DE1642831A1

DE1642831A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ausziehen eines Loesungsmittels aus einer Loesung

Info

Publication number: DE1642831A1
Application number: DE19671642831
Authority: DE
Inventors: Hough William T
Original assignee: HOUGH WILLIAM T
Current assignee: HOUGH WILLIAM T
Priority date: 1967-07-10
Filing date: 1967-12-05
Publication date: 1971-04-29
Also published as: AU425206B2; NL6712789A; FR1555662A; AU2448267A; US3532621A

Description

Fillia® Tv Hough

Eewiston, If evr York, ν« StV Α·

Verfahren und Vorrichtung"zum Ausziehen eines

.Lösungsmittels aus einer Lösung.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, dur*ch welches das Lösungsmittel einer Lösung getrennt von dem darin gelösten Stoff gewonnen werden kann. Insbesondere beziejit sich die Erfindung auf ein Vorfahren zur Gewinnung von salzfreiem; Wasser aus Salzwasser oder Seewasser, von welchem das Salz abgetrennt werden soll.

In don vergangenen Jahren ließ das Anwachsen der Bevölkerung und die fortgesetzte Ausdehnung alter Industrien sowie die Entwicklung neuer Industrien in sich häufender Weise das Bedürnis nach neuen und billigen Quellen sowohl von genießbarem Wasser zu Trinkzwecken als auch nach Industriewasser anwachsen, welches ausreichend frei von Salzen und Mineralien ist, die sich normalerweise in Seewasser und anderen Quellen von Salzwasser finden, so daß eine industrielle Verwendung des Wassers möglich ist.

Es wurden viele verschiedene Verfahren angewendet, um Wasser zu erhalten, welches von unerwünschten Salzen frei ist.

Wahrscheinlich das älteste einschlägige Beispiel ist- ein Verfahren, bei welchem die Destillation angewendet wird. Infolge der bei der Erzeugung einer für die Destillation ausreichenden Wärmeenergie auftretenden hohen Kosten hat sich jedoch die Destillation als Verfahren zur Erzeugung großer Mengen von Wasser über unbestimmte, jedoch lange Zeiträume als unpraktisch und unbrauchbar erwiesen. Da keine anderen zufriedenstellenden und billigeren Verfahren vorhanden waren, war es in vielen Fällen notwendig, weiterhin das kostspielige und nicht wirkungsvolle Destillationsverfahren anzuwenden.

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Ein weiteres bekanntes, jedoch ebenfalls sehr kostspieliges Verfahren ist das lonenaustaaschverfahr^n_f durch, welches das Salz aus der Salz^rasserlösung herausge-zagezi wird.

Ein weiteres bekanntes, mit sehr geringem Erfolg angewendetes Verfahren wird juanshmal als umgekehrt® Osmose bezeichnet, bei wclelisr enorme Drücke ©.uf sine Salzlösung ausgeübt werden, an welcher eine osmotische Membran in

inniger IT Berühren? anliegt, wodurch Wasser aus der Salz- Λ

lösung durch die oscctische Membran in ein Sagomelgefäß auf der gegenüberliegenden Seite der osmotiscliera Membran gedrückt wird, widarch man Wasser in salzfreiem Zustand erhält. I_nfolge des erforderlichen, übermäßig großen Druckes (d.h. mehr als etwa 24,6 at oder 350 pounds per square inch), um die normale osmotische Strömung zu überwinden and dieselbe umzukehren, wodurch das Wasser der Salzlösung gezwungen wird, durch die osmotische Membran entgegengesetzt dem normalen osmotischen Strönraiigsdruck zu fließen, zerreißt der übermäßig große Druck die osmotische Membran, welche notwendigerweise eine dünne Membran ist, durch welche eine normale Osmose stattfinden kann. Mit verschiedenen Verstärkungsmaßnahmen ist es nicht gelungen, ein Zerreißen der Membran zu verhindern, obwohl verschiedene Behandlungen, beispielsweise das Anbringen vor größeren Anzahlen von Hydroxygruppen an der Zellulose-Azetat-Membran, die maximal erzielbare Strömung wesentlich

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erhöht haben, beispielsweise von etwa 5 > 29 l/dm (13 gallons

per square foot) in 2k Stunden bis zu etwa 8,96 l/dm (22 gallons per square foot) in 2k Stunden.

