DE102006034668A1 - Medium or strong base anion exchangers - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Anmeldung betrifft neue monodisperse oder heterodisperse, gelförmige oder makroporöse, mittel- oder starkbasische Anionenaustauscher auf Basis wenigstens einer monovinylaromatischen Verbindung und wenigstens einer polyvinylaromatischen Verbindung, die sowohl Carboxylgruppen COOR<SUB>3</SUB> als auch -(CH<SUB>2</SUB>)<SUB>m</SUB>NR<SUB>1</SUB>R<SUB>2</SUB> und/oder -(CH<SUB>2</SUB>)<SUB>m</SUB>NR<SUB>1</SUB>R<SUB>2</SUB>R<SUB>4</SUB> Gruppen enthalten, ein Verfahren zu ihrer Herstellung sowie deren Verwendung, insbesondere die Verwendung der monodispersen Anionenaustauscher in der Hydrometallurgie.The present application relates to novel monodisperse or heterodisperse, gelatinous or macroporous, moderately or strongly basic anion exchangers based on at least one monovinylaromatic compound and at least one polyvinylaromatic compound which has both carboxyl groups COOR <SUB> 3 </ SUB> and - (CH <SUB> 2 </ SUB>) <SUB> m </ SUB> NR <SUB> 1 </ SUB> R <SUB> 2 </ SUB> and / or - (CH <SUB> 2 </ SUB>) <SUB> m </ SUB> NR <SUB> 1 </ SUB> R <SUB> 2 </ SUB> R <SUB> 4 </ SUB> groups, a process for their preparation and their use, in particular the use of monodisperse anion exchangers in hydrometallurgy.
Description
Die vorliegende Anmeldung betrifft neue monodisperse oder heterodisperse, gelförmige oder makroporöse, mittel- oder starkbasische Anionenaustauscher auf Basis wenigstens einer monovinylaromatischen Verbindung und wenigstens einer polyvinylaromatischen Verbindung, die sowohl Carboxylgruppen COOR3 als auch -(CH2)mNR1R2 und/oder -(CH2)mNR1R2R4 Gruppen enthalten, ein Verfahren zu ihrer Herstellung sowie deren Verwendung, insbesondere die Verwendung der monodispersen Anionenaustauscher in der Hydrometallurgie.The present application relates to novel monodisperse or heterodisperse, gel or macroporous, medium or strong base anion exchangers based on at least one monovinylaromatic compound and at least one polyvinylaromatic compound containing both carboxyl groups COOR 3 and - (CH 2 ) m NR 1 R 2 and / or - (CH 2 ) m NR 1 R 2 R 4 groups, a process for their preparation and their use, in particular the use of monodisperse anion exchangers in hydrometallurgy.
Für eine Vielzahl von Trennproblemen in der Technik werden heute bereits Anionenaustauscher eingesetzt. So werden sie unter Anderem eingesetzt zur Entfernung von Anionen aus wässrigen oder organischen Lösungen, zur Entfernung von Anionen aus Kondensaten, zur Entfernung von Farbpartikeln aus wässrigen oder organischen Lösungen oder zur Entfernung von organischen Komponenten aus wässrigen Lösungen, beispielsweise von Huminsäuren aus Oberflächenwasser.For a variety separation problems in the art are already anion exchangers today used. So they are used among other things for the removal of anions from aqueous or organic solutions, to remove anions from condensates, to remove color particles from aqueous or organic solutions or for removal of organic components from aqueous Solutions, for example of humic acids from surface water.
Weiterhin können Anionenaustauscher zur Reinigung und Aufarbeitung von Wässern in der chemischen Industrie und Elektronikindustrie, insbesondere zur Herstellung von Reinstwasser oder aber in Kombination mit gelförmigen und/oder makroporösen Kationenaustauschern zur Vollentsalzung wässriger Lösungen und/oder Kondensaten eingesetzt werden.Farther can Anion exchanger for the purification and treatment of waters in the chemical industry and electronics industry, in particular for Production of ultrapure water or in combination with gel and / or macroporous Cation exchangers for demineralization of aqueous solutions and / or condensates be used.
Über diese bekannten Anwendungen hinaus möchte man neue Anwendungsbereiche für Anionenaustauscher erschließen, für die derzeit bekannte Anionenaustauscher nicht geeignet sind oder kein hinreichendes Adsorptionsvermögen zeigen.About these would like to know well-known applications you new application areas for Open up anion exchangers, for the currently known anion exchangers are not suitable or no sufficient adsorption capacity demonstrate.
Es besteht daher ein Bedarf an neuen Anionenaustauschern auf Basis wenigstens einer monovinylaromatischen Verbindung, bevorzugt Styrol, und wenigstens einer polyvinylaromatischen Verbindung, die eine verbesserte Austauschkinetik sowie Selektivität für abzutrennende Ionen zeigen sowie eine hohe mechanische und osmotische Stabilität, in Säulenverfahren einen niedrigeren Druckverlust, keinen Abrieb, sowie einen deutlich niedrigeren Druckverlust aufweisen, als die Ionenaustauscher gemäß dem Stand der Technik.It There is therefore a need for new anion exchangers based on at least one monovinylaromatic compound, preferably styrene, and at least one polyvinyl aromatic compound having an improved Exchange kinetics and selectivity for ions to be separated show as well as a high mechanical and osmotic stability, in column methods a lower pressure loss, no abrasion, as well as a clear lower pressure loss than the ion exchangers according to the state of the technique.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist nun, Anionenaustauscherharze mit dem zuvor beschriebenen Anforderungsprofil für die Entfernung von Stoffen, bevorzugt mehrwertigen Anionen, aus Flüssigkeiten, bevorzugt wässrigen Medien oder Gasen bereitzustellen, sowie die Bereitstellung eines Verfahrens zu deren Herstellung. Zu Stoffen im Sinne der vorliegenden Erfindung zählen auch Wertmetalle.The Object of the present invention is now, anion exchange resins with the above-described requirement profile for the removal of substances, preferably polyvalent anions, from liquids, preferably aqueous Provide media or gases, as well as the provision of a Process for their preparation. To substances within the meaning of the present Counting invention also precious metals.
Die
Lösung
und somit Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind neue monodisperse
oder heterodisperse, gelförmige
oder makroporöse,
mittel- oder starkbasische Anionenaustauscher auf Basis wenigstens einer
monovinylaromatischen Verbindung und wenigstens einer polyvinylaromatischen
Verbindung die sowohl Carboxylgruppen COOR3 als
auch -(CH2)mNR1R2 und/oder -(CH2)mNR1R2R4 Gruppen enthalten,
worin
R1 für C1-C4-Alkyl, bevorzugt CH3,
oder für
eine Hydroxyalkylgruppe mit C1-C4-Alkyl steht,
R2 für C1-C4-Alkyl, bevorzugt
CH3 oder für eine Hydroxyalkylgruppe mit
C1-C4-Alkyl steht,
R3 für
H und/oder Na und/oder K steht,
R4 für C1-C4-Alkyl, bevorzugt
CH3, oder für eine Hydroxyalkylgruppe mit
C1-C4-Alkyl steht
und
m für
eine ganze Zahl von 1 bis 4 steht.The solution and thus the subject of the present invention are novel monodisperse or heterodisperse, gel or macroporous, medium or strong base anion exchangers based on at least one monovinylaromatic compound and at least one polyvinylaromatic compound containing both carboxyl groups COOR 3 and - (CH 2 ) m NR 1 R 2 and / or - (CH 2 ) m NR 1 R 2 R 4 groups in which
R 1 is C 1 -C 4 -alkyl, preferably CH 3 , or is a hydroxyalkyl group with C 1 -C 4 -alkyl,
R 2 is C 1 -C 4 -alkyl, preferably CH 3 or a hydroxyalkyl group with C 1 -C 4 -alkyl,
R 3 is H and / or Na and / or K,
R 4 is C 1 -C 4 -alkyl, preferably CH 3 , or is a hydroxyalkyl group with C 1 -C 4 -alkyl and
m is an integer from 1 to 4.
Man erhält diese neuen Anionenaustauscher ausgehend von Perlpolymerisaten auf der Basis wenigstens einer monovinylaromatischen Verbindung und wenigstens einer als Vernetzer fungierenden polyvinylaromatischen Verbindung mit zusätzlichen (C1-C4-Alkyl)acrylverbindungen.These novel anion exchangers are obtained starting from bead polymers based on at least one monovinylaromatic compound and at least one polyvinylaromatic compound acting as crosslinker with additional (C 1 -C 4 -alkyl) acrylic compounds.
Überraschenderweise zeigen diese neuen Anionenaustauscher verbesserte Ausbeuten bei ihrer Herstellung, im Falle makroporöser Anionenaustauscher größere Poren und kleinere spezifische Oberfläche sowie bei ihrer Anwendung eine bessere Kinetik als Anionenaustauscher, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind.Surprisingly These new anion exchangers show improved yields their production, in the case of macroporous anion exchangers larger pores and smaller specific surface and better kinetics than anion exchangers when used, as known from the prior art.
Die
vorliegende Erfindung betrifft aber auch ein Verfahren zur Herstellung
der neuen, monodispersen oder heterodispersen, gelförmigen oder
makroporösen
Anionenaustauscher auf Basis wenigstens einer monovinylaromatischen
Verbindung und wenigstens einer polyvinylaromatischen Verbindung,
die sowohl Carboxylgruppen COOR3 als auch
-(CH2)mNR1R2 und/oder -(CH2)mNR1R2R4 Gruppen enthalten,
worin
R1 für C1-C4-Alkyl, bevorzugt CH3,
oder für
eine Hydroxyalkylgruppe mit C1-C4-Alkyl steht,
R2 für C1-C4-Alkyl, bevorzugt
CH3, oder für eine Hydroxyalkylgruppe mit
C1-C4-Alkyl steht,
R3 für
H und/oder Na und/oder K steht,
R4 für C1-C4-Alkyl, bevorzugt
CH3, oder für eine Hydroxyalkylgruppe mit
C1-C4-Alkyl steht
und
m für
eine ganze Zahl 1, 2, 3, oder 4 steht,
dadurch gekennzeichnet,
dass man
- a) Monomertröpfchen aus einem Gemisch einer monovinylaromatischen Verbindung, einer polyvinylaromatischen Verbindung, einer (C1-C4-Alkyl)acrylverbindung, gegebenenfalls einem Initiator oder einer Initiator-Kombination, sowie gegebenenfalls einem Porogen zu einem vernetzten Perlpolymerisat umsetzt,
- b) das erhaltene Perlpolymerisat aus a) mit schwachbasischen anionenaustauschenden Aminomethylgruppen Gruppen funktionalisiert und in diesem Schritt, der eine Behandlung mit wässrigen Verseifungsmitteln, bevorzugt eine natronalkalische Behandlung, einschließt, die copolymerisierten (C1-C4-Alkyl)acrylverbindungen zu (C1-C4-Alkyl)acrylsäuregruppen mit dem COOR3-Rest umsetzt.
- c) das erhaltene Perlpolymerisat aus b), das nun schwachbasische anionenaustauschende Aminomethylgruppen enthält, zu Perlpolymerisaten mit mittel- und/oder starkbasischen anionenaustauschenden Gruppen mit zusätzlichen Carboxylgruppen COOR3 umsetzt.
