DE1442359A1 - Elektrodialyse - Google Patents

Description

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Aqua-Chem, Inc., 225 North Grand Avenue, faukesha, Wisoonsin, V.St.A. Elektrodialyse,

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Elektrodialyse und insbesondere eine iiirkungsvollere Vorrichtung für die Elektrodialyse mäßriger Lösungen.

Die Elektrodialyse ist «in bekanntes elektro-cheioischef Verfahrensmittel zur Behandlung von Lösungen, indem in einer Zelle ein elektrisches Potential zwischen zwei Elektroden angelegt wird, die allgemein mit Anode, die positiv geladen ist, und Kathode, die negativ geladen ist, bezeichnet werden. Zwischen diesen Elektroden sind eine oder mehrere Membranen angeordnet, um die Zelle in eine Reihe benachbarter Abteile aufzuteilen, die im folgenden als Rahmen bezeichnet werden. Beim Anlegen eines elektrischen Potentials zwischen Anode und Kathode wird eine einströmende Flüssigkeit elektrodialysiert, wodurch bestimmte Bestandteile der Lauge (liquor) in

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Eichtung auf die Anode und andere Bestandteile zur Kathode wandern, wodurch eine fraktionierte Trennung der Bestandteile vor sich geht. Die Lösung in dem der Anode benachbarten Eahmen wird im allgemeinen als Anolyt und die Lösung in dem der Kathode benachbarten Abteil als Katholyt bezeichnet. Der zwischen den beiden Membranen gebildete Eahmen kann die Lauge enthalten.

Beim Anlegen des elektrischen Potentials zwischen Anode und Kathode können zwei Lösungen von der Flüssigkeit und eine verbleibende oder Restlösung von der Lauge erhalten werden. Die obige Anordnung in einer Zelle ist bekannt. Ss ist bis jetzt jedoch nicht möglich gewesen, die Eahmen so anzuordnen, daß mehr als eine solche Reihe von Eahmen zwischen der Anode und der Kathode eingebracht werden kann, um Lösungen zu behandeln, die Verbindungen großen Molekulargewichts enthalten, wie Lignosulfonsäureionen und Aminoionen.

Mit anderen Worten, wenn es erwünscht ist, zwei Lösungen

Lösung von einer/mit Ionen hohen Molekulargewichts zu gewinnen, war es nicht wirtschaftlich durchführbar, die Lösung in herkömmlicher Weise zu behandeln.

Eine HauptSchwierigkeit bei der Verwendung von nur drei Eahmen, d.h. einem Anolyt rahmen, einem Katholytrahmen und einem Laugerahmen, die zusammen hier als "Behandlungsrahmen¹¹ bezeichnet werden, ist die Wirkungslosigkeit des Betriebes des Systems. In diesem Zusammenhang tritt der

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größte Sail dee Widerstandes in einer Elektrodialyeeeelle Kit einem einzigen Behandlungsrahmen in dem Bereich der Elektrode auf, d.h. der Anode oder der Kathode. Dementsprechend let es -na einen wirksamen Betrieb zn erzielen -notwendig, dafl viele Rahmen zwischen den Elektroden angeordnet lind, am dem Betrieb Wirksamkeit zu verleihen.

Bas Stapeln von Rahmen zwischen Elektroden ist in Verbindung mit dem Entfernen einer Lösung von einer einströmenden flüssigkeit bekannt«Sin besonderes Beispiel dafür 1st die Elektrodialyse von Seewaseer, um Trinkwasser aus dem Seewaseer zu gewinnen. Bei einer solohen Einrichtung wird die Wirksamkeit der Einheit stark vergrößert, so daß der Betrieb wirtschaftlich wird. Solche Einrichtungen wurden bis jetrt jedoch hauptsächlich dann verwendet, wenn eine einzige Lösung oder Traktionen solcher einzigen Lösung gewonnen' werden sollten.