Ein weiteres bekanntes Verfahren besteht in einem Verdampfungsverfahren, bei welchem Spritz- oder Spülwasser (welches unerwünschtes Material, wie Salz, enthält) einen erhöhten Dampfdruck erzeugt und nachfolgend in Form von salzfreiem Wasser kondensiert wird, indem der Dampf mit einer glatten Oberfläche in Berührung gebracht wird, wodurch die kondensierte Feuchtigkeit getrennt von dem gerührten Salzwasser gesammelt wird. Ein solches Verfahren erfordert zum Rühren des Salzwassers eine ziemliche Energie und ergibt unglücklicher-weise nur eine sehr niedrige Ausbeute von kondensierter Feuchtigkeit. Um daher eine praktisch bedeutende ¥assermenge aus einem solchen Verfahren zu erhalten, ist ein großer Energieaufwand sowie eine umfangreiche und kostspielige Anlage erforderlich.

Mit der Entwicklung von verfeinerten Methoden zur Anwendung von Atomenergie und in Ermangelung von zufriedenstellenderen und wirtschaftlicheren Verfahren zur Erzielung von salzfreiem Wasser wurde in den letzten Jahren Kernenergie in Verbindung

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mit dem oben erläuterten Des'tillationsverfahren angewendet. Infolge der immer noch hohen Kosten von Kernenergie sowie der für ihre Anwendung erforderlichen kostspieligen Anlagen und Sicherheitsmaßnahmen und da Kernenergieanlagen nicht beliebig in jedem erforderlichen Bereich unabhängig von der Wirtschaftlichkeit der Situation angewendet werden können, hat auch die Atomenergie das fortgesetzte Bedürfnis nach einer praktischen und wirtschaftlichen Quelle von salzfreiem Wasser nicht befriedigen können.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Erzielung eines Lösungsmittels zu schaffen, welches frei von unerwünschten gelösten Stoffen istv

Ein weiteres Ziel ist die Schaffung eines Verfahrens, ν/βΛΰϊχ-εβ keinen großen Energieaufwand erfordert..

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Erzielung von Ϊ/&3<ser, welches frei von unerwünschten Salzen "αηά/ύά&ν unerwüE &'.*'■_ ten Mineralien ist.

Ein weiteres Ziel ist die Sohaffung -sizios im gar-csßen, te eh-.' nischen Umfang durchführbaren Vor fahr aus." zn%^: B^zm-.f-.^..g -or. Wasser, welches frei von unerwünschter SaIi? ist.«

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Ein weiteres Ziel ist die Schaffung eines ausreichend billigen Verfahrens zur Erzeugung von Wasser, welches frei von unerwünschtem Salz ist, wobei das Verfahren für die Erzeugung von Wasser im großen Umfang wirtschaftlich tragbar ist.

Ein weiteres Ziel ist die Schaffung eines Verfahrens zur Erzeugung von Wasser, welches frei von unerwünschtem Salz Gk ist, wobei das Verfahren nicht eine große und/oder kostspielige Fabrikationsanlage erfordert.

Ein weiteres Ziel ist die Schaffung eines Verfahrens zur Erzeugung von Wasser, welches frei von unerwünschtem Salz ist, wobei das Verfahren an beliebigen Stellen in der Welt unabhängig von der mangelnden Verfügbarkeit von üblichen Leistungsquellen angewendet werden kann·

Ein weiteres Ziel der Erfindung* ist die Schaffung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung,

Die Ziele dsr Erfindung werden ck~roh ein Verfahren erreicht, bei welchem natürliche Osniose durch eine halbdurchlässige Membran angewendet wird. Baratt C&s Verfahren gemäß der Erfindung wird eine hiichkonzen trieur te Lösung oder Aufschlämmung

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vorbereitet, wobei der zur Herstellung der vorbereiteten Lösung mit der Aufschlämmung verwendete gelöste Stoff leicht aus der wässriger» Lösung entfernt werden kann, welche durch das in die vorbereitete Lösung mittels Osmose durch die mit der vorbereiteten Lösung in Berührung stehende, halbdurchlässige Membran einbringende Wasser gebildet wird.