R 1 is C 1 -C 4 -alkyl, preferably CH 3 , or is a hydroxyalkyl group with C 1 -C 4 -alkyl,
R 2 is C 1 -C 4 -alkyl, preferably CH 3 , or is a hydroxyalkyl group with C 1 -C 4 -alkyl,
R 3 is H and / or Na and / or K,
R 4 is C 1 -C 4 -alkyl, preferably CH 3 , or is a hydroxyalkyl group with C 1 -C 4 -alkyl and
m is an integer 1, 2, 3, or 4,
characterized in that one
- a) monomer droplets from a mixture of a monovinylaromatic compound, a polyvinylaromatic compound, a (C 1 -C 4 alkyl) acrylic compound, optionally an initiator or an initiator combination, and optionally a porogen to give a crosslinked bead polymer,
- b) the resulting bead polymer from a) is functionalized with weakly basic anion-exchanging aminomethyl groups and, in this step, which includes a treatment with aqueous saponification agents, preferably a sodium-alkaline treatment, the copolymerized (C 1 -C 4 alkyl) acrylic compounds to (C 1 - C 4 alkyl) acrylic acid groups with the COOR 3 radical.
- c) the resulting bead polymer from b), which now contains weakly basic anion-exchanging aminomethyl groups, is converted to bead polymers having medium- and / or strongly basic anion-exchanging groups with additional carboxyl groups COOR 3 .
Als Hydroxyalkylgruppen in den Resten R1, R2 und R4 werden -CH2OH, -CH2CH2OH, -CH2CH2CH2OH, -CH2CH(CH2)OH, -CH2CH(OH)CH3, -CH2CH2CH2CH2OH, -CH2CH2CH(OH)CH3, -CH2CH(CH2OH)CH3, -C(CH2OH)(CH3)2, und -CHOHCH2CH2CH3 bevorzugt.As hydroxyalkyl groups in the radicals R 1 , R 2 and R 4 are -CH 2 OH, -CH 2 CH 2 OH, -CH 2 CH 2 CH 2 OH, -CH 2 CH (CH 2 ) OH, -CH 2 CH ( OH) CH 3 , -CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 OH, -CH 2 CH 2 CH (OH) CH 3 , -CH 2 CH (CH 2 OH) CH 3 , -C (CH 2 OH) (CH 3 ) 2 , and -CHOHCH 2 CH 2 CH 3 is preferred.
In
einer bevorzugten Ausführungsform
betrifft die vorliegende Erfindung monodisperse oder heterodisperse,
gelförmige
oder makroporöse,
mittel- oder starkbasische Anionenaustauscher auf Basis wenigstens
einer monovinylaromatischen Verbindung und wenigstens einer polyvinylaromatischen
Verbindung die sowohl Carboxylgruppen COOR3 als
auch -(CH2)mNR1R2 und/oder -(CH2)mNR1R2R4 Gruppen enthalten,
der allgemeinen Formel (I), die sich während des Verfahrensschrittes
b) ausbilden worin
x
= 0,01-0,3
y = 0,7-0,99
z = 0,01-0,2
A für H oder
C1-C4-Alkyl, bevorzugt
CH3, steht
m für eine ganze Zahl 1, 2, 3,
oder 4 steht
R1 für C1-C4-Alkyl, bevorzugt CH3,
oder für
eine Hydroxyalkylgruppe mit C1-C4-Alkyl steht,
R2 für C1-C4-Alkyl, bevorzugt
CH3, oder für eine Hydroxyalkylgruppe mit
C1-C4-Alkyl 4 steht,
R3 für
H und/oder Na und/oder K steht und
R4 für C1-C4-Alkyl, bevorzugt
CH3, oder für eine Hydroxyalkylgruppe mit
C1-C4-Alkyl steht,
wobei
mit in
Formel (I) das Polymergerüst,
bevorzugt aus Styrol- und Divinylbenzol-Einheiten, angedeutet ist.In a preferred embodiment, the present invention relates to monodisperse or heterodisperse, gel or macroporous, medium or strong base anion exchangers based on at least one monovinylaromatic compound and at least one polyvinylaromatic compound containing both carboxyl groups COOR 3 and - (CH 2 ) m NR 1 R 2 and / or - (CH 2 ) m NR 1 R 2 R 4 groups of the general formula (I) which form during process step b) wherein
x = 0.01-0.3
y = 0.7-0.99
z = 0.01-0.2
A is H or C 1 -C 4 -alkyl, preferably CH 3
m stands for an integer 1, 2, 3, or 4
R 1 is C 1 -C 4 -alkyl, preferably CH 3 , or is a hydroxyalkyl group with C 1 -C 4 -alkyl,
R 2 is C 1 -C 4 -alkyl, preferably CH 3 , or is a hydroxyalkyl group with C 1 -C 4 -alkyl 4,
R 3 is H and / or Na and / or K and
R 4 is C 1 -C 4 -alkyl, preferably CH 3 , or is a hydroxyalkyl group with C 1 -C 4 -alkyl,
being with in formula (I) the polymer backbone, preferably from styrene and divinylbenzene units, is indicated.
In einer besonders bevorzugten Asführungsform betrifft die vorliegende Erfindung die monodisperse Form der neuen Anionenaustauscher.In a particularly preferred embodiment, the present invention relates to monodisperse Form of the new anion exchanger.
Um makroporöse, also großporige, Anionenaustauscher zu erhalten, werden die erfindungsgemäßen Anionenaustauscher auf Basis wenigstens einer monovinylaromatischen Verbindung und wenigstens einer polyvinylaromatischen Verbindung, die sowohl Carboxylgruppen COOR3 als auch -(CH2)mNR1R2-Gruppen und/oder -(CH2)mNR1R2R4 enthält, bevorzugt aus Perlpolymerisaten unter Einsatz von Porogen hergestellt.In order to obtain macroporous, ie large-pore, anion exchangers, the anion exchangers according to the invention are based on at least one monovinylaromatic compound and at least one polyvinylaromatic compound which has both carboxyl groups COOR 3 and - (CH 2 ) m NR 1 R 2 groups and / or - ( CH 2 ) m NR 1 R 2 R 4 , preferably prepared from bead polymers using porogen.
Das
dabei einzusetzende monodisperse, vernetzte, vinylaromatische Grundpolymerisat
auf der Basis einer monovinylaromatischen Komponente und einer als
Vernetzer fungierenden polyvinylaromatischen Verbindung mit zusätzlich (C1-C4-Alkyl)acrylverbindungen
wird in der
Bei dessen Herstellung – Verfahrensschritt a) – wird mindestens eine monovinylaromatische Verbindung, mindestens eine polyvinylaromatische Verbindung sowie mindestens eine (C1-C4-Alkyl)acrylverbindung eingesetzt. Es ist jedoch auch möglich, Mischungen zweier oder mehrerer monovinylaromatischer Verbindungen und Mischungen zweier oder mehrerer polyvinylaromatischer Verbindungen einzusetzen.In its preparation - process step a) - at least one monovinylaromatic compound, at least one polyvinylaromatic compound and at least one (C 1 -C 4 alkyl) acrylic compound is used. However, it is also possible to use mixtures of two or more monovinylaromatic compounds and mixtures of two or more polyvinylaromatic compounds.
Erfindungsgemäß bevorzugt einzusetzende (C1-C4-Alkyl)acrylverbindungen sind monoethylenisch ungesättigte Verbindungen wie (Meth)acrylsäurealkylester, (Meth)acrylnitrile, (Meth)acrylsäure. Erfindungsgemäß besonders bevorzugt sind Acrylsäuremethylester, Methacrylsäuremethylester und Acrylnitril. Insbesondere bevorzugt werden im Sinne der vorliegenden Erfindung Acrylnitril oder Acrylsäuremethylester eingesetzt.(C 1 -C 4 -alkyl) acrylic compounds which are preferred for use in accordance with the invention are monoethylenically unsaturated compounds, such as alkyl (meth) acrylates, (meth) acrylonitriles, (meth) acrylic acid. Particularly preferred according to the invention are methyl acrylate, methyl methacrylate and acrylonitrile. For the purposes of the present invention, particular preference is given to using acrylonitrile or methyl acrylate.
Die (C1-C4-Alkyl)acrylverbindungen werden im Allgemeinen in Mengen von 1 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise von 1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Summe aller Monomeren eingesetzt.The (C 1 -C 4 -alkyl) acrylic compounds are generally used in amounts of from 1 to 30% by weight, preferably from 1 to 10% by weight, based on the sum of all monomers.
Als monovinylaromatische Verbindungen im Sinne der vorliegenden Erfindung werden in Verfahrensschritt a) bevorzugt monoethylenisch ungesättigte Verbindungen, besonders bevorzugt Styrol, Vinyltoluol, Ethylstyrol, α-Methylstyrol, Chlorstyrol, Chlormethylstyrol, Acrylsäurealkylester oder Methacrylsäurealkylester eingesetzt. Ganz besonders bevorzugt wird Styrol oder Mischungen aus Styrol mit den vorgenannten Monomeren eingesetzt.When Monovinylaromatic compounds in the context of the present invention in process step a) are preferably monoethylenically unsaturated compounds, particularly preferably styrene, vinyltoluene, ethylstyrene, α-methylstyrene, Chlorstyrene, chloromethylstyrene, alkyl acrylate or alkyl methacrylate used. Very particular preference is given to styrene or mixtures of styrene used with the aforementioned monomers.
Erfindungsgemäß als Vernetzer einzusetzende polyvinylaromatische Verbindungen sind multifunktionelle ethylenisch ungesättigte Verbindungen wie bevorzugt Divinylbenzol, Divinyltoluol, Trivinylbenzol, Divinylnaphtalin, Trivinylnaphtalin, 1,7-Octadien, 1,5-Hexadien, Ethylenglycoldimethacrylat, Trimethylolpropantrimethacrylat oder Allylmethacrylat. Erfindungsgemäß besonders bevorzugt wird Divinylbenzol eingesetzt.According to the invention as a crosslinker Polyvinylaromatic compounds to be used are multifunctional ethylenically unsaturated Compounds such as preferably divinylbenzene, divinyltoluene, trivinylbenzene, Divinylnaphthalene, trivinylnaphthalene, 1,7-octadiene, 1,5-hexadiene, Ethylene glycol dimethacrylate, trimethylolpropane trimethacrylate or Allyl methacrylate. Particularly according to the invention Divinylbenzene is preferably used.
Die polyvinylaromatischen Verbindungen werden im Allgemeinen in Mengen von 1-20 Gew.-%, vorzugsweise 2-12 Gew.-%, besonders bevorzugt 4-10 Gew.-%, bezogen auf die monovinylaromatische Verbindung (im Folgenden auch als Monomer bezeichnet) oder deren/dessen Mischung mit weiteren Monomeren eingesetzt. Die Art der polyvinylaromatischen Verbindungen wird im Hinblick auf die spätere Verwendung des kugelförmigen Polymerisats ausgewählt. Divinylbenzol ist deshalb besonders bevorzugt wozu für die meisten Anwendungen kommerzielle Divinylbenzolqualitäten, die neben den Isomeren des Divinylbenzols auch Ethylvinylbenzol enthalten, ausreichen.The Polyvinyl aromatic compounds are generally used in quantities from 1-20% by weight, preferably 2-12% by weight, more preferably 4-10 Wt .-%, based on the monovinyl aromatic compound (hereinafter also referred to as monomer) or their / their mixture with others Monomers used. The nature of the polyvinyl aromatic compounds will be with regard to the later Use of the spherical Polymer selected. Divinylbenzene is therefore particularly preferred, including commercial ones for most applications divinylbenzene which in addition to the isomers of divinylbenzene also ethylvinylbenzene contain, suffice.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kommen mikroverkapselte Monomertröpfchen zum Einsatz.In a preferred embodiment In the present invention, microencapsulated monomer droplets are used Commitment.