Se war bis jetzt nicht bekannt, wie Behandlungerahmen gestapelt werden müssen, um Laugen oder Lösungen, die Ionen hohen Molekulargewichts enthalten, auf eine solche Weise wirksam zu behandeln, um die Ionen hohen Molekulargewichts aus der Lauge su gewinnen. Dementsprechend war es nicht bekannt, wie solche Lösungen, wie verbrauchte Sulfitlauge, auf praktische leise «u behandeln sind. Verbrauchte Sulfitlauge ergibt sich aus der Zersetzung von HoIb in einer Kochlange bei der Papierherstellung) sie enthält SuIf onatverbindungen, welche Im allgemeinen Lignosulfonate von versohiede-

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nem Molekulargewicht sind, Holzzucker, Schwefeldioxyd und basische Ionen, wie Natrium-, Calcium-, Magnesium- und Ammonium-Ionen, und zwar in Abhängigkeit von der Art der Zersetzungsbehandlung. Wie angegeben, sind die Eignosulfo_T nate im allgemeinen von hohem Molekulargewicht, aber die Lignosulfonate und Zucker von niedrigem Molekulargewicht werden zweokmäßigerweise von den Lignosulfonaten und Zuckern höheren Molekulargewichts getrennt, um erwünschte Fraktionen zu erhalten. Es ist selbstverständlich zweckmäßig, die basischen und die Säureionen herauszutrennen, so daß sie bei der Herstellung zusätzlicher Koohlauge für die Papierherstellung wieder verwendet werden können.

Dementsprechend ist es zweckmäßig, die verbrauchte Sulfitlauge zu verwenden und die basischen Ionen in dem ZJatholyten und die Lignosulfonate und Zucker in den Anolyten zu gewinnen. Wie oben angegeben, ist dieses System zweckmäßig, war jedoch bis jetzt unwirtschaftlich wegen des Fehlens einer zufriedenstellenden Zelle, um die gewünscht· Behandlung durchzuführen.

Andere Lösungen oder Dispersionen, die zweckmäßigerweise behandelt werden können, sind Salz-Protein-ßysteme, wie Milch, Blut, Molke usw. In solchen Systemen können Anionen und Kationen herausgetrennt und Protein-Verbindungen (•wonnen werden.

Sin Hauptziel dieser Erfindung 1st deshalb «ine wlrk- *um Hektrodialysezelle, die von einer einströmenden FlQs-

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sigkeit oder Lauge, welche Ionen hohen Molekulargewichts enthält, ein· Anionenkonzentrationslösung oder Kationenkonaentrationelöeung, die solche Ionen enthalten, liefert. Ein besonderes Ziel dieser Erfindung 1st eine verbesserte Vorrichtung zur Behandlung verbrauchter Sulfitlauge und zur Behandlung anderer Laugen, aus denen zweckmäßigerweise und wirksam zwei oder mehrere Lösungen gewonnen werden sollen, wobei die eine dieser Lösungen Ionen hohen Molekulargewichts enthält. Andere Ziele und Vorteile dieser Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung deutlioh werden.

In der Zeichnung ist:

Fig. 1 eine schematisohe Barstellung einer Elektrodialysezelle der Erfindung, in der drei Behandlungsrahmen zwischen einer Anode und einer Kathode angeordnet sind, wobei aus dieser Zelle drei Lösungen gewonnen werden, von denen die eine eine Anionenkonzentrationslösung mit Verbindungen hohen Molekulargewichts, die andere eine Kationenkonzentratianslösung und die dritte eine behandelte Lauge geeigneter Konzentration istj

I¹Ig. 2 eine abgeänderte Zelle der Erfindung, die aus drei Behandlungsrahmen besteht, welche zwischen einer Anode und einer Kathode angeordnet sind, wobei von diesen Behandlungsrahmen eine Kationenkonzentrationslösung, eine konzentrierte Lauge und drei getrennte konzentrierte Anionenfraktionen erhalten werden.

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In dieser Anmeldung werden, wie oben angedeutet, "bestimmte Ausdrucke zur Beschreibung der Erfindung verwendet, die jetzt erläutert werden. In diesem Zusammenhang wird mit "Rahmen" jedes Abteil zwischen zwei Membranen oder zwischen einer Membran und einer Elektrode bezeichnet. Ein "Behandlungsrahmen¹¹ bedeutet hierin eine Reihe von Rahmen, die der einströmenden Flüssigkeit zugeordnet ist, und umfaßt die Rahmen, welche die Ani onenkonz entrati onslö sung, die Lauge und die Kationenkonzentrationslösung enthalten. Ein Behandlungsrahmen kann auch Rahmen umfassen, die Fraktionen der Anionen- und Kationenkonzentrationslösungen enthalten. Der Ausdruck "Zelle" umfaßt die Elektroden, die Membranen und alle zwischen den Elektroden angeordneten Rahmen. Der Ausdruck "Grenzrahmen", der hier später noch auftreten wird, bezeichnet einen Rahmen, der zwischen Behandlungsrahmen angeordnet ist.