Dementsprechend fließt das Wasser in der Salzlösung durch die osmotische Membran infolge von Osmose in die stärker μ

konzentrierte, vorbereitete Lösung oder Aufschlämmung und das vergrößerte Volumen der vorbereiteten Lösung wird sodann außer Berührung mit der osmotischen Membran gebracht, worauf der gelöste Stoff des vorbereiteten Volumens in der vorbereiteten Lösung aus der Lösung entfernt wird, indem das geeignete Mittel für den jeweils gelösten Stoff angewendet wird.

Anhand des in Figur 1 dargestellten Fließschemas wird eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert.

Figur 1 veranschaulicht ein Verfahren, bei welchem Seewasser angrenzend an eine und in inniger Berührung mit einer halbdurchlässigen Membran angeordnet wird, wobei eine vorbereitete

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Lösung auf der gegenüberliegenden Seite und in inniger Berührung mit der gegenüberliegenden Seite der halbdurchlässigen Membran vorhanden ist, und wobei die vorbereitete Lösung stärker konzentriert ist, (d.h. eine höhere Konzentration des gelösten Stoffes aufweist) als das Seewasser, welches die unerwünschten Salze als gelösten Stoff enthält. Wenn das Wasser durch die halbdurchlässige Membran in die vorbereitete Lösung eintritt, wird dadurch das Volumen der vorbereiteten Lösung vergrößert. Wenn sich das Volumen der vorbereiteten Lösung vergrößert, wird die vorbereitete Lösung weniger konzentriert. Bei der dargestellten Ausführungsform wird zu lösender Stoff der vorbereiteten Lösung mit einer Geschwindigkeit beigegeben, welche im wesentlichen gleich der Geschwindigkeit ist, mit der die vorbereitete Lösung infolge des in dieselbe eindringenden osmotischen Wassers weniger konzentriert wird. Da' die vorbereitete Lösung an Volumen zunimmt, wird weiter eine Überfließeinrichtung angewendet, wodurch das überschießende Volumen in einen zweiten und getrennten Behälter für die vorbereitete Lösung überfließt. Sodann wird die abgetrennte zweite Lösung einer geeigneten Reaktion oder geeigneten Bedingungen, wie Temperatur- und/oder Druckänderungen, oder einer Kombination von solchen geeigneten Bedingungen unterworfen, wodurch der gelöste Stoff in der nunmehr in einem getrennten Behälter

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aufbewahrten vorbereiteten Lösung von dem Lösungsmittel der. Lösung abgetrennt wird, wobei das im wesentlichen reine Lösungsmittel frei von unerwünschten gelösten Stoffen, wie den Salzen der Seewasserlösung, zurückbleibt.

Es liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung, zur Herstellung der vorbereiteten Lösung, in welche das Wasser durch Osmose aus dem Seewasser fließt, einen gelösten Stoff zu verwenden, welcher durch bekannte Reaktionen oder durch Anwenden von üblichen Änderungen in den physikalischen Bedingungen, wie Änderungen in Temperatur und/oder Druck, beseitigt werden kann. ' ,

Die bevorzugten gelösten Stoffe gemäß der Erfindung sind so geartet, daß sie nach Abtrennung von der vorbereiteten Lösung in einem zyklischen Verfahren wieder vex-weridet werden können Andere erfindungsgemäß bevorzugte gelösta Stoffe können aus der vorbereiteten Lösung durch Umwandlung des gel-Haßen Stoffes

in andere brauchbare Komponenten od^r ander© "

produkte beseitigt werden*

Die Erfindung umfaßt das Ausziehen irgendeisjce aus irgendeiner Lösung durch das erfisduagSifaroäß© osnseiiiscii© Verfahren, wenn nur das Lösungemittel dös? Lösus^f £Üx- tiae

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Osmose durch eine geeignete Membran verwendbar 1st. Wenn daher ein Lösungsmittel in einer Lösung eines unerwünschten gelösten Stoffes enthalten ist, oder wenn es lediglich erwünscht ist, das Lösungsmittel aus einer solchen Lösung zu erhalten, so wird das Lösungsmittel durch Anwendung des oben beschriebenen osmotischen Membranverfahrens ausgezogen, bei welchem eine stärker konzentrierte vorbereitete Lösung das auszuziehende Lösungsmittel osmotisch anzieht.