Für die Mikroverkapselung der Monomertröpfchen kommen die für den Einsatz als Komplexkoazervate bekannten Materialien in Frage, insbesondere Polyester, natürliche oder synthetische Polyamide, Polyurethane oder Polyharnstoffe.For microencapsulation the monomer droplets come for the the use as Komplexkoazervate known materials in question, especially polyester, natural or synthetic polyamides, polyurethanes or polyureas.
Als
natürliches
Polyamid ist beispielsweise Gelatine besonders gut geeignet. Diese
kommt insbesondere als Koazervat und Komplexkoazervat zur Anwendung.
Unter gelatinehaltigen Komplexkoazervaten im Sinne der vorliegenden
Erfindung werden vor allem Kombinationen von Gelatine mit synthetischen
Polyelektrolyten verstanden. Geeignete synthetische Polyelektrolyte
sind Copolymerisate mit eingebauten Einheiten von Maleinsäure, Acrylsäure, Methacrylsäure, Acrylamid
und Methacrylamid. Besonders bevorzugt werden Acrylsäure und
Acrylamid eingesetzt. Gelatinehaltige Kapseln können mit üblichen Härtungsmitteln wie beispielsweise
Formaldehyd oder Glutardialdehyd gehärtet werden. Die Verkapselung
von Monomertröpfchen
mit Gelatine, gelatinehaltigen Koazervaten und gelatinehaltigen
Komplexkoazervaten wird in der
Die gegebenenfalls mikroverkapselten Monomertröpfchen enthalten gegebenenfalls einen Initiator oder Mischungen von Initiatoren zur Auslösung der Polymerisation. In diesem Fall geeignete Initiatoren sind beispielsweise Peroxyverbindungen wie Dibenzoylperoxid, Dilauroylperoxid, Bis (p-chlorbenzoyl)peroxid, Dicyclohexylperoxydicarbonat, tert.-Butylperoctoat, tert.-Butylperoxy-2-ethyl-hexanoat, 2,5-Bis(2-ethylhexanoylperoxy)-2,5-dimethylhexan oder tert.-Amylperoxy-2-ethylhexan, sowie Azoverbindungen wie 2,2'-Azobis(isobutyronitril) oder 2,2'-Azobis(2-methylisobutyronitril). Im Falle des Einsatzen von Initiatoren werden diese im Allgemeinen in Mengen von 0,05 bis 2,5 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 1,5 Gew.-%, bezogen auf die Monomeren-Mischung, angewendet.The optionally microencapsulated monomer droplets optionally an initiator or mixtures of initiators for triggering the Polymerization. In this case suitable initiators are, for example Peroxy compounds such as dibenzoyl peroxide, dilauroyl peroxide, bis (p-chlorobenzoyl) peroxide, Dicyclohexyl peroxydicarbonate, tert-butyl peroctoate, tert-butyl peroxy-2-ethylhexanoate, 2,5-bis (2-ethylhexanoylperoxy) -2,5-dimethylhexane or tert-amylperoxy-2-ethylhexane, and azo compounds such as 2,2'-azobis (isobutyronitrile) or 2,2'-azobis (2-methylisobutyronitrile). In the case of using initiators these are generally in amounts of from 0.05 to 2.5% by weight, preferably 0.1 to 1.5% by weight, based on the monomer mixture, applied.
Der Initiator wird nur bei der Mikroverkapselung zugegeben.Of the Initiator is added only in the microencapsulation.
Als
weitere Zusätze
in den gegebenenfalls mikroverkapselten Monomertröpfchen können Porogene verwendet
werden, insbesondere um im kugelförmigen Polymerisat eine makroporöse Struktur
und damit großporige
Anionenaustauscher zu erzeugen. Ohne den Einsatz von Porogen erhält man gelförmige Anionenaustauscher.
Die Begriffe makroporös
oder gelförmig
sind in der Fachliteratur bereits eingehend beschrieben worden.
Als Porogen sind vor allem organische Substanzen geeignet, die sich
im Monomeren lösen,
das Polymerisat aber schlecht lösen
bzw. quellen (Fällmittel
für Polymere)
beispielsweise aliphatische Kohlenwasserstoffe (Farbenfabriken Bayer
DBP 1045102, 1957; DBP 1113570, 1957). Um erfindungsgemäß makroporöse Anionenaustauscher
zu erzeugen, werden deshalb bevorzugt Hexan, Octan, Isooctan, Isododecan,
Methylethylketon, Butanol oder Octanol oder deren Isomere eingesetzt.
Alternativ können
aber auch Alkohole mit 4 bis 10 Kohlenstoffatomen als Porogen zur
Herstellung der monodispersen, makroporösen Perlpolymerisate auf Styrol/Divinylbenzol-Basis
eingesetzt werden wie in
Das gegebenenfalls mikroverkapselte Monomertröpfchen kann gegebenenfalls auch bis zu 30 Gew.-% (bezogen auf das Monomer) vernetztes oder unvernetztes Polymer enthalten. Bevorzugte Polymere leiten sich aus den vorgenannten Monomeren, besonders bevorzugt von Styrol, ab.The optionally microencapsulated monomer droplets may optionally also up to 30 wt .-% (based on the monomer) of crosslinked or contain uncrosslinked polymer. Preferred polymers are derived from the abovementioned monomers, particularly preferably from styrene, from.
Als monodispers werden in der vorliegenden Anmeldung solche Stoffe bezeichnet, bei denen mindestens 90 Volumen- oder Massen-% der Teilchen einen Durchmesser besitzen, der in dem Intervall mit der Breite von ±10 % des häufigsten Durchmessers um den häufigsten Durchmesser herum liegt.When Monodisperse in the present application refers to such substances, where at least 90% or mass% of the particles have a Have diameter in the interval with the width of ± 10% of common Diameter around the most common Diameter lies around.
Zum
Beispiel bei einem Stoff mit häufigstem
Durchmesser von 0,5 mm liegen mindestens 90 Volumen- oder Massen-%
in einem Größenintervall
zwischen 0,45 mm und 0,55 mm, bei einem Stoff mit häufigstem Durchmesser
von 0,7 mm liegen mindestens 90 Volumen- oder Massen-% in einem
Größenintervall
zwischen 0,7 mm und 0,63 mm. Neben der Fraktionierung heterodisperser
Ionenaustauscher durch Siebung unterscheidet man im Wesentlichen
zwei Direktherstellungsverfahren nämlich das Verdüsen oder
Jetting und das Seed-Feed-Verfahren. Beide Varianten werden erfindungsgemäß zur Herstellung
der Vorstufe der Anionenaustauscher, nämlich zur Synthese der Perlpolymerisate,
eingesetzt bevor diese funktionalisiert werden. Im Falle des Seed-Feed-Verfahrens kann
auch ein monodisperser Feed eingesetzt werden, der seinerseits zuvor durch
Siebung oder Jetting erzeugt wurde. Verwiesen sei an dieser Stelle
auf
Die mittlere Teichengröße der monodispersen, gegebenenfalls mikroverkapselten Monomertröpfchen beträgt 10-1000 µm, vorzugsweise 100-1000 µm.The mean pond size of monodisperse, optionally microencapsulated monomer droplets is 10-1000 microns, preferably 100-1000 microns.
Bei der Herstellung der Perlpolymerisate gemäß Verfahrensschritt a) kann die wässrige Phase gegebenenfalls einen gelösten Polymerisationsinhibitor enthalten. Als Inhibitoren im Sinne der vorliegenden Erfindung kommen sowohl anorganische als auch organische Stoffe in Frage. Beispiele für anorganische Inhibitoren sind Stickstoffverbindungen wie Hydroxylamin, Hydrazin, Natriumnitrit und Kaliumnitrit, Salze der phosphorigen Säure wie Natriumhydrogenphosphit sowie schwefelhaltige Verbindungen wie Natriumdithionit, Natriumthiosulfat, Natriumsulfit, Natriumbisulfit, Natriumrhodanid und Ammoniumrhodanid. Beispiele für organische Inhibitoren sind phenolische Verbindungen wie Hydrochinon, Hydrochinonmonomethylether, Resorcin, Brenzkatechin, tert.-Butylbrenzkatechin, Pyrogallol und Kondensationsprodukte aus Phenolen mit Aldehyden. Weitere geeignete organische Inhibitoren sind stickstoffhaltige Verbindungen. Hierzu gehören Hydroxylaminderivate wie beispielsweise N,N-Diethylhydroxylamin, N-Isopropylhydroxylamin sowie sulfonierte oder carboxylierte N-Alkylhydroxylamin- oder N,N-Dialkylhydroxylaminderivate, Hydrazinderivate wie beispielsweise N,N-Hydrazinodiessigsäure, Nitrosoverbindungen wie beispielsweise N-Nitrosophenylhydroxylamin, N-Nitrosophenylhydroxylamin-Ammoniumsalz oder N-Nitrosophenylhydroxylamin-Aluminiumsalz. Die Konzentration des Inhibitors besträgt in solchen Fällen 5-1000 ppm (bezogen auf die wässrige Phase), vorzugsweise 10-500 ppm, besonders bevorzugt 10-250 ppm.In the preparation of the bead polymers according to process step a), the aqueous phase may optionally contain a dissolved polymerization inhibitor. Suitable inhibitors for the purposes of the present invention are both inorganic and organic substances. Examples of inorganic inhibitors are nitrogen compounds such as hydroxylamine, hydrazine, sodium nitrite and potassium nitrite, salts of phosphorous acid such as sodium hydrogen phosphite and sulfur-containing compounds such as sodium dithionite, sodium thiosulfate, sodium sulfite, sodium bisulfite, sodium thiocyanate and ammonium thiocyanate. Examples of organic inhibitors are phenolic compounds such as hydroquinone, hydroquinone monomethyl ether, resorcinol, pyrocatechol, tert-butylpyrocatechol, pyrogallol and condensation products of phenols with aldehydes. Other suitable organic inhibitors are nitrogen-containing compounds. These include hydroxylamine derivatives such as N, N-diethylhydroxylamine, N-isopropylhydroxylamine and sulfonated or carboxylated N-alkylhydroxylamine or N, N-dialkylhydroxylamine derivatives, hydrazine derivatives such as N, N-hydrazinodiacetic acid, nitroso compounds such as N-nitrosophenylhydroxylamine, N-nitrosophenylhydroxylamine ammonium salt or N-nitrosophenylhydroxylamine aluminum salt. The concentration of the inhibitor in such cases is 5-1000 ppm (based on the aqueous phase), preferably 10-500 ppm, more preferably 10-250 ppm.