Die in der Vorrichtung der Erfindung verwendeten Membranen umfassen selektive Membranen und nichtselektive Membranen. Eine nichtselektive Membran läßt sowohl Anionen als auch Kationen durch, kann jedoch in der Größe festgelegt sein, um den Durchgang von Molekülen bestimmter Größe zu regeln. Die selektiven Membranen, die auch in der Größe festgelegt sein können, um verschieden große Moleküle durchzulassen, sind in dem Sinne selektiv, daß sie so geladen sind, daß Anionen hindurch können und Kationen zurückgewiesen werden oder umgekehrt". Eine kationenselektive Membran läßt Kati-

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οηβη hindurch und hindert Aniontn am Durchgang, wogegen eine anionenselektive Membran Anionen hindurchläßt und Kationen am Durchgang hindert. Diese selektiven Membranen und niohtselektiven Membranen sind im Handel erhältlich.

Diese Erfindung besteht in ihrer einfachsten Form aus zwei Behandlungerahmen, die zwischen einer Anode und einer Kathode angeordnet sind, wobei jeder Behandlungerahmen einen Laugerahmen mit einer nicht selektiven Membran an der einen Seite aufweist. Die Behandlungsrahmen sind voneinander durch einen Grenzrahmen getrennt, der, um Strom zu leiten, einen Elektrolyten enthält, der aus Anionen und Kationen besteht, die nicht für die Anionen- und Kationenkonzentrationslösungen schädlich sind*

Deanaoh besteht die Vorrichtung der Erfindung in ihrer einfachsten Form aus einer Zelle mit einer Kathode, die von einem Kationenkonzentrationsrahmen umgeben wird, in dem basische Ionen gewonnen werden. In der einfachsten Form der Erfindung ist der Kationenkonzentrationsrahmen auch ein Katholytrahmen. An dem Kationenkonzentrationerahmen liegt ein Laugerahmen, der die zu behandelnde einströmende Flüssigkeit aufnimmt und der auf seiner einen Seite eine niohtselektiuV· Membran aufweist. Anliegend an den Laugerahmen folgt ein Anionenkonzentrationerahmen, in dem die sauren Ionen und einige normaler weis· niohtionieohe Verbindungen gewonnen werten. Diese drei Eahmen bilden einen ersten Behandlungerahmen.

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Dann folgt auf diesen Anionenkonzentrationsrahmen ein Grenzrahmen, der den Elektrolyten enthält, welcher nicht für die Anionen- oder Kationenkonzentrationslösung schädlich ist. Auf der anderen Seite des Grenzrahmens liegt ein zweiter Behandlungsfcahmen, der aus einem Eationenkonzentrationsrahmen besteht, auf den ein Laugerahmen folgt, welcher auch eine nicht selektive Membran an seiner einen Seite aufweist, woraufhin wiederum ein Anionenkonzentrationsrahmen oder Anolytrahmen folgt, in dem die Anode der Zelle angeordnet ist.

Ss 1st ersichtlich, daß durch Verwendung der Grenzrahmen zwischen den Behandlungsrahmen jede Anzahl von Behandlungsrahmen gemäß dieser Erfindung aneinander gestapelt werden kann. Dadurch kann die Wirksamkeit der Zelle stark vergrößert werden, weil der relative Leistungsverlust, der duroh den Widerstand um die.beiden Elektroden herum verursacht wird, im Verhältnis zur Anzahl der zwischen den Elektroden aneinander gestapelten Behandlungsrahmen verringert

Selbstverständlich massen die Membranen zwischen den

Rahmen besonders ausgewählt sein. In diesem Zusammenhang werden selektive Membranen auf beiden Selten der Grenzrahmen verwendet. Die Verwendung selektiver Membranen stellt sicher, daß die Kationen und Anionen der Grenzlösung In die Sationen-, bzw. Anionenkonzentratlonslösung gehen und keine Verdünnung -dieser Concentratlonslösungen duroh Ionenübertragung zur Grenzlösung eintritt. Die eine der Membranen zwischen dem