Wie oben erläutert, liegt die brauchbarste Anwendung der vorliegenden Erfindung im Ausziehen von salzfreiem ( "von unerwünschtem Salzereien) Wasser aus Seewasser.

In Abhängigkeit von dem auszuziehenden Lösungsmittel muß eine geeignete osmotisch.ο Membran verwendet werden. Beim Aus-' ziehen von Wasser aus Seewasser kann jede bekannte osmotische Membran oder irgendeine für Osniose geeignete Membran angewendet werden. Typische Membranen sind beispielsweise natürliche Tierblasen, Zellulose-a zetat und vieLe der verschiedenen Kunstharze in Membranform, v'elcfre für Osmose geeignet sind.

Die vorbereitete Lösung, in welcixe das ausgezogene Wasser durch Osmose aus dem Seerasöer- auf der gegenüberliegenden Seite der

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Membran fließt, kann aus irgendeinem Lösungsmittel hergestellt werden, in welchem der gelöste Stoff lösbar ist.

Bei der Ausführungsform der Erfindung, bei welcher das ausgezogene Wasser nicht für Trinkzwecke verwendet werden soll und daher nicht genießbar sein muß, können zur Herstellung der vorbereiteten Lösung.einfach nichtwässrige Lösungsmittel verwendet werden. Vorzugsweise sind solche Lösungsmittel mit Wasser nicht vereinbar oder mischbar, wodurch das Wasser sich von dem Lösungsmittel der vorbereiteten Lösung abzu,-djrennen sucht und dadurch leichter in einen getrennten Behälter abgezogen werden kann, aus welchem der darin enthaltene gelöste Stoff entfernt werden kann.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das zur Herstellung der vorbereiteten Lösung oder der vorbereiteten Aufschlämmung verwendete Lösungsmittel Wasser.

Das zur Entfernung des gelösten Stoffes aus der vorbereiteten (j Lösung oder Aufschlämmung verwendete Mittel hängt von dem jeweils verwendeten gelösten Stoff ab. Typische Verfahren zur Entfernung sind chemische Reaktion, Fällung, Verdampfung, Filtrierung, Zentrifugalwirkung, Entwicklung eines Gases,

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beliebige Kombinationen dieser Verfahren und dergleichen.

Bei einer Ausfuhrungsform der Erfindung sind die gelösten Stoffe der vorbereiteten Lösung Verbindungen, welche beispielsweise durch eine merkliche Änderung ihrer Löslichkeit bei einer Änderung der Temperatur oder des Druckes ihrer wässrigen Lösungen gekennzeichnet sind. Typische Beispiele für solche Verbindungen sind in kaltem Wasser löslich, jedoch in heißem Wasser unlöslich, wie z.B. : Valeriansäuren; 1-Viein (C₁₀H₁^O₇Nr); Coquimbit (kalt unlöslich, Fe₂(SO^)₂*9H₂O); Übermangansäure (HMnO^); Manganheptoxyd (Manganese hept acid, hept manganic —- HMn₂O₁₇ --- rotes Öl); Tropinchlorplatinat ( ((CgH₁₅N)₂PtCl^)); Glucuron; Glucuronsäure; Lacton (CJEigO^COp) {Threonin (C₁₂H₁KNrOS); Citrullin (H₂NCON(CH₂).dkcSoH) ; MagneaiumpermanganA (Mg(Mn0^)₂'6lI₂0)u.clß;l. Es gibt viele Salze oder andere lösbare Stoffe, welche in heißem Wasser löslich, jedoch in kaltem Wasser unlöslich sind, was die normalerweise erwartete Erscheinung darstellt, und diese Verbindungen sind viel zu zahlreich, um sie hier aufzuzählen. Daher wird in diesem Zusammenhang auf die International Criticality Tables on Solubility, letzte Aus- j

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gäbe, als zugehörigen Teil der Offenbarung der vorliegenden Erfindung hingewiesen«