Die Polymerisation der gegebenenfalls mikroverkapselten Monomertröpfchen zum kugelförmigen, Perlpolymerisat erfolgt, wie bereits oben erwähnt, gegebenenfalls in Anwesenheit eines oder mehrerer Schutzkolloide in der wässrigen Phase. Als Schutzkolloide eignen sich natürliche oder synthetische wasserlösliche Polymere, wie beispielsweise Gelatine, Stärke, Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Polyacrylsäure, Polymethacrylsäure oder Copolymerisate aus (C1-C4-Alkyl)acrylsäure und (C1-C4-Alkyl)acrylsäureestern. Bevorzugte Varianten der (C1-C4-Alkyl)acrylsäure und (C1-C4-Alkyl)acrylsäureestern sind die (Met)acrylsäureester und die (Met)acrylsäurel. Sehr gut geeignet sind auch Cellulosederivate, insbesondere Celluloseester und Celluloseether, wie Carboxymethylcellulose, Methylhydroxyethylcellulose, Methylhydroxypropylcellulose und Hydroxyethylcellulose. Besonders gut geeignet ist Gelatine. Die Einsatzmenge der Schutzkolloide beträgt in solchen Fällen im Allgemeinen 0,05 bis 1 Gew.-% bezogen auf die wässrige Phase, vorzugsweise 0,05 bis 0,5 Gew.-%.The polymerization of the optionally microencapsulated monomer droplets to give the spherical, bead polymer takes place, as already mentioned above, if appropriate in the presence of one or more protective colloids in the aqueous phase. Suitable protective colloids are natural or synthetic water-soluble polymers, such as, for example, gelatin, starch, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, polyacrylic acid, polymethacrylic acid or copolymers of (C 1 -C 4 -alkyl) acrylic acid and (C 1 -C 4 -alkyl) acrylic esters. Preferred variants of the (C 1 -C 4 alkyl) acrylic acid and (C 1 -C 4 alkyl) acrylic acid esters are the (met) acrylic esters and the (met) acrylic acid. Also very suitable are cellulose derivatives, in particular cellulose esters and cellulose ethers, such as carboxymethylcellulose, methylhydroxyethylcellulose, methylhydroxypropylcellulose and hydroxyethylcellulose. Particularly suitable is gelatin. The amount used of the protective colloids in such cases is generally 0.05 to 1 wt .-% based on the aqueous phase, preferably 0.05 to 0.5 wt .-%.
Die Polymerisation zum kugelförmigen Perlpolymerisat kann gegebenenfalls auch in Anwesenheit eines Puffersystems durchgeführt werden. Bevorzugt werden Puffersysteme, die den pH-Wert der wässrigen Phase bei Beginn der Polymerisation auf einen Wert zwischen 14 und 6, vorzugsweise zwischen 12 und 8 einstellen. Unter diesen Bedingungen liegen Schutzkolloide mit Carbonsäuregruppen ganz oder teilweise als Salze vor. Auf diese Weise wird die Wirkung der Schutzkolloide günstig beeinflusst. Besonders gut geeignete Puffersysteme enthalten Phosphat- oder Boratsalze. Die Begriffe Phosphat und Borat im Sinne der Erfindung umfassen auch die Kondensationsprodukte der ortho-Formen entsprechender Säuren und Salze. Die Konzentration des Phosphats bzw. Borats in der wässrigen Phase beträgt in solchen Fällen 0,5-500 mmol/l, vorzugsweise 2,5-100 mmol/l.The Polymerization to spherical Bead polymer may optionally also in the presence of a buffer system carried out become. Preference is given to buffer systems which increase the pH of the aqueous phase at the beginning of the polymerization to a value between 14 and 6, preferably set between 12 and 8. In these conditions Protective colloids with carboxylic acid groups are all or part as salts. In this way, the effect of protective colloids Cheap affected. Particularly suitable buffer systems contain phosphate or borate salts. The terms phosphate and borate within the meaning of the invention also include the condensation products of the ortho-forms corresponding acids and salts. The concentration of phosphate or borate in the aqueous Phase is in such cases 0.5-500 mmol / l, preferably 2.5-100 mmol / l.
Die Rührgeschwindigkeit bei der Polymerisation ist weniger kritisch und hat im Gegensatz zur herkömmlichen Perlpolymerisation keinen Einfluss auf die Teilchengröße. Es werden niedrige Rührgeschwindigkeiten angewandt, die ausreichen, die suspendierten Monomertröpfchen in Schwebe zu halten und die Abführung der Polymerisationswärme zu unterstützen. Für diese Aufgabe können verschiedene Rührertypen eingesetzt werden. Besonders geeignet sind Gitterrührer mit axialer Wirkung.The Stirring speed in the polymerization is less critical and has in contrast to the conventional Bead polymerization does not affect the particle size. It will low stirring speeds applied, which are sufficient, the suspended monomer droplets in Hold the levitation and the exhaustion the heat of polymerization to support. For this Task can different types of stirrers be used. Particularly suitable are lattice stirrer with axial effect.
Das Volumenverhältnis von verkapselten Monomertröpfchen zu wässriger Phase beträgt 1:0,75 bis 1:20, vorzugsweise 1:1 bis 1:6.The volume ratio of encapsulated monomer droplets too watery Phase is 1: 0.75 to 1:20, preferably 1: 1 to 1: 6.
Die Polymerisationstemperatur richtet sich nach der Zerfallstemperatur des eingesetzten Initiators. Sie liegt im Allgemeinen zwischen 50 bis 180°C, vorzugsweise zwischen 55 und 130°C. Die Polymerisation dauert 0,5 h bis einige Stunden. Es hat sich bewährt, ein Temperaturprogramm anzuwenden, bei dem die Polymerisation bei niedriger Temperatur, beispielsweise 60°C begonnen wird und die Reaktionstemperatur mit fortschreitendem Polymerisationsumsatz gesteigert wird. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise die Forderung nach sicherem Reaktionsverlauf und hohem Polymerisationsumsatz sehr gut erfüllen. Nach der Polymerisation wird das Polymerisat mit üblichen Methoden, beispielsweise durch Filtrieren oder Dekantieren, isoliert und gegebenenfalls gewaschen.The Polymerization temperature depends on the decomposition temperature of the initiator used. It is generally between 50 up to 180 ° C, preferably between 55 and 130 ° C. The polymerization lasts 0.5 hours to a few hours. It has proven, to use a temperature program in which the polymerization at low temperature, for example 60 ° C is started and the reaction temperature is increased with increasing polymerization conversion. On that way For example, the demand for safe reaction and fulfill very high polymerization conversion. After the polymerization is the polymer with conventional Methods, for example by filtration or decantation, isolated and optionally washed.
Die
Funktionalisierung der vernetzten Perlpolymerisate aus Verfahrensschritt
a) im nachfolgenden Verfahrensschritt b) kann nach verschiedenen
Verfahren erfolgen.
Die
Funktionalisierung der genannten monodispersen Perlpolymerisate
nach Verfahrensschritt b) kann aber auch nach anderen Verfahren
erfolgen. Zum Beispiel kann durch Chlormethylierung und anschließende Umsetzung
mit Aminen ein Anionenaustauscher erhalten werden. In
Die Verfahren des genannten Standes der Technik werden im vorliegenden Verfahren im Verfahrensschritt b) angewandt, bevorzugt das Phthalimidverfahren.The Methods of said prior art are in the present Method used in step b), preferably the phthalimide method.
Die
Umsetzung der als Resultat des Verfahrensschritts b) hergestellten
schwachbasischen Anionenaustasucher zu mittel- und/oder starkbasischen
Anionenaustauschern in Verfahrensschritt c) kann nach den genannten
Verfahren in
Im Verfahrensschritt c) erfolgt die Herstellung der erfindungsgemäßen monodispersen oder heterodispersen, gelförmigen oder makroporösen, mittel- oder starkbasischen Anionenaustauscher auf Basis wenigstens einer monovinylaromatischen Verbindung und wenigstens einer polyvinylaromatischen Verbindung, die sowohl Carboxylgruppen COOR3 als auch -(CH2)mNR1R2 und/oder -(CH2)mNR1R2R4 Gruppen enthalten, durch Umsetzung des Aminomethylengruppen-haltigen monodispersen, vernetzten, vinylaromatischen Polymerisats aus Verfahrensschritt b) in Suspension mit Alkylierungsmitteln.In process step c), the monodisperse or heterodisperse, gel or macroporous, medium or strongly basic anion exchanger according to the invention is prepared on the basis of at least one monovinylaromatic compound and at least one polyvinylaromatic compound which has both carboxyl groups COOR 3 and - (CH 2 ) m NR 1 R 2 and / or - (CH 2 ) m NR 1 R 2 R 4 groups, by reaction of the aminomethylene-containing monodisperse, crosslinked, vinylaromatic polymer from process step b) in suspension with alkylating agents.
Bevorzugte Alkylierungsmittel im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Alkylhalogenide, Halogenalkohole, Alkylsulfate, Dialkylsulfate, Alkyloxide, Leuckart-Wallach-Reagenzien oder Kombinationen dieser Alkylierungsmittel untereinander bzw. nacheinander.preferred Alkylating agents in the context of the present invention are alkyl halides, Halo alcohols, alkyl sulfates, dialkyl sulfates, alkyloxides, Leuckart-Wallach reagents or combinations of these alkylating agents with each other or successively.
Besonders
bevorzugt werden dabei Chlormethan, Ethylenoxid, Propylenoxid sowie
die Leuckert-Wallach-Reagenzien
oder deren Kombination eingesetzt. Beispielhaft werden Leuckart-Wallach-Reagenzien in Organikum,
Als Suspensionsmedium werden Wasser oder Mineralsäuren eingesetzt. Gegebenenfalls können aber auch in Abhängigkeit des gewünschten Produktes Basen zugesetzt werden. Bevorzugt wird Wasser eingesetzt. Als Basen kommen bevorzugt Natronlauge, Kalilauge oder basische, jedoch nicht nucleophile Amine in Frage.When Suspension medium, water or mineral acids are used. Possibly but can also in dependence of the desired Product bases are added. Preferably, water is used. The bases used are preferably sodium hydroxide solution, potassium hydroxide solution or basic, but not nucleophilic amines in question.
Der Verfahrensschritt c) wird bevorzugt bei Temperaturen von 20 bis 150°C, besonders bevorzugt bei Temperaturen von 40 bis 110°C durchgeführt. Verfahrensschritt c) wird bevorzugt bei Drücken von Normaldruck bis 6 bar, besonders bevorzugt bei Normaldruck bis 4 bar durchgeführt.Of the Process step c) is preferred at temperatures of 20 to 150 ° C, especially preferably carried out at temperatures of 40 to 110 ° C. Process step c) is preferred by pressing from atmospheric pressure to 6 bar, particularly preferably at atmospheric pressure to 4 bar performed.
Die erfindungsgemäß hergestellten monodispersen oder heterodispersen, gelförmigen und makroporösen mittel- oder starkbasischen Anionenaustauscher auf Basis wenigstens einer monovinylaromatischen Verbindung und wenigstens einer polyvinylaromatischen Verbindung, die sowohl Carboxylgruppen COOR3 als auch -(CH2)mNR1R2 und/oder -(CH2)mNR1R2R4 Gruppen enthalten, sind für eine Vielzahl von Trennproblemen in der Technik geeignet. Sie können zur Entfernung von Anionen aus wässrigen oder organischen Lösungen, zur Entfernung von Anionen aus Kondensaten, zur Entfernung von Farbpartikeln aus wässrigen oder organischen Lösungen, zur Entfernung von organischen Komponenten aus wässrigen Lösungen, beispielsweise von Huminsäuren aus Oberflächenwasser, zur Reinigung und Aufarbeitung von Wässern in der chemischen Industrie und Elektronikindustrie, insbesondere zur Herstellung von Reinstwasser oder aber in Kombination mit gelförmigen und/oder makroporösen Kationenaustauschern zur Vollentsalzung wässriger Lösungen und/oder Kondensaten eingesetzt werden.The monodisperse or heterodisperse, gelatinous and macroporous medium- or strongly basic anion exchangers based on at least one monovinylaromatic compound and at least one polyvinylaromatic compound which have both carboxyl groups COOR 3 and - (CH 2 ) m NR 1 R 2 and / or - (CH 2 ) m NR 1 R 2 R 4 groups are suitable for a variety of separation problems in the art. They can be used to remove anions from aqueous or organic solutions, to remove anions from condensates, to remove paint particles from aqueous or organic solutions, to remove organic components from aqueous solutions, such as humic acids from surface water, for the purification and treatment of water in the chemical industry and electronics industry, in particular for the production of ultrapure water or in combination with gelatinous and / or macroporous cation exchangers for the demineralization of aqueous solutions and / or condensates.