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Laugerahmen und den Anionen- oder'Kationenkonzentrationsrahmen kann selektiv sein, so daß die Ionen von dem Laugerahmen in die Anionen- oder Kationenkonzentrationsrahmen und nicht von diesen Rahmen in den Laugerahmen wandern. Die eine der Membranen zwischen dem Laugerahmen und den Anionen- oder Kationenkonzentrationerahmen sollte nicht selektiv sein. Dies ist erwünscht, um Transfer von gewünschten Molekülen hohen Molekulargewichts in die Anionen- oder Kationenkonzentrationslösung zu erreichen, ohne die Membran zu verbrennen. Wie oten angedeutet, ist diese Verwendung nichtselektiver Membranen mit dem Laugerahmen, um die großen Moleküle hindurchzulassen, ein wichtiges Merkmal dieser Erfindung.

Duron geeignete Auswahl der Membranen kann die Trennung der Anionen- oder der Kationenkonzentrationslösung in verschiedene Fraktionen erzielt werden. In diesem Zusammenhang können mehrere Anionen- oder Kationenkonzentrationsrahmen aneinander liegen und durch unterschiedliche Membranen getrennt sein, wodurch verschiedene Fraktionen der Anionen- oder Kationenkonzentrationslösung erhalten werden. Dies wird im Zusammenhang mit der Beschreibung der Fig. 2 der Zeichnungen deutlicher werden.

In Pig. 1 der Zeichnungen wird die gesamte Elektrodialysezelle durch die Nummer 3 gekennzeichnet. In der Zelle 3 wird eine positive Elektrode als Anode 5 und eine negative Elektrode als Kathode 7 gekennzeichnet. Unmittelbar an der Anode 5 liegt ein Anionenkonzentrationsrahmen 9. Auf diese

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Weise ist hier der Anionenkonzentr&tionsrahmen 9 auch, ein Anoly tr ahmen. Der Anionenkonzentrationsrahmen wird auf der einen Seit® durch eine nicht selektive Membran 11 begrenzt. Auf der anderen Seite dieser niohtselektiven Membran 11 liegt ein Laugerahmen 13» welcher auf der anderen Seite durch eine eelektive Membran 15 "begrenzt wird. Diese selektive Membran 15 "bildet auch die eine Grenze für einen Xationenkonzentrationsrahmen 17» welcher auf der anderen Seite durch ein© selektive Membran 19 "begrenzt wird. Der Anionenkonzentrationsrahmen 9, der Laugerahmen 13 und der Kationenkonzentrationsrahaien 17 bilden zusammen einen Behandlungsrahmen 21» Dieser besondere Behan&lungsrahnien ist zur Behandlung von Lauge bestimmt, die Antonen mit großem Molekulargewicht enthält.

Der Behandlungsrahmen 21 ist an einem Grenzrahmen 23 angeordnet _f welcher wiederum zwischen der selektiven Membran 19 und einer anderen selektiven Membran 25 liegt« Auf der anderen Seite des Grenzrahmens 23 liegt ein weiterer Behandlungsräumen, der aus den gleichen Elementen wie der Behandlungsrahmen 21 besteht und durch die Hummer 21' gekennzeichnet ist. Da der Behandlungsrahmen 21^r die gleichen Elemente wie d©r Behandlungsrahmen 21 enthält, sind entsprechende Seile durch die gleichen Hummern gekennzeichnet; sie unterscheiden sich von den Elementen des Behandlungsrahmens 21 durch das Symbol (') an der Hummer. An dem Behandlungsrahmen 21' liegt ein Grenzrahmen 23*, der ähnlich dem Grenzrahmen 23 ist.

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Me in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung enthält weiterhin einen dritten Behandlungsrahmen 21¹¹J die Elemente dieses Rahmens sind die gleichen wie die der Behandlungsrahmen 21 und 21* und durch entsprechende Nummern gekennzeichnet, unter-. Beneiden sich jedoch durch das Symbol ("}·

Sa ist leicht ersichtlich, daß die Elektrodialysezelle so viele Behandlungerahmen wie zweckmäßig aufweisen kann, wobei die Laugerahmen duroh Grenzrahmen getrennt sind, wie es in Fig· 1 gezeigt ist«

Qü die Arbeitsweise der Zelle zu beschreiben, wird die Funktion des Laugerahmens 21 und des Grenzrahmens 23 in Einzelheiten beschrieben, doch geschehen selbstverständlich ähnliche Vorgänge in den Laugerahmen 21' und 21".