Es wird weiter bemerkt, daß die Wahl des gelösten Stoffes sowie die Wahl des Lösungsmittels, welche bei der vorbereiteten Lösung verwendet werden sollen, durch die Vervendung bestimmt wird, für welche das ausgezogene Wasser bestimmt ist. Wenn das Wasser z.B. ale Trinkwasser verwendet werden soll, sollen Lösungsmittel und gelöster Stoff der vorbereiteten Lösung der air t sein, daß die Genießbarkeit des ausgezogenen Wassers nicht beeinträchtigt wird. Wenn andererseits das Wasser nicht für Trinkzwecke verwendet werden soll, ist die Wahl von gelöstem Stoff und Lösungsmittel so zu treffen, daß die Verwendung des Wassers für den Beabsichtigten Zweck, wie beispielsweise für eine industrielle Anwendung bestimmter Art, nicht beeinträchtigt wird. Bei der Auswahl muß bedacht werden, daß eine gewisse Menge des bei der Herstellung der vorbereiteten Lösung ver- I wendeten gelösten Stoffes und/oder Lösungsmittels in bestimmtem Ausmaß im Wasser zurückgehalten werden kann, welches nachfolgend im wesentlichen davon befreit .worden war.

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Infolge der Verwendung der natürlichen osmotischen Kraft zur Abtrennung des Lösungsmittels von dem unerwünschten gelösten Stoff, insbesondere bei der Abtrennung von Trinkwasser von Seewasser, kann das osmotische Verfahren gemäß der Erfindung auf eine kleine tragbare Einrichtung angewendet werden, welche notwendigerweise zur Erzielung einer hohen Ausbeute eine längere Zeitspanne benötigt als. eine größere Einrichtung. Stattdessen kann das Verfahren auf größere Flächen von osmotisch durchlässigen Membranen angewendet werden und dergleichen.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann gekennzeichnet werden durch 1) eine Quelle einer ersten Lösung, welche ein Lösungsmittel und einen darin in Lösung befindlichen gelösten Stoff enthält, welche Quelle an 2) einer osmotischen Membran derart anliegt, daß sich die erste Lösung in inniger Berührung mit einer Oberfläche der osmotischen Me'mbran befindet, 3) eine zweite Lösung, welche ein Lösungsmittel und einen darin gelösten Stoff enthält, wobei das Mengenverhältnis von gelöstem Stoff zu Lösungsmittel größer ist als das entsprechende Verhältnis der ersten Lösung und wobei die zweite Lösung in. inniger Berührung mit der gegenüber !Liegenden Oberfläche der osmotisohen Membran

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steht und von der ersten Lösung getrennt ist, und 4) eine Einrichtung zum Abziehen mindestens eines Teiles der zweiten Lösung, wenn gewünscht, mit einer Einrichtung zum Abtrennen des Lösungsmittels vom gelösten Stoff der abgezogenen zweiten Lösung.

Die folgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sollen die Erfindung nicht auf die angegebenen Werte einschränken«

Beispiel I

Kalziumoxyd (CaO) wird mit Wasser zur Reaktion gebracht, ' um Kalziumhydroxyd (Ca(OH)₂) zu erzeugen, welches mit Chlor oder Chlorwasser zur Reaktion gebracht wird, um zu erzeugen: (i) CaCl₂, 2) Ca(OCl)₂ und 3) Wasser, und dieses Reaktionsprodukt oder die Salze werden in der gewünschten Konzentra- ' ä tion als zweite vorbereitete Lösung gemäß der Erfindung ver- ; wendet, in welche Wasser durch Osmose aus einer anderen Lösung mit einer geringeren Konzentration des gelösten Stoffes fließt. Wenn das Wasser in die vorbereitete zweite Lösung

t fließt, strömt das überschießende Volumen durch eine

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Überfließeinrichtung und wird gesammelt. Kohlendioxyd wird entweder in gasförmiger oder gelöster Form dem gesammelten übergeflossenen Wasser in ausreichender Menge zugegeben, um einen Kalziumkarbonatniederschlag, Wasser und Chlorgas zu erzeugen, und der Niederschlag wird davon abgefiltert* Der Chlorgehalt des Wassers dient zur Reinigung des Wassers, wenn jedoch gewünscht, kann er durch Erhitzen oder durch andere gleichwertige Mittel im wesentlichen beseitigt werden* Der Kalziumkarbonatniederschlag kann in dem Verfahren durch Erhitzen und Umwandeln in CaO und Kohlendioxyd wieder verwendet werden. In gleicher Weise kann das Chlorgas gesammelt und im Verfahren wieder verwendet werden. Dadurch ist das zyklische Verfahren wirtschaftlich. Das beim Abfiltern des Kalziumkarbonats und/oder nach der Filtrierung, wenn das Chlor ausgetrieben ist, erhaltene Wasser ist im wesentlichen frei von gelösten Stoffen und im wesentlichen genießbar*