Der
typische Einsatz für
die Entfernung von Anionen aus wässrigen
Lösungen
tritt bei der Gewinnung von Wertmetallen auf. In zahlreichen Verfahren
werden dabei die wertstoffhaltigen Gesteine, die Eisen, Cobalt, Nickel,
Mangan, Blei, Zink, Mangan, Zink, Cadmium, Uran, Kupfer, Gold oder
Silber enthalten, zunächst
in kleine Partikel gemahlen. Aus diesen Gesteinspartikeln können nach
mehreren Verfahren die Wertstoffe herausgelöst werden. Die gängige Technik
ist die Hydrometallurgie, auch als Nassmetallurgie bezeichnet. Mit
Hilfe von Säuren
oder Laugen, gegebenenfalls nach einer Vorbehandlung der Erze zum
Erzeugen löslicher
Verbindungen (Rösten,
pyrogener Aufschluß),
werden die Verbindungen in lösliche
Metallsalzlösungen überführt. Die Wahl
des Lösungsmittels
wird dabei bestimmt von der Art des Metalls, seiner im Erz vorliegenden
Bindung, der Art der Erzbegleiter (Gangart) und dem Preis. Das am
meisten angewandte Lösungsmittel
ist Schwefelsäure,
daneben kommen Salzsäure,
Salpetersäure,
heiße
konzentrierte Kochsalzlösungen
oder wässrige Kochsalzlösung in
Betracht. Für
Erze mit säurelöslichen
Begleitstoffen, wie beispielsweise Kupfer, können auch ammoniakalische Lösungen verwendet
werden, teilweise auch bei hohem Druck und erhöhter Temperatur (Drucklaugung).
Natronlauge wird eingesetzt für
die Gewinnung von Aluminiumoxid, bei Edelmetallen werden Alkalicyanidlösungen verwendet.
In
Die Gewinnung der reinen Wertstoffe aus diesen Suspensionen erfordert zahlreiche weitere Verfahrensschritte. Dazu gehören die Abtrennung der Gesteinspartikel durch Dekanter oder Filtration und die Auftrennung des flüssigen Wertstoffgemisches, beispielsweise über flüssig/flüssig Extraktionen, in die einzelnen Bestandteile. Die Größe der bei diesen Verfahren einzusetzenden gemahlenen Erzpartikel liegt im Bereich von ca. 30 – ca. 250 μm. Wegen der Kleinheit der Partikel und der großen Gesteinsmenge ist eine klassische Filtration der Partikel von der flüssigen Phase über Nutschen sehr kostenaufwendig. Technisch angewandt wird zumeist eine Abtrennung nach dem Gravitationsprinzip in Dekantern durch Absetzen der festen Phase in sehr großen Rührwerksbehältern. Um eine gute Trennung mit einer möglichst partikelfreien Wertstofflösung zu erhalten werden Rührbehälter mit einem Durchmesser von 50 Meter und mehr eingesetzt und hiervon mehrere in Serie. Große Wassermengen werden benötigt, die sehr teuer sind, da viele Minen in wasserarmen Gebieten (Wüsten) liegen. Zudem müssen zur besseren Abtrennung der Partikel oft Filtrationsmittel, die teuer und Umwelt-belastend sind, eingesetzt werden.The Recovery of pure valuable substances from these suspensions requires numerous other process steps. These include the separation of the rock particles by decanter or filtration and the separation of the liquid mixture of useful substances, for example about liquid / liquid extractions, into the individual components. The size of these procedures milled ore particles to be used is in the range of about 30 - about 250 microns. Because of The small size of the particles and the large amount of rock is one classical filtration of the particles from the liquid phase to the suction very expensive. Technically applied is usually a separation according to the gravitational principle in decanters by settling the solid Phase in very big Mixer vessels. Around a good separation with a possible particle-free recyclable solution to be stirred with a diameter of 50 meters and more used and several of them in Series. Size Quantities of water are needed which are very expensive, as many mines are located in arid areas (deserts). In addition, must For better separation of the particles often filtration media, the expensive and environment-stressing, are used.
Bei
sogenannten „Resin
in Pulp" (R.I.P.)
Verfahren werden der Slurry Ionenaustauscher zugesetzt, die die
in der Flüssigkeit
vorliegenden Wertstoffe aufnehmen. Der R.I.P. Prozess zur Goldgewinnung
unter Einsatz von Ionenaustauschern wird beispielsweise in
In den letzten Jahren ist ein weiteres Verfahren zum Herauslösen der Wertstoffe aus Gestein entwickelt worden. Hierbei wird auf das Zerkleinern der Erzpartikel verzichtet. Bei diesem sogenannten „in-situ-leach" Verfahren wird die leach-Flüssigkeit, z.B. Schwefelsäure, in Rohren in den Boden zur wertstoffhaltigen Gesteinsschicht gepumpt und löst dort die Wertstoffe heraus. Auf diese Weise wird Uran als UO2(SO4)2-Sulfatokomplex aus dem Gestein gelöst und an die Erdoberfläche gepumpt. Wird wässrige Sodalösung zum Lösen des Urans eingesetzt, so entsteht UO2(CO3)2-Carbonatokomplex, das an die Erdoberfläche gepumpt wird.In recent years, another method for extracting valuable materials from rock has been developed. Here is dispensed with the crushing of the ore particles. In this so-called "in-situ leach" process, the leach liquor, eg sulfuric acid, is pumped in pipes into the soil to the valuable rock layer, where it releases the valuable substances, thus producing uranium as UO 2 (SO 4 ) 2 . Sulphate complex released from the rock and pumped to the surface of the earth.When aqueous soda solution is used to dissolve the uranium, UO 2 (CO 3 ) 2 carbonatocomplex is formed which is pumped to the surface of the earth.
Die
wertstoffhaltige Flüssigkeit,
die Gesteinspartikel enthält,
wird an die Erdoberfläche
gepumpt und dort aufgearbeitet. Bei größeren Gehalten an Gesteinspartikeln
müssen
diese durch Klärung
aus der Flüssigkeit
entfernt werden. Die Uranylanionen-haltigen Flüssigkeiten werden über in Säulen installierte
Anionenaustauscher gepumpt und von ihnen über Ionenaustausch aufgenommen – siehe
Wünschenswert wäre auf den teuren Verfahrensschritt der Klärung verzichten zu können und die Partikel beladene Flüssigkeit direkt weiter zu verarbeiten. Dies würde dann in der Weise geschehen, dass die Flüssigkeit über in Säulen installierte Anionenaustauscherperlen gepumpt wird, die die Anionen aufnehmen. Die Anionenaustauscherperlen sollten dafür aber so groß sein, dass ihre Wirkungsweise durch die Gesteinspartikel nicht behindert wird. Die Gesteinspartikel sollten an den Anionenaustauscherperlen vorbei durch die im Boden der Säulen befindenden Schlitze abfließen können, während die Anionenaustauscherperlen in der Säule verbleiben. Sind die Anionenaustauscherperlen ähnlich groß wie die Gesteinspartikel, so verstopfen sie leicht und zeigen ein eingeschränktes Aufnahmevermögen für die zu entfernenden Anionen.Desirable would be up to dispense with the expensive process step of clarification and the particle laden liquid directly to process further. This would then happen in the way that the liquid over installed in columns Anion exchanger beads are pumped, which absorb the anions. But the anion exchange beads should be so big that their action by the rock particles does not hinder becomes. The rock particles should bead on the anion exchanger beads passing through those in the bottom of the pillars drain out slots can, while the anion exchange beads remain in the column. Are the anion exchange beads similar in size to the Rock particles, so they clog easily and show a limited capacity for the removing anions.
Eine völlige Abtrennung der feinen Gesteinspartikel ist sehr aufwändig. Daher sind auch Ionenaustauscher gefragt, die eine gewisse Menge an Gesteinspartikeln tolerieren. Hierfür werden Ionenaustauscherperlen benötigt mit einem Perldurchmesser deutlich größer als die Gesteinspartikel, mit beschleunigter Kinetik und hoher Stabilität.A complete Separation of the fine rock particles is very expensive. Therefore Also ion exchangers are required, which contain a certain amount of rock particles tolerate. Therefor Ion exchange beads are needed with a bead diameter significantly larger than the rock particles, with accelerated kinetics and high stability.
Gerade bei hydrometallurgischen Anlagen und Minen stellen Verfahrenschritte der Filtration und Klärung einen hohen Anteil an den Kapitalkosten der Anlage und den laufenden operativen Kosten dar, weshalb große Anstrengungen unternommen werden, die genannten teuren Verfahrenschritte durch andere weniger kapitalintensive Verfahren zu ersetzen wie das R.I.P. Verfahren und das in-situ-leach Verfahren. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, dass insbesondere die neuen monodispersen, gelförmigen oder makroporösen Anionenaustauscher auf Basis wenigstens einer monovinylaromatischen Verbindung und wenigstens einer polyvinylaromatischen Verbindung, die sowohl Carboxylgruppen COOR3 als auch -(CH2)mNR1R2 und/oder -(CH2)mNR1R2R4 Gruppen enthalten, für den Einsatz in der Hydrometallurgie geeignet sind. Insbesondere besonders bevorzugt eignet sich die makropöse Form.Especially in hydrometallurgical plants and mines filtration and clarification processes represent a high proportion of the capital costs of the plant and the current operating costs, which is why great efforts are made to replace the mentioned expensive process steps with other less capital intensive processes such as the RIP process and the in situ leach method. In the context of the present invention it has been found that in particular the new monodisperse, gel or macroporous anion exchanger based on at least one monovinylaromatic compound and at least one polyvinylaromatic compound containing both carboxyl groups COOR 3 and - (CH 2 ) m NR 1 R 2 and / or - (CH 2 ) m NR 1 R 2 R 4 groups are suitable for use in hydrometallurgy. Particularly preferably, the macropose form is suitable.
Die vorliegende Erfindung betrifft deshalb bevorzugt auch Verfahren zur Gewinnung von Wertmetallen aus Hydrometallurgieprozessen, bevorzugt in R.I.P. Prozessen oder in in-situ-leach Prozessen oder zur Aufarbeitung wertmetallhaltiger Wässer dadurch gekennzeichnet, dass monodisperse, gelförmige oder makroporöse Anionenaustauscher auf Basis wenigstens einer monovinylaromatischen Verbindung und wenigstens einer polyvinylaromatischen Verbindung, die sowohl Carboxylgruppen COOR3 als auch -(CH2)mNR1R2 und/oder -(CH2)mNR1R2R4 Gruppen enthalten, eingesetzt werden.The present invention therefore also preferably relates to processes for recovering valuable metals from hydrometallurgy processes, preferably in RIP processes or in in-situ leach processes or for working up water containing valuable metal, characterized in that monodisperse, gel or macroporous anion exchangers based on at least one monovinylaromatic compound and at least a polyvinyl aromatic compound containing both carboxyl groups COOR 3 and - (CH 2 ) m NR 1 R 2 and / or - (CH 2 ) m NR 1 R 2 R 4 groups are used.