Me eu behandelnde Lauge tritt duroh die Leitung 33 in den Lauferahmen 13 ein· Me Kationen wandern durch die selektive Membran 15 in den Kationenkonaentrationsrahmen 17· Me Anionen wandern duroh die niohtselektive Membran 11 in den Anionenkonzentrations- oder Anolytrahmen 9. Me behandelte Lauge verläßt den Laugerahmen duroh Leitung 35 , die Anionenkonzentrationslösung verläßt den Anionenkonzentrationsrahmen duroh Leitung 37 und die KationenkonzentrationaTÜsung verläßt den Kationenkonzentrationsrahmen durch Leitung 39·

Me Grenzlösung tritt duroh die Leitung 41 in den arensrabmen ein und verläßt den Rahmen duroh Leitung 43·

Me Anionenkonzentrationslösung, die Kationenkonzentrationelösung und die Grenelösung können unter gewissen Bedingun-

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gen und Voraussetzungen wieder zugeführt werden, wobei die Anionenlösung den Anionenkonzentrationsrahmen durch die Leitung 45 erreicht und die Kationenlösung in den Kationenkonzentrationsrahmen durch die Leitung 47 eintritt.

Wie oben angegeben, arbeiten die Behandlungsrahmen 21' und 21" auf ähnliche Weise, wie sie hier in Verbindung mit dem Laugerahmen 21 beschrieben ist. Dementsprechend sind die Einström- und Ausströmleitungen ähnlich bezeichnet, unterscheiden sich jedoch durch die Symbole (·) und (")·

Die Grenzlösung enthält zweckmäßigerweise Anionen und Kationen, die in dem gewünsohten Arbeitsgang verwendet werden können· So kann die Grenzlösung eine Säure, wie Schwefelsäure, schweflige Säure oder Essigsäure sein, wobei die Anionen in die Kationenkonzentrationslösung wandern und die Wasseretoffionen in die Anionenkonzentrationslösung gehen. ITm die gewünschte Wirksamkeit des Betriebes zu erreichen, ist offensichtlich, daß die Grenzlösung ein guter Elektrolyt sein sollte und leicht den Strom zwischen der Anode und der Kathode durchlassen muß.

Fig. 2 der Zeichnungen zeigt eine Zelle, die allgemein mit der Nummer 103 gekennzeichnet ist. Diese Zelle enthält eine Anode 105 und eine Kathode 107. Die Zelle 103 umfaßt drei Behandlungsrahmen.121, 121' und 121",

Der Behandlungsrahmen 121 bestehta aus einem Laugerahmen 113, der an einer Reihe von Anionenkonzentrationsrahmen 109a, 109b und 109c liegt. Der Laugerahmen 113 ist von den

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Anionenkonzentrationsrahmen 109a, 109b und 109c durch eine Reihe nichtaelektiver abgestufter (graded) Membranen 111a, 11b und 111c getrennt. Zwischen der .Anode 105 und dem ersten Anionenkonzentrationsrahmen 109c ist ein Anolytrahmen 106 angeordnet, der von dem Anionenkonzentrationsrahmen 109c durch eine selektive Membran 108 getrennt ist»

Der Laugerahmen 113 ist von einem Kationenkoneentrationsrahmen 117 durch eine selektive Membran 115 getrennt. Auf diese Weise ist auch dieserBehandlungsrahmen hauptsächlich dafür geeignet, eine Lauge mit Anionen hohen Molekulargewichts zu behandeln.

Der Behandlungsrahmen 121 wird zu einem Grenzrahmen 123 durch eine Membran 119, die eine selektive Membran ist, begrenzt.

Der Grenzrahmen besitzt eine Membran 125 auf der anderen Seite«

Die Lauge wird in den Laugerahmen 113 durch die Leitung 133 eingeführt, und konzentrierte Lauge verläßt den Laugerahmen durch die Leitung 135·

Die verschiedenen Anionenkonzentrationslösungen verlassen den Behandlungsrahmen durch die Leitungen 137a, 137b und 137c. Die KationenJtonzentrationslösung tritt in den Behandlungsrahmen durch die Leitung 147 ein und verläßt ihn durch Leitung 139» Die Anionenkonzentrationslösung wird wieder zugeführt und tritt in die Anionenkonzentrationsrahmen durch die Leitungen 145a, 145b und 145c ein. Die Grenzlösung tritt

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in den Grenzrahmen durch die Leitung 141 ein und verläßt diesen Rahmen durch die Leitung 143« .