Beispiel ZI

Wasser wird mit Chlorgas derart zur Reaktion gebracht, daß gebildet wirdi i) HCl und 2) HClO₁ wozu Bariumhydroxyd zugegeben und damit zur Reaktion gebracht wird, um 1) BaCl₂,

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ORtGlNAL INSPECTED

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2) Ba(ClO)₂ und Wasser zu erzeugen. Dieses Reaktionsprodukt oder die Salze werden als zweite Lösung gemäß der Erfindung verwendet, in welche Wasser durch Osmose aus einer eine niedrigere Konzentration an gelösten Stoffen enthaltenden Lösung fließt. Mit dem gesammelten überfließenden Wasser wird Schwefelsäure (2H₂SO^) zur Reaktion gebracht, um Bariumsulfat (2BaSO^) -Niederschlag, Wasser und Chlorgas (Cl₂) zu bilden. In ähnlicher Weise wie bei Beispiel X kann das Bariumsulfat wie auch das Chlorgas nach der Filtrierung wieder verwendet werden. Das gefilterte Wasser ist im wesentlichen trinkbar.

Beispiel III

Kalziumoxyd wird mit Wasser zur Reaktion gebracht, um Kalziumhydroxyd wie in Beispiel I zu erzeugen. Das Kalziumhydroxyd wird mit Chlorsäure (2HC1O„«7H₂O) zur Reaktion gebracht, um zu erzeugent 1) Ca(ClO-) ·2ΗρΟ und 2) Wasser (7H₂O), was als die zweite Lösung verwendet wird, in welche Wasser durch Osmose einströmt. Zu der gesammelten überfließenden Lösung wird Kohlendioxyd oder stattdessen Kohlensäure ) zugegeben, um einen Kalziumkarbonatniedersohlag

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und 2HC10- zu bilden. Das Karbonat wird davon abgefiltert und bei Erhitzen wird das HC1O_ in dem gefilterten Wasser als Chlorgas und als Sauerstoff abgegeben, welche beide zur Reinigung des trinkbaren Wassers dienen, und die Gase können zur Wiederverwendung oder zum Verkauf gesammelt werden.

Beispiel IV

Dieses Beispiel ist analog zu Beispiel III, mit der Ausnahme, daß Bariumhydroxyd anstatt Kalziumhydroxyd verwendet wird und Chlorsäure damit zur Reaktion gebracht wird, um die vorbereitete Lösung zu bilden. Zu der gesammelten überfließenden Lösung wird Schwefelsäure gegeben und damit zur Reaktion gebracht, um einen Bariumsulfatniederschlag, welcher herausgefiltert wird, und 2HC1O- wie beim vorangehenden Beispiel zu erzeugen.

Beispiel V

Bei einem Zersetzungsverfahren wird 8HClQ- verwendet um zu erzeugen» 1) ^HClOr, 2) 2C1„, 3) 2HO und 4) 3(0„)-Gas.

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ORiGfNAi. INSPECTED

Unter Anwendung geeigneter Sicherheitsvorkehrungen wird Kalium mit 2HClO^ zur Reaktion gebracht, um 2KClO^ und Wasserstoffgas zu erzeugen. Der Wasserstoff kann verkauft werden und das KClO^ wird als gelöster Stoff für die zweite Lösung verwendet, in welche Wasser durch Osmose einfließt. Wenn sich in dem obigen Reaktionsprodukt oder in den daraus erhaltenen Kaliutnsalz ein .Nebenprodukt von HClO _ befindet, so ergibt die nachfolgende Reaktion desselben in jedem Fall unter Umständen HClO^. Beispielsweise zerfällt kUG10„ in 2HClO₂ und 2HClO^ und das HClO₂ zerfällt in entweder i) HClO und 2HC10„ oder 2) H₃O und ClO₂ (welches instabil ist) oder 3) HCl und 2HC10__t wobei, das HCl mit dem HClO reagiert und Wasser sowie Chlorgas erzeugt. Stattdessen kann das KClO^ auch durch irgenein bekanntes Verfahren hergestellt werden. Es wird bemerkt, daß KClO^ von den Perchloraten für das am wenigsten in Wasser lösliche gehalten wird. Eine schwache Erwärmung der Lösung erhöht die Löslichkeit. Durch ausreichendes Absenken der Temperatur der gesammelten Lösung kann das KClO₁₁ infolge der Unlöslichkeit desselben durch geeignete Mittel vom Wassör abgetrennt werden.