Gegenüber den im Stand der Technik verwendeten Anionenaustauschern zeigen die erfindungsgemäßen einzusetzenden monodispersen, gelförmigen oder makroporösen Anionenaustauscher überraschenderweise eine bessere Kinetik bei der Aufnahme von Wertmetallen, insbesondere für Eisen, Cobalt, Nickel, Mangan, Blei, Zink, Mangan, Cadmium, Uran, Kupfer, Gold oder Silber, einen niedrigeren Druckverlust und günstigeres Filtrationsverhalten. Die genannten Metalle werden in Form ihrer Anionen am erfindungsgemäßen Anionenaustauscher adsorbiert. Erfindungsgemäß bevorzugt zu adsorbierende Anionen sind Au(CN)2 –, Au(Cl)2 –, Co(CN)4 4-, Ni(CN)6 2-, NiCl4 2-, MnCl4 2-, UO2(SO4)2-, Cu(CN)2 –, Ag(CN)2 –.Compared with the anion exchangers used in the prior art, the monodisperse, gel or macroporous anion exchangers according to the invention surprisingly show better kinetics in the uptake of valuable metals, in particular for iron, cobalt, nickel, manganese, lead, zinc, manganese, cadmium, uranium, copper, Gold or silver, a lower pressure drop and more favorable filtration behavior. The metals mentioned are adsorbed in the form of their anions on the anion exchanger according to the invention. According to the invention to be adsorbed anions are Au (CN) 2 -, Au (Cl) 2 -, Co (CN) 4 4-, Ni (CN) 6 2-, NiCl 4 2-, 4 MnCl 2, UO 2 (SO 4 ) 2- , Cu (CN) 2 - , Ag (CN) 2 - .
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform dienen die erfindungsgemäß einzusetzenden monodispersen, makroporösen Anionenaustauscher zur Adsorbtion von Uran aus wässrigen Lösungen in die es durch Säuren oder wässrige Sodalösung ausgelaugt wurde und wo es dann als Uranylion-Komplex, besonders bevorzugt als Uranylchlorid, Uranylphosphat, Uranylacetat, Uranylcarbonat, Uranylsulfat oder Uranylnitrat, insbesondere bevorzugt als Uranylsulfat erhältlich durch Auslaugung des Uran-haltigen Gesteins mit Schwefelsäure, vorliegt. Abgesehen vom uranylsulfat eignen sich die erfindungsgemäß einzusetzenden monodispersen Anionenaustauscher auch zur Adsorption jener Uranylionen, in denen das Uran durch das jeweilige Laugungsmittel in anionischer Form vorliegt, also in den in diesem Abschnitt genannten Formen.In a particularly preferred embodiment serve the invention to be used monodisperse, macroporous Anion exchanger for the adsorption of uranium from aqueous solutions in it by acids or aqueous soda leached and where it is then as uranyl ion complex, particularly preferred as uranyl chloride, uranyl phosphate, uranyl acetate, uranyl carbonate, Uranyl sulfate or uranyl nitrate, particularly preferably as uranyl sulfate available by leaching the uranium-containing rock with sulfuric acid, is present. Apart from uranyl sulfate, the inventively used monodisperse anion exchanger also for the adsorption of those uranyl ions, in which the uranium by the respective leaching agent in anionic Form, that is, in the forms mentioned in this section.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform dienen die erfindungsgemäß einzusetzenden monodispersen, makroporösen Anionenaustauscher zur Adsorbtion von Uran aus wässrigen Lösungen in R.I.P. Prozessen oder in-situ-leach-Prozessen.In In a very particularly preferred embodiment, the monodisperse substances to be used according to the invention serve macroporous Anion exchanger for adsorbing uranium from aqueous solutions in R.I.P. processes or in-situ leach processes.
Untersuchungsmethoden:Test Methods
Nutzbare Kapazität von stark basischen und mittelstark basischen AnionenaustauschernUsable capacity of strong basic and medium basic anion exchangers
1000 ml Anionenaustauscher in der Chloridform, d.h. das Stickstoffatom trägt als Gegenion Chlorid, werden in eine Glassäule gefüllt. 2500 ml 4 gew.-%ige Natronlauge werden über das Harz in 1 Stunde filtriert. Anschließend wird mit 2 Litern entbastem, d.h. entkationisiertem Wasser gewaschen. Dann wird über das Harz mit einer Geschwindigkeit von 10 Litern pro Stunde Wasser mit einer Gesamtanionenhärte von 25 Grad deutscher Härte filtriert. Im Eluat werden die Härte sowie die Restmenge an Kieselsäure analysiert. Bei einem Rest-Kieselsäuregehalt von ≥ 0,1 mg/l ist die Beladung beendet.1000 ml of anion exchanger in the chloride form, i. the nitrogen atom carries as Counterion chloride, are filled in a glass column. 2500 ml of 4% strength by weight sodium hydroxide solution be over the resin is filtered in 1 hour. Then degas with 2 liters, i.e. washed with decationized water. Then it is about that Resin at a rate of 10 liters per hour of water with a total anion hardness of 25 degrees German hardness filtered. In the eluate become the hardness and the residual amount of silica analyzed. At a residual silica content of ≥ 0.1 mg / l the loading is finished.
Aus der Menge Wasser, die über das Harz filtriert wird, der Gesamtanionenhärte des überfiltrierten Wassers sowie der Menge an eingebautem Harz wird ermittelt wieviel Gramm CaO pro Liter Harz aufgenommen werden. Die Grammmenge an CaO stellt die nutzbare Kapazität des Harzes in der Einheit Gramm CaO pro Liter Anionenaustauscher dar.Out the amount of water that is over the resin is filtered, the total anions hardness of the over-filtered water as well The amount of built-in resin is determined how many grams of CaO per Liters of resin are added. The gram quantity of CaO represents the usable capacity of the resin in the unit of grams of CaO per liter of anion exchanger represents.
Bestimmung des QuellwassergehaltesDetermination of spring water content
Etwa 100 ml des zu untersuchenden Anionenaustauschers werden in einem Becherglas mit soviel VE-Wasser (VE = vollentsalzt) übergossen, dass das Harz 1 cm bedeckt ist. Mit einem Glasstab wird zur Vertreibung von Luftblasen umgerührt und mit einem Uhrglas bedeckt 16 Stunden stehen gelassen. Danach gießt man über eine Glasfritte das Wasser ab und saugt mit Vakuum kurz nach, dass im Harz keine stehende Wasserschicht mehr feststellbar ist. Das so vorbereitete Harz wird bis zur Durchführung der Bestimmung in einem verschlossenen Gefäß aufbewahrt.Approximately 100 ml of the anion exchanger to be examined are in a Beaker with as much demineralized water (VE = demineralized) poured over, that the resin is covered 1 cm. With a glass rod becomes the expulsion stirred by air bubbles and left to rest for 16 hours, covered with a watch glass. After that you pour over one Glass frit the water off and sucks with vacuum shortly after that in the Resin no standing water layer is more detectable. That so prepared resin is sealed until completion of the determination Stored vessel.
Zwei ca. 50 ml Proben werden in 2 Frittenrohre eingefüllt und in der Laborzentrifuge 5 Minuten lang durch Zentrifugieren bei einer Radialbeschleunigung von 11.000 m/sec2 entsprechend 3200 U/Min von anhaftendem Wasser befreit. Die obere 0,6 bis 1 cm dicke Harzschicht wird verworfen.Two approximately 50 ml samples are placed in 2 frit tubes and in the laboratory centrifuge for 5 minutes by centrifugation at a radial acceleration of 11,000 m / sec 2 corresponding to 3200 U / min of anhaf freeing the water. The upper 0.6 to 1 cm thick resin layer is discarded.
Aus den Frittenrohren werden etwa 40-50 g der Probe auf 1 mg eingewogen (= m1).Out Approximately 40-50 g of the sample is weighed to 1 mg on the fritted tubes (= m1).
Diese definierte Harzportion wird quantitativ in eine tarierte Petrischale übergespült, durch Absaugen von der Hauptwassermenge befreit und über Nacht bis zur Massenkonstanz getrocknet (= m2).
- Trocknung: bei 105°C mit leichter Belüftung oder Vakuumtrockenschrank bei 55-60°C (min. 12 Stunden).
- Quellwassergehalt: QW, [QW] = %
- Drying: at 105 ° C with light ventilation or vacuum drying oven at 55-60 ° C (12 hours minimum).
- Source water content: QW, [QW] =%
Stabilitätsprüfungenstability tests
Anzahl perfekter Perlen nach HerstellungNumber of perfect beads after production
100 Perlen werden unter dem Mikroskop betrachtet. Ermittelt wird die Anzahl der Perlen, die Risse tragen oder Absplitterungen zeigen. Die Anzahl perfekter Perlen ergibt sich aus der Differenz der Anzahl beschädigter Perlen zu 100.100 Beads are viewed under the microscope. The determined is the Number of beads that crack or show chipping. The number of perfect pearls results from the difference of the number damaged Pearls to 100.
Bestimmung der Stabilität des Harzes nach dem WalztestDetermination of the stability of the resin after the rolling test
Das zu prüfende Polymerisat wird in gleichmäßiger Schichtdicke zwischen zwei Kunststofftücher verteilt. Die Tücher werden auf eine feste, waagerecht angebrachte Unterlage gelegt und in einer Walzapparatur 20 Arbeitstakten unterworfen. Ein Arbeitstakt besteht aus einer vor und zurück durchgeführten Walzung. Nach dem Walzen werden an repräsentativen Muster an 100 Perlen durch Auszählen unter dem Mikroskop die Anzahl der unversehrten Perlen ermittelt.The to be tested Polymer is in uniform layer thickness between two plastic towels distributed. The towels are placed on a firm, horizontally mounted pad and subjected to 20 cycles in a rolling apparatus. A work cycle consists of a back and forth conducted Rolling. After rolling, representative samples are made of 100 beads by counting the number of undamaged beads was determined under the microscope.
QuellungsstabilitätstestSwelling
In eine Säule werden 25 ml Anionenaustauscher in der Chloridform eingefüllt. Nacheinander werden 4 gew.-%ige wässrige Natronlauge, vollentsalztes Wasser, 6 gew.-%ige Salzsäure und nochmals voll entsalztes Wasser in die Säule gegeben, wobei die Natronlauge und die Salzsäure von oben durch das Harz fließen und das Edelwasser von unten durch das Harz gepumpt wird. Die Behandlung erfolgt zeitgetaktet über ein Steuergerät. Ein Arbeitszyklus dauert 1h. Es werden 20 Arbeitszyklen durchgeführt. Nach Ende der Arbeitszyklen werden von dem Harzmuster 100 Perlen ausgezählt. Ermittelt wird die Anzahl der perfekten Perlen, die nicht durch Risse oder Absplitterungen geschädigt sind.In a column 25 ml of anion exchanger are charged in the chloride form. Successively are 4 wt .-% aqueous Sodium hydroxide, demineralized water, 6 wt .-% hydrochloric acid and again fully desalted water added to the column, the sodium hydroxide solution and the hydrochloric acid from above through the resin and flow the fine water is pumped through the resin from below. The treatment is timed via a control unit. A work cycle lasts 1h. 20 working cycles are carried out. To At the end of the working cycles 100 beads are counted by the resin pattern. determined will be the number of perfect pearls that are not through cracks or Chipping damaged are.