Die Behandlungsrahmen 121' und 121" enthalten die Elemente des Behandlungsrahmens 121; entsprechende Teile der entsprechenden Behandlungsrahmen 121· und 121" unterscheiden sich von den Teilen des Behandlungsrahmens 121 durch die Symbole (') und ("). Der Grenzrahmen zwischen dem Behandlungsrahmen 121' und 121" ist mit 123¹ "bezeichnet ·

Ein Katholytrahmen 146 ist an der Kathode angeordnet und durch eine selektive Membran 148 von dem Kationenkonzentrationsrahmen 117" getrennt« Der Elektrolyt für den Anodenelektrolytrahmen 10 6 wird durch die Leitung 110 und der Elektrolyt für den Kathodenelektrolytrahmen 146 durch die Leitung 150 geführt»

Es ist zu ersehen, daß die in 5¹Ig₀ 2 gezeigte Zelle fünf Fraktionen der Lauge lieferte Die dargestellte Zelle liefert eine Kationenkonzentrationslösung, eine konzentrierte Laugenlösung und drei Anionenkonzentrationslösungen, die verschiedene Fraktionen der Anionenlösung enthaltene

Die Kationenmembranen, wie die Membranen 15, 15' und 15" in Figo 1 und die Membranen 115, 115' und 115"'in Fig_e 2_S sollten kationenselektiv sein; hier sind besonders zufriedenstellende Membranen diejenigen, die unter dem Handelsnamen Ionics öR-61 erhältlich sind« Die Anionenmembranen, wie die Membranen 11, 11· undf!" in Fig„ 1 und die Membranen 111a, 111a' und 11 ta" in Figo 2, können nichtselektive Membranen sein, z,B„ Cellophan 600PT oder Nalfilm D-30. Die Membranen,

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wie die Membranen 19 und 19' in Pig· 1 und 119 und 119' in Pig· 2, Bind anionenselektiv, wie Ionics AR-111-Membranen, Die Membranen 25 und 25 * in Fig. 1 und die Membranen 125 und 125' sollten kationenselektiv sein·

Die in Pig. 2 gezeigten Membranen zwischen den verschiedenen Anionenkoneentrationsrahmen 109a, 109b und 109c, und zwar die Membranen 111a, 111b und 111c, sind abgestufte nichtselektive Membranen mit verschiedener Porengröße, um verschiedene Fraktionen der Anionenlösung zu liefern· Die Porengröße soll Moleküle der gewünschten Größe durchlassen, so daß die Fraktionierung eintreten kann· Die Membran 111a z«B· kann Moleküle mit einem Molekulargewicht von weniger als 5000 hindurchlassen, während die Membran 111b Moleküle mit einem Molekulargewicht unter 1000 hindurchläßt und die Membran 111c Ionen niedrigen Molekulargewichts, wie Molekulargewichte unter 200 durchlassen kann·

Die Auswahl der jeweiligen Membranen liegt beim Fachmann für die Elektrodialyse und bildet nicht einen Teil dieser Erfindung« Die Fraktionierung der Anionenkonzentrationslusung in mehreren benachbarten Rahmen mit Membranen verschiedener Porengrößen ist ebenfalls Sache des Fachmanns«

In einem besonderen Beispiel der Erfindung und unter Bezugnahme auf Pig· 1 der Zeichnung wurde eine Ammoniakbase, verbrauchte Sulfitlauge «w4 mit einem Pestkörpergehalt von etwa 10 i», verwendet. Die verbrauchte Lauge hatte einen Stickstoffgehalt von etwa 4 g/Liter und enthielt Lignin bzw· Holzstoff mit Molekulargewichten zwischen etwa 300 und 300 000·

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Die Kationenkonzentrationslösung wurde in die Kationenkonzentrationsrahmen 17, 17' und 17" eingeführt und enthielt Ammostoff

niak in der Größenordnung von 6 g/Liter auf Sticktfasis· Die Grenzrahmen 23 und 23' enthielten.schweflige Säure in einer Konzentration von 6 g/Liter· Die Anionenkonzentrationslösung war schweflige Säure mit einer Normalität von 0,1 · Diese lösungen wurden durch die entsprechenden Rahmen mit einer Geschwindigkeit geleitet, die zur Herstellung von Turbulenz ausreichte_e Beim Betrieb der Zelle wurde Lauge . 13-mal durch die Laugerahmen geleitet; die Aggregatverweilzeit in dem Laugerahmen betrug eine Minute, Ein elektrisches Potential wurde zwischen der Anode

und der Kathode 7 hergestellt, welches groß genug war, um

ρ eine Stromdichte in der Zelle 3 von 30 mA je cm Membranfläche zu bewirken.