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Beispiel VI

Es wird Kalziumhypochlorit (Ca (ClO)₂*2H₂O) zur Herstellung der' vorbereiteten Lösung verwendet, in welche das Wasser durch Osmose einfließt. Das Kalziumhypöchlorit kann hergestellt werden, indem Chlorgae (Cl₂) "¹^* Kalziumhydroxyd zur Reaktion gebracht wird, oder es kann stattdessen durch irgendein bekanntes Verfahren hergestellt werden. Zu der gesammelten Lösung (überfließende Lösung) wird Kohlendioxydgas (CO₉) oder eine Lösung desselben als Kohlensäure zugegeben, um einen Kalziumkarbonatniederschlag (CaC0„) , Chlorgas, welches gesammelt werden kann, sowie Wasser.(4h„o) zu erzeugen.

Beispiel VII

Irgendeine oder mehrere Verbindungen, welche in kaltem Wasser löslich, Jedoch in heißem Wasser unlöslich ist bzw. sind , wird bzw. werden zur Herstellung der vorbereiteten Lösung verwendet, in welche das Wasser durch Osmose aus der eine geringere Konzentration an gelöstem Stoff enthaltenden Lösung

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einfließt. Die Temperatur der gesammelten überfließenden Lösung wird erhöht, wodurch der gelöste Stoff unlöslich wird, und der unlösliche Stoff wird im wesentlichen gleichzeitig oder danach von dem von gelöstem Stoff freien Lösungsmittel (in diesem Fall ist Wasser das Lösungsmittel) durch Anwendung geeigneter Mittel zum Abtrennen des jeweiligen gelösten Stoffes abgetrennt. Die gelösten Stoffe, welche in heißem Wasser unlöslich sind, wurden oben im einzelnen erläutert. ύ

Es wird bemerkt, daß irgendeine oder mehrere der typischen Ausführungsformen der Erfindung kombiniert werden können, wodurch das Verfahren wirksamer wird als wenn nur ein einziger gelöster Stoff und/oder ein einziges Lösungsmittel zur Herstellung der vorbereiteten Lösung verwendet wird, in welche die osmotische Bewegung stattfindet.

Weiter wird bemerkt, daß die vorliegende Erfindung zwar hauptsächlich mit dem augenblicklichen Problem der Erzielung von trinkbarem und/oder technisoh verwertbarem Wasser aus einer reichlichen Quelle, beispielsweise Seewasser, durch ein Verfahren befaßt ist, welches genügend wirtschaftlich und wirkungsvoll ist und nicht notwendiger-

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weise eine große Herstellungsanlage erfordert. Das Verfahren gemäß der Erfindung kann Jedoch auch zur wirksamen Abtrennung eines wertvollen gelösten Stoffes von dem Lösungsmittel angewendet werden, in welchem er gelöst ist und in dem der wertvolle geüöste Stoff beispielsweise in so niedriger Konzentration vorhanden ist, daß andere Trennverfahren normalerweise nicht durchführbar sind.

Eine weitere Ausfuhrungsform der Erfindung besteht in einer Vorrichtung, mit welcher das Verfahren gemäß der Erfindung durchführbar ist. Die Vorrichtung weist beispielsweise eine Quelle der Lösung Nr. 1 auf, welche ein Lösungsmittel und einen darin gelösten Stoff enthält, wobei die Quelle dieser Lösung angrenzend an eine osmotisch.θ Membran (eine halbdurchlässige Membran ) so angeordnet ist, daß die Lösung in inniger Berührung mit einer Fläche, Seite oder Oberfläche der osmotischen Membran steht, weiter eine zweite Lösung mit einem Lösungsmittel, welches eine höhere Konzentration eines gelösten Stoffes enthält, wobei die zweite Lösung getrennt von der ersten Lösung und in inniger Berührung mit der gegenüberliegenden Fläche oder Oberfläche der osmotischen Membran steht, sowie eine Einrichtung