DE1088924B

DE1088924B - Process for the purification of solutions by cation exchange

Info

Publication number: DE1088924B
Application number: DES60416A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Kurt Sponsel
Original assignee: KURT SPONSEL DR ING
Current assignee: KURT SPONSEL DR ING
Priority date: 1958-10-28
Filing date: 1958-10-28
Publication date: 1960-09-15

Description

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. Method for purifying solutions by cation exchange It is known, unwanted ions in a solution by precipitation or by ion exchange to eliminate, e.g. B. to remove hardness from the water to radioactive Remove cations and more. Because of the advantages in handling and Because of the possibility of regeneration, ion exchangers are particularly popular used.

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. Compared to the known ion exchangers, which are based on plastic have been manufactured or otherwise consist of organic material, offers the Use of suitable clays has two advantages. On the one hand, these tones have a high cation exchange capacity of 30 to 150 meq / 100 g a cheap price, on the other hand, these clays can be converted into a ceramic material by simply annealing transform, in which the exchanged cations are insoluble bound, which is special is of value in the purification of radioactive wastewater.

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. Such suitable clays are, for example, the clays which are a clay mineral of the montmorillonite group. Synthetic products similar to such clays are suitable, especially if they have the properties of the montmorillonite group own.

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. Previously it was assumed that these clays were only used for cation exchange can be used after finest division in the solution. So, z. B. by U. Hofmann and Giese (cf. Kolloid-Zeitschrift 87 [1939], page 24), prescribed, that the clays for cation exchange were shaken for 12 hours and then several more Days to be left standing, and in the Offlcial Methods of the Association of Official Agriculture Chemists, N.Y., 1950, which is based on publication by Sullivan and Graham (cf. J. amer. ceram. Soc. 23 [1940], p. 39), prescribed, the clays after the addition with the one suitable for cation exchange Shake the solution vigorously for 5 seconds in a sealed flask, to repeat such shaking every 15 minutes for an hour and then the Let shakes stand overnight.

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. However, such a use of the clays in the finest division brings with the disadvantage that these tones, if they are finely divided, in particular in the presence of alkali ions, e.g. the almost ubiquitous sodium ions have a very high swelling capacity and therefore the solution flowing through it is very high Oppose resistance, settle poorly and filter very poorly and let it wash out.

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. It has now been found that these disadvantages can be avoided if the clay is embedded in suitable fiber braids in a manner known per se, for example, it in place of other fillers in z. B.

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. Cellulose fleece, paper or the like. Fills and the so loaded Fiber braids used as an ion exchanger. Surprisingly, the ability of the Cation-exchange clays remain undiminished, while its disadvantageous properties, d. H. its tendency to swell, its poor settling ability and its poor filterability are completely eliminated by the fiber braid prevents the formation of an impermeable material.

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. These effects are to be described as all the more surprising, than before, as was already expressed above, the experts 4 opinion was that such clays for cation exchange only after finest distribution in the Solution can be applied, and therefore it was to be assumed that through an agglomeration of the clay to coarser particles and especially through a Embedding the same in fiber braids the effective surface of the clay particles is evident would be reduced and otherwise by an expected interaction between Clay particles and fiber mesh further impair the activity of the clay particles would. Likewise, it was by no means to be expected that, in spite of the fact that such events did not occur negative effects an intimate adhesion of the clay particles to the fiber network occur which would also be the case with intensive shaking with liquid or washing out the loaded fiber braids would not be impaired, and in particular also, that the loading or filling of fiber braids with the same or even larger Amounts by weight of such clays would not lead to products that would with whose use as filters do not fall apart, but rather remain stable and thus enable excellent economic use.

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. Such a clay-fiber braid, e.g. B. cellulose fleece, can in the Did so much of the sound that the Half its weight or more of the clay. The clay is held in the fiber network in such a way that that when filtering through the same, e.g. B. by appropriately loaded paper or when the solution runs past strips of such paper in an exchange column, yes, not even when the solution is intensely shaken with scraps of such paper or is washed out only in very small amounts.

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. The filling of the fiber braids is of particular advantage in all of this uses a clay which contains a clay mineral of the monímorillonite group or consists of such. It is also advisable to choose from the clays in question to use those which have a cation exchange capacity of more than 30 mäqIlOG g own.

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. Depending on your wishes, you can use the cellulose fleece filled with the clay or transform other fiber braids into a ceramic product by annealing, in which the exchanged cations are insoluble bound, or the loaded Cellulose fleece or other fiber braid by replacing it with suitable cheap Salt solutions for reuse or for recovering the exchanged cations regenerate, in the same way as one z. B. one for softening water suitable exchanger regenerated with a saline solution.

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. The proposal has already been made (see British patent specification 768 665), aqueous liquids, which are negatively charged, due to the presence suspended particles flocculated by inorganic cations included, for the purpose of aggregating them with certain people cationic polyelectrolytes and this procedure, if necessary, for filling paper to use with sound. A clay filled with clay according to this process Paper or other fiber braiding would be used for the purposes of the method according to the invention completely unsuitable because all of them due to the action of the cationic polyelectrolytes possibly existing exchangeable ions are occupied and thus the originally Any existing ion-exchanging properties of the clay are canceled will.

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. PATENT CLAIM: 1. Process for cleaning solutions by cation exchange, characterized in that a fiber mesh is used as the ion exchanger, which is natural or synthetic with a clay capable of cation exchange Origin is filled.

Claims

2. The method according to claim 1, characterized in that the sound contains or consists of a clay mineral of the montmorillonite group.

-3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the clay has a cation exchange capacity of more than 30 meq / 100 g.

Considered publications: German Auslegeschrift no. 1 000682; British Patent No. 768665; Industrial & Engineering Chemistry, 1955, p. 78; Chimia, 1955, p. 51.