SpritzenstabilitätstestSyringe stability test
Für die Messung werden zunächst 30 ml Harz abgemessen und mit VE-Wasser in den Glaszylinder eingeschwemmt und der Zylinder bis zum oberen Rand mit Wasser gefüllt. In dem Glaszylinder befindet sich ein Stempel, der 1000 Mal gedrückt und entspannt wird.For the measurement be first Measured 30 ml of resin and washed with deionised water into the glass cylinder and the cylinder filled to the top with water. In The glass cylinder is a stamp that pressed 1000 times and is relaxed.
Nach beendeter Prüfung werden unter dem Mikroskop die Anzahl der ganzen Perlen ausgezählt und in % angegeben.To finished exam the number of whole beads are counted under the microscope and in % specified.
Volumenspiel Chlorid/OH-FormVolume play chloride / OH form
100 ml basische Gruppen tragender Anionenaustauscher werden mit VE-Wasser in eine Glassäule gespült. Es werden in 1 Stunde und 40 Minuten 1000 ml 3 gew.-%ige Salzsäure überfiltriert. Anschließend wird das Harz mit VE-Wasser chloridfrei gewaschen. Das Harz wird in ein Stampfvolumeter unter VE-Wasser gespült und bis zur Volumenkonstanz eingerüttelt – Volumen V1 des Harzes in der Chloridform.100 ml basic groups carrying anion exchanger are used with deionized water rinsed in a glass column. It will 1000 ml of 3% strength by weight hydrochloric acid are filtered in over 1 hour and 40 minutes. Subsequently the resin is washed free of chloride with deionized water. The resin will rinsed in a tamping volumeter under demineralized water and to the volume constancy shaken - volume V1 of the resin in the chloride form.
Das Harz wird wiederum in die Säule überführt. Es werden 1000 ml 2 gew.-%ige Natronlauge überfiltriert. Anschließend wird das Harz mit VE-Wasser bis auf einen pH Wert von 8 im Eluat alkalifrei gewaschen. Das Harz wird in ein Stampfvolumeter unter VE-Wasser gespült und bis zur Volumenkonstanz eingerüttelt – Volumen V2 des Harzes in der freien Basenform – (OH-Form).
- Berechnung: V1 – V2 = V3
- V3:V1/100 = Quellungsspiel Chlorid/OH-Form in %
- Calculation: V1 - V2 = V3
- V3: V1 / 100 = Swelling game chloride / OH-form in%
Bestimmung der Menge an schwach- und stark basischen Gruppen in AnionenaustauschernDetermination of the amount of weak and strong basic groups in anion exchangers
100 ml Anionenaustauscher werden in einer Glassäule in 1 Stunde und 40 Minuten mit 1 000 ml 2 gew.-%iger Natronlauge beaufschlagt. Anschließend wird das Harz mit VE-Wasser zur Entfernung des Überschusses an Natronlauge gewaschen.100 ml of anion exchangers are placed in a glass column in 1 hour and 40 minutes applied with 1 000 ml of 2 wt .-% sodium hydroxide solution. Subsequently, will the resin with demineralized water to remove the excess of caustic soda washed.
Bestimmung der NaCl-ZahlDetermination of the NaCl number
50 ml des in der freien Basenform und neutral gewaschenen Austauschers werden in eine Säule gegeben und mit 950 ml 2,5 gew.-%iger wässriger Natriumchloridlösung beaufschlagt. Der Ablauf wird aufgefangen, mit VE-Wasser auf 1 Liter aufgefüllt und hiervon werden 50 ml mit 0,1 n Salzsäure titriert. Das Harz wird mit VE-Wasser gewaschen.
- Verbrauchte ml 0,1 n Salzsäure × 4/100 = NaCl-Zahl in mol/Liter Harz.
- Spent ml of 0.1N hydrochloric acid × 4/100 = NaCl number in moles / liter of resin.
Bestimmung der NaNO3-ZahlDetermination of the NaNO 3 number
Dann werden 950 ml 2,5 gew.-%ige Natriumnitratlösung überfiltriert. Der Ablauf wird mit VE-Wasser auf 1 000 ml aufgefüllt. Hiervon wird ein aliquoter Teil – 10 ml – abgenommen und auf seinen Chloridgehalt durch Titration mit Quecksilbernitratlösung analysiert.
- Verbrauchte ml Hg (NO3)-Lösung × Faktor/17,75 = NaNO3-Zahl in mol/Liter Harz.
- Spent ml of Hg (NO 3 ) solution × factor / 17.75 = NaNO 3 number in moles / liter of resin.
Bestimmung der HCl-ZahlDetermination of the HCl number
Das Harz wird mit VE-Wasser gewaschen und in ein Becherglas gespült. Es wird mit 100 ml 1 n Salzsäure versetzt und 30 Minuten lang stehen gelassen. Die gesamte Suspension wird in eine Glassäule gespült. Weitere 100 ml Salzsäure werden über das Harz filtriert. Das Harz wird mit Methanol gewaschen. Der Ablauf wird mit VE-Wasser auf 1 000 ml aufgefüllt. Hiervon werden 50 ml mit 1 n Natronlauge titriert.
- (20 – verbrauchte ml 1 n Natronlauge)/5 = HCl-Zahl in mol/Liter Harz.
- (20 - consumed ml of 1 N sodium hydroxide solution) / 5 = HCl number in mol / liter of resin.
Die Menge an stark basischen Gruppen ist gleich der Summe aus NaNO3-Zahl und HCl-Zahl.The amount of strongly basic groups is equal to the sum of NaNO 3 number and HCl number.
Die Menge an schwach basischen Gruppen ist gleich der HCl-Zahl.The Amount of weakly basic groups is equal to the HCl number.
Bestimmung der Menge an basischen Aminomethylgruppen im aminomethylierten, bzw. dimethyliertem vernetzten Polystyrol PerlpolymerisatDetermination of the amount of basic aminomethyl groups in aminomethylated or dimethylated crosslinked polystyrene polymer beads
100 ml des aminomethylierten Perlpolymerisates werden auf dem Stampfvolumeter eingerüttelt und anschließend mit VE-Wasser in eine Glassäule gespült. In 1 Stunde und 40 Minuten werden 1000 ml 2 gew.-%ige Natronlauge überfiltriert. Anschließend wird VE-Wasser überfiltriert bis 100 ml Eluat mit Phenolphthalein versetzt einen Verbrauch an 0,1 n (0,1 normaler) Salzsäure von höchstens 0,05 ml haben.100 ml of the aminomethylated bead polymer are placed on the tamping volumeter vibrated and subsequently with deionised water in a glass column rinsed. In 1 hour and 40 minutes 1000 ml of 2 wt .-% sodium hydroxide solution are filtered through. Subsequently DI water is filtered over up to 100 ml of eluate with phenolphthalein causes consumption 0.1 n (0.1 normal) hydrochloric acid from at most 0.05 ml.
50 ml dieses Harzes werden in einem Becherglas mit 50 ml VE-Wasser und 100 ml 1n Salzsäure versetzt. Die Suspension wird 30 Minuten gerührt und anschließend in eine Glassäule gefüllt. Die Flüssigkeit wird abgelassen. Es werden weitere 100 ml 1n Salzsäure über das Harz in 20 Minuten filtriert. Anschließend werden 200 ml Methanol überfiltriert. Alle Eluate werden gesammelt und vereinigt und mit 1n Natronlauge gegen Methylorange titriert.50 ml of this resin are placed in a beaker with 50 ml deionized water and 100 ml of 1N hydrochloric acid added. The suspension is stirred for 30 minutes and then in a glass column filled. The liquid is drained. There are another 100 ml of 1N hydrochloric acid on the Resin filtered in 20 minutes. Subsequently, 200 ml of methanol are filtered over. All eluates are collected and combined and with 1N sodium hydroxide solution titrated against methyl orange.
Die Menge an Aminomethylgruppen in 1 Liter aminomethyliertem Harz errechnet sich nach folgender Formel: (200 – V)·20 = mol Aminomethylgruppen pro Liter Harz.The Amount of aminomethyl groups calculated in 1 liter of aminomethylated resin according to the following formula: (200 - V) x 20 = mol of aminomethyl groups per liter of resin.
1. Herstellung eines monodispersen, makroporösen Anionenaustauschers mit Dimethylaminohydroxyethylgruppen und zusätzlich schwach sauren Gruppen1. Preparation of a monodisperse, macroporous anion exchanger with Dimethylaminohydroxyethylgruppen and additionally weakly acidic groups
1a) Herstellung eines monodispersen acrylnitrilhaltigen Perlpolymerisates1a) Preparation of a Monodisperse Acrylonitrile-Containing Polymer Beads
In einem 4l-Planschliffgefäß mit Gitterrührer, Kühler, Temperaturfühler sowie Thermostat und Temperaturschreiber wird eine wässrige Vorlage aus 440,4 g VE-Wasser, 1,443 g Gelatine, 0,107 g Resorcin und 0,721 g wasserfreies Dinatriumhydrogenphosphat erzeugt. Zu dieser Vorlage wird unter Rühren mit 150 U/min ein Gemisch aus 500 g Wasser und 500 g mikroverkapselten Monomertröpfchen einer einheitlichen Teilchengröße von 590 µm zugesetzt, wobei die mikroverkapselten Monomertröpfchen aus einem Kapselinhalt aus 56,4 Gew.-% Styrol, 4,6 Gew.-% 80 %iges Divinylbenzol, 38,5 Gew.-% Isododecan und 0,50 Gew.-% tert.-Butylperoxy-2-ethylhexanoat als Initiator und einer Kapselwand aus einem mit Formaldehyd gehärteten Komplexkoazervat aus Gelatine und einem Acrylamid/Acrylsäure-Copolymerisat bestehen. Zu dieser Mischung werden 9,15 g Acrylnitril hinzugegeben. Danach wird zur Aushärtung 6 Stunden auf 73°C und anschließend 2 Stunden auf 94°C erhitzt. Der Ansatz wird über ein 32 µm-Sieb gewaschen und im Vakuum bei 80°C 24 Stunden getrocknet. Man erhält 305 g eines monodispersen, makroporösen Polymerisates mit einem Stickstoffgehalt von 0,8 % und einem daraus errechneten ACN-Gehalt von 3,0 Gew.% (ACN = Acrylnitril).In a 4 l planoidal vessel with grating stirrer, condenser, temperature sensor and thermostat and temperature recorder, an aqueous receiver of 440.4 g deionized water, 1.443 g gelatin, 0.107 g resorcinol and 0.721 g anhydrous disodium hydrogen phosphate is produced. With stirring at 150 rpm, a mixture of 500 g of water and 500 g of microencapsulated monomer droplets having a uniform particle size of 590 .mu.m was added to this original, the microencapsulated monomer droplets being composed of one capsule content 56.4% by weight of styrene, 4.6% by weight of 80% divinylbenzene, 38.5% by weight of isododecane and 0.50% by weight of tert-butyl peroxy-2-ethylhexanoate as initiator and of a capsule wall consist of a formaldehyde-cured complex coacervate of gelatin and an acrylamide / acrylic acid copolymer. To this mixture 9.15 g of acrylonitrile are added. Thereafter, the curing for 6 hours at 73 ° C and then heated to 94 ° C for 2 hours. The batch is washed on a 32 micron sieve and dried in vacuo at 80 ° C for 24 hours. 305 g of a monodisperse, macroporous polymer having a nitrogen content of 0.8% and an ACN content of 3.0% by weight calculated therefrom (ACN = acrylonitrile) are obtained.