Die angelegte Spannung veranlaßte die Ammoniakionen in der Lauge, von den Laugerahmen 13, 13' und 13" durch die kationenselektiven Membranen 15, 15' und 15" in die Kationenkonzentrationsrahmen 17, 17' und 17" zu wandern. Gleichzeitig traten Sulfitionen von den Grenzrahmen 23 und 23' in die KationenkonzentrationsEahmen 17 und 17' ein und bewirkten die Bildung von Ammoniumsulfit und -bisulfite

Die Membranen 11, 11' und 11" waren anionenselektiv? deshalb gingen nur Verbindungen mit sehr niedrigem Molekular-, gewicht, insbesondere Zucker, Lignosulfonate sehr niedrigen Molekulargewichts und Schwefeldioxyd, durch die selektiven Membranen 11, 11' und 11" in die Anionenkonzentrationsrahmen

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9, 9' und 9"· G-bichzeitig wanderten 20 i° des Wassers in der Lauge durch OejKOse in die Anionenkonzentrationsrahmen 9, 9' und 9". Die Verbindungen höheren Molekulargewichts verblieben in der Lauge, die aus der Zelle 3 durch die Leitungen 35, 35* und 35" auetrat.

Bei der oben beschriebenen Verwendung anionenselektiver Membranen stieg der Widerstand der Zelle an, sobald sich die selektiven Membranen mit anionischen Verbindungen höheren Molekulargewichts verstopften, bis die Einheit aufgrund der Polarisation unwirksam wurde und sich daraus ein Überhitzen und Verbrennen der Membranen ergab. Wenn jedoch nicht-selektive Membranen an den Stellen 11, 11' und 11" verwendet wurden, trat dieses Verstopfen und Zerstören der Membran nicht auf.

Das vorangehende Beispiel.beschrieb bestimmte Fließeigenschaft en, wenn mit den angegebenen Substraten und Verdünnungen gearbeitet wurde. Ausgiebiger Betrieb hat gezeigt, daß verschiedene Konzentrations- und Verdünnungseffekte erzielt »erden, wenn die osmotischen und Elektrodialysebedingungen geändert werden, um bestimmte Anforderungen zu erfüllen· Solche Veränderungen werden als im Bereich der vorliegenden Erfindung liegend betrachtet.

Als weiteres Beispiel für die Arbeitsweise der Erfindung und unter Bezugnahme auf Pig. 2 wurde eine Ammoniakbase, verbrauchte Sulfitlauge mit einem Festkörpergehalt von etwa 10 °/o, in die in Fig. 2 gezeigte Zelle eingeführt, wobei die Lauge in die Laugenrahmen 113» 113^f und 113" eingebracht wurde. Ein elektrisches Potential wurde zwischen der Anode 105 und

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der Kathode 107 angelegt, um in der Zelle eine Stromdichte von etwa 30 mA/cm Membranfläche zu erzielen· Die zugeführte Lauge hatte einen Stickstoffgehalt von etwa 4 g/Liter. Die Kationenkonzentrationslösung zu den Katholytrahmen 117, 117' und 117" enthielt Ammoniak und hatte einen ähnlichen Stickstoffgehalt. Die Anionenkonzentrationslösungen enthielten Schwefeldioxyd in einer Konzentration von etwa 6 g/Liter_e Die Membranen 111a, 111a¹ und 111a" wurden so gewählt, daß sie Moleküle mit einem Molekulargewicht von weniger als 3000 hindurchließeno Die Membranen 111b, 111b' und 111b" wurden so gewählt, daß sie Moleküle mit einem Molekulargewicht von weniger als 1000 hindurchließen«, Die Membranen 111c, 111c' und 111c" wurden so gewählt, daß sie Moleküls mit einem Molekulargewicht von weniger als 200 hindurchließen_o Daraus ergab sich, daß die Anionenkonzentrationsrahmsn 109a, 109a' und 109a" einen wesentlichen Teil der ligninmoleküle mit'einem Molekulargewicht zwischen etwa 1000 und 3000 festhielten, während die Anionenkonzentrationsrahmen 109b, 109b¹ und 109b" Ligninmoleküle mit Molekulargewichten zwischen 1000 und 200 hielten und die Anionenkonzentrationsrahmen 109c, 109c' und 109o" hauptsächlich Schwefeldioxyd, Zucker und Verbißdungen niedrigen Molekulargewichts in Lösung enthielten«

