein nach diesem Verfahren mit Ton als Füllstoff versetztes
Papier oder sonstiges Fasergeflecht wäre für die Zwecke des eri'ndungsgemäßen Verfahrens
völlig ungeeignet, weil durch die Einwirkung der kationischen Polyelektrolyte alle
etwa vorhandenen austauschfähigen Ionen besetzt werden und damit die ursprünglich
etwa vorhanden gewesenen ionenaustauschenden Eigenschaften des Tones aufgehoben
werden.
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PATENTANSPROCHE: 1. Verfahren zur Reinigung von Lösungen durch Kationenaustausch,
dadurch gekenrlzeichnet, daß als Ionenaustauscher ein Fasergeflecht verwendet wird,
welches mit einem zum Kationenaustausch befähigten Ton natürlicher oder synthetischer
Herkunft gefüllt ist.