Die erhaltenen Perlpolymerisate zeigen eine einheitliche Teilchengröße von 545 µ.The obtained bead polymers show a uniform particle size of 545 μ.
1b) Herstellung des amidomethylierten Perlpolymerisates1b) Preparation of the amidomethylated Polymer Beads
Bei
Raumtemperatur werden 1279 ml 1,2 Dichlorethan, 235,2 g Phthalimid
und 165,4 g 29,6 gew.-%iges Formalin vorgelegt. Der pH-Wert der
Suspension wird mit Natronlauge auf 5,5 bis 6 eingestellt. Anschließend wird
das Wasser destillativ entfernt. Dann werden 17,25 g Schwefelsäure zudosiert.
Das entstehende Wasser wird destillativ entfernt. Der Ansatz wird
abgekühlt.
Bei 30°C
wird 63,02 g 65 %iges Oleum zudosiert, anschließend 212,2 g monodisperses
Perlpolymerisat gemäß Verfahrensschritt
1a). Die Suspension wird auf 70°C
erhitzt und weitere 6 Stunden bei dieser Temperatur gerührt. Die
Reaktionsbrühe
wird abgezogen, VE-Wasser wird zudosiert und Restmengen an Dichlorethan
werden destillativ entfernt.
Ausbeute an amidomethyliertem
Perlpolymerisat: 1000 ml
50 ml feuchtes Harz wiegen getrocknet
21,2 Gramm
Elementaranalytische Zusammensetzung: Kohlenstoff:
77,9 Gew.-%; Wasserstoff: 5,4 Gew.-%; Stickstoff: 5,0 Gew.-%;At room temperature, 1279 ml of 1,2-dichloroethane, 235.2 g of phthalimide and 165.4 g of 29.6 wt .-% formalin submitted. The pH of the suspension is adjusted to 5.5 to 6 with sodium hydroxide solution. Subsequently, the water is removed by distillation. Then 17.25 g of sulfuric acid are added. The resulting water is removed by distillation. The batch is cooled. At 30 ° C., 63.02 g of 65% strength oleum are metered in, followed by 212.2 g of monodisperse bead polymer according to process step 1a). The suspension is heated to 70 ° C and stirred for a further 6 hours at this temperature. The reaction broth is stripped off, demineralized water is metered in and residual amounts of dichloroethane are removed by distillation.
Yield of amidomethylated bead polymer: 1000 ml
50 ml of damp resin weighed 21.2 grams
Elemental Analysis Composition: Carbon: 77.9% by weight; Hydrogen: 5.4% by weight; Nitrogen: 5.0% by weight;
1c) Herstellung des aminomethylierten Perlpolymerisates1c) Preparation of the aminomethylated Polymer Beads
Zu 975 ml amidomethyliertem Perlpolymerisat aus Beispiel 1b) werden 1403 g 13,5 gew.-%ige Natronlauge bei Raumtemperatur hinzudosiert. Die Suspension wird auf 180°C erhitzt und 8 Stunden bei dieser Temperatur gerührt.To 975 ml of amidomethylated bead polymer from example 1b) Added 1403 g of 13.5 wt .-% sodium hydroxide solution at room temperature. The suspension is at 180 ° C heated and stirred for 8 hours at this temperature.
Das
erhaltene Perlpolymerisat wird mit VE-Wasser gewaschen.
Ausbeute:
770 ml
Elementaranalytische Zusammensetzung: Kohlenstoff: 81,7
Gew.-%; Wasserstoff: 7,9 Gew.-%; Stickstoff: 7,2 Gew.-%; Sauerstoff:
2,7 Gew.%
Gehalt des Harzes an Aminomethylgruppen: 1,72 mol/lThe resulting bead polymer is washed with deionised water.
Yield: 770 ml
Elemental Analytical Composition: Carbon: 81.7% by weight; Hydrogen: 7.9% by weight; Nitrogen: 7.2% by weight; Oxygen: 2.7% by weight
Content of the resin of aminomethyl groups: 1.72 mol / l
Es werden mehrere Ansätze von 1c) hergestellt.It be several approaches of 1c).
1d) Umsetzung des aminomethylierten Harzes in einen Anionenaustauscher mit Dimethylaminogruppen1d) Reaction of the aminomethylated resin in an anion exchanger with dimethylamino groups
2250 ml VE-Wasser, 581,2 g Formalin 29,3 gew.%ig und 1500 ml des aminomethylierten Anionenaustauschers aus Beispiel 1c) werden in einem Reaktor vorgelegt. Die Suspension wird auf 40°C erwärmt. Mit 307, 2 g Ameisensäure 85 gew.5%ig wird der pH Wert auf ph 3 eingestellt. Anschließend wird auf 55°C erhitzt und 30 Minuten bei 55°C gerührt. Dann wird auf 70°C erhitzt und 30 Minuten bei 70°C gerührt. Dann wird auf 80°C erhitzt und 30 Minuten bei 80°C gerührt. Anschließend wird auf Rückflusstemperatur erhitzt. Während der gesamten Aufheizphase wird der pH Wert durch Dosierung von Ameisensäure bei pH 3 gehalten. Nach Erreichen der Rückflusstemperatur wird der pH Wert durch Dosierung von Ameisensäure und anschließend Schwefelsäure auf pH 2 abgesenkt. Es wird 30 Minuten bei pH 2 gerührt. Dann wird der pH Wert auf pH 1 abgesenkt und weitere 8,5 Stunden bei diesem pH Wert gerührt.2250 ml of deionized water, 581.2 g of formalin 29.3% by weight and 1500 ml of the aminomethylated Anion exchanger from Example 1c) are initially charged in a reactor. The suspension is at 40 ° C heated. With 307, 2 g of formic acid 85% by weight the pH is adjusted to pH 3. Subsequently, will at 55 ° C heated and at 55 ° C for 30 minutes touched. Then it is at 70 ° C heated and at 70 ° C for 30 minutes touched. Then it is heated to 80 ° C and 30 minutes at 80 ° C touched. Subsequently is at reflux temperature heated. While During the entire heating phase, the pH is increased by adding formic acid pH 3 maintained. After reaching the reflux temperature of the pH value by addition of formic acid and then sulfuric acid lowered pH 2. It is stirred for 30 minutes at pH 2. Then the pH value lowered to pH 1 and stirred for a further 8.5 hours at this pH.
Nach
dem Abkühlen
wird das Harz in eine Säule überführt und
mit VE-Wasser gewaschen. Dann werden 3 Liter 5 gew.-%ige Natronlauge
in 3 Stunden überfiltriert.
Danach wird die Harzmasse mit VE-Wasser ausgewaschen.
Ausbeute:
1900 ml
Gehalt des Harzes an Dimethylaminogruppen: 1,15 mol/l
Volumen
des Harzes in der Lieferform (freie Basenform): 100 ml
Volumen
des Harzes in der Chloridform: 128 ml
Volumen des Harzes in
der freien Basenform: 100 mlAfter cooling, the resin is transferred to a column and washed with deionized water. Then 3 liters of 5 wt .-% sodium hydroxide solution are filtered over in 3 hours. Thereafter, the resin composition is washed with deionized water.
Yield: 1900 ml
Content of the resin of dimethylamino groups: 1.15 mol / l
Volume of the resin as supplied (free base form): 100 ml
Volume of the resin in the chloride form: 128 ml
Volume of the resin in the free base form: 100 ml
1e) Umsetzung des Anionenaustauscher mit tertiären Aminogruppen zu einem Anionenaustauscher mit Dimethylaminohydroxyethylgruppen1e) reaction of the anion exchanger with tertiary Amino groups to an anion exchanger with Dimethylaminohydroxyethylgruppen
In einem Reaktor werden zu 962 ml VE-Wasser werden 2800 ml Anionenaustauscher aus 1d) gegeben. Bei Raumtemperatur werden in 30 Minuten 335,8 Gramm 2-Chlorethanol dosiert. In 1,5 Stunden wird auf 50-55°C erhitzt. Hierbei wird der pH Wert durch Zupumpen von 20 gew.-%iger Natronlauge bei pH 9 gehalten. Es wird eine weitere Stunde bei pH 9 gerührt. Dann wird der pH Wert auf 9,5 eingestellt und eine weitere Stunde bei pH 9,5 gerührt. Der pH Wert wird auf pH 10 erhöht und eine weiter Stunde bei diesem pH Wert gerührt. Der pH Wert wird dann auf pH 10,5 erhöht und eine weiter Stunde bei diesem pH Wert gerührt.In To a reactor are added 962 ml of deionized water 2800 ml of anion exchanger from 1d). At room temperature, 335.8 grams in 30 minutes Dosed 2-chloroethanol. In 1.5 hours is heated to 50-55 ° C. Here, the pH value by pumping 20 wt .-% sodium hydroxide solution kept at pH 9. It is stirred for a further hour at pH 9. Then the pH is adjusted to 9.5 and for an additional hour pH 9.5 stirred. The pH is raised to pH 10 and stirred for a further hour at this pH. The pH value is then increased to pH 10.5 and stirred for a further hour at this pH.
Anschließend wird
die Suspension abgekühlt.
Das Harz wird über
ein Sieb abfiltriert mit VE-Wasser gewaschen
und in eine Glassäule überführt. Über die
Harzmasse werden in 2 Stunden 2000 ml 3 gew.-%ige Salzsäure filtriert.
Dann werden 101 voll entsalztes Wasser überfiltriert.
1d') Umsetzung des aminomethylierten Harzes in einen stark basischen Anionenaustauscher mit Trimethylammoniumgruppen1d ') Reaction of the aminomethylated resin in a strongly basic Anion exchanger with trimethylammonium groups
1345 ml voll entsalztes Wasser, 1500 ml des aminomethylierten Anionenaustauschers aus Beispiel 1c) sowie 187,3 ml 50 gew.%ige Natronlauge werden in einem Reaktor vorgelegt. Die Suspension wird auf 40°C erwärmt. Es werden 276,5 ml Chlormethan hinzu dosiert und anschließend weiter 16 Stunden bei 40°C gerührt.1345 ml of deionized water, 1500 ml of the aminomethylated anion exchanger from Example 1c) and 187.3 ml of 50 wt.% Sodium hydroxide are in presented to a reactor. The suspension is heated to 40.degree. It 276.5 ml of chloromethane are added and then further 16 hours at 40 ° C touched.
Nach
dem Abkühlen
des Ansatzes wird das Harz auf einem Sieb mit Wasser ausgewaschen
und in eine Säule überführt. Von
oben werden 3 000 ml 3 gew.-%ige wässrige Salzsäure überfiltriert.
Anschließend werden
weiter 5000 m VE-Wasser überfiltriert.
Stabilitätstability
- im Originalzustand: 99 % ganze Perlenin original condition: 99% whole pearls
- nach dem Walztest: (noch zu bestimmen) % ganze Perlenafter the rolling test: (still to be determined)% whole beads
- nach dem Quellungsstabilitätstest: (noch zu bestimmen) % ganze Perlenafter the swelling stability test: (to be determined)% whole pearls
- nach dem Spritzentest: (noch zu bestimmen) % ganze Perlenafter the syringe test: (still to be determined)% whole beads
Totalkapazität
- Nutzbare Kapazität: 0,39 mol/l
- Usable capacity: 0.39 mol / l
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee | ||
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20110201 |