Die verschiedenen Lösungen in den Anioneakonzentrationsrahmen sind besonders auf bestimmten Gebieten und für verschiedene Zwecke brauchbar. In diesem Zusammenhange haben die Anionen höheren Molekulargewichts ausgezeichnete Dispersionseigenschaften in Ölquellen-Bohrschlamm· diese Anionen zeigen

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auch ungewöhnliohe Bindeeigenschaften für Erze, Darüber hinaus gelieren die Fraktionen höheren Molekulargewichts schneller entweder spontan oder mit Hilfe gelierender Mittel, wie von Dichroeatsalzen· Die Ligninfraktionen niedrigen Molekulargewichts haben verbesserte Oxydationseigenschaften und besitzen auch verbesserte Harzbildungseigenschaften· So liefert die Einheit Produkte mit einzigartigen Eigenschaften.

In einer Zelle mit nur einem Behandlungsrahmen werden etwa 90 # des Stromes dazu verwendet, den Widerstand der Elektronen zu überwinden, woraus sich die Wirkungslosigkeit der Arbeitsweise ergibt. Auf der anderen Seite werden in einer Zelle mit drei Behandlungsrahmen nur etwa 20 $> des Stromes zur Überwindung des Widerstandes der Elektroden verbraucht. Es ist offensichtlich, daß das Stapeln von Behandlungsraheen bei Verwendung der Grenzrahmen einen wesentlich verbesserten Betrieb gestattet«

Die verschiedenen Merkmale dieser Erfindung, die als neu angesehen werden, sind in den folgenden Ansprüchen festgelegt .

- Patentansprüche -

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Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1o Elektrodialysezelle, bestehend aus einem Anolytrahmen, einem Katholytrahmen, mindestens zwei zwischen den Anolyt- und Katholytrahmen angeordneten Behandlungsrahmen und einem zwischen benachbarten Behandlungsrahmen angeordneten Grenzrahmen, wobei jeder Behandlungsrahmen.einen Anionenkonzentrationsrahmen, einen Kationenkonzentrationsrahmen und einen dazwischen angeordneten Laugerahmen aufweist, und jeder Laugerahmen Elektrodialysemembranen an jeder Seite davon aufweist, von denen mindestens eine Membran eine nichtselektive Elektrodialysemembran ist und der Grenzrahmen ionenselektive Elektrodialysemembranen an jeder Seite besitzt.

   2· Elektrodialysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der ionenselektiven Elektrodialysemembranen den Durchgang von Anionen in den Kationenkonzentrationsrahmen des einen der Behandlungsrahmen erlaubt und die andere ionenselektive Elektrodialysemembran den Durchgang von Kationen in den Anionenkonzentrationsrahmen des anderen der Behandlungsrahmen erlaubt·

   3· Elektrodialysezelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Laugerahmen eine kationenselektive Elektrodialysemembran an der Seite nahe dem Kationenkonzentrationsrahmen aufweist, wobei die nichtselektive Elektrodialysemembran auf der Seite an dem Anionenkonzentrationsrahmen liegt.

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   4· Verfahren zur elektrodialytisehen Behandlung verbrauchter Sulfitlauge zwecks Rückgewinnung von Säureionen aus der Lauge, dadurch gekennzeichnet, daß man ionisierbare wäßrige Lösungen in aufeinanderfolgende Stellungen bringt, wobei die wässrigen Lösungen eine Anionenkonzentrationslösung, eine verbrauchte Sulfitlauge, die elektrodialysiert werden soll, eine Kationenkonzentrationslösung und eine Grenzlösung aus schwefliger Säure sind, daß man ein elektrisches Gleichstrompotential über den wässrigen Lösungen herstellt und selektive Dialysemembranen zwischen den Lösungen anordnet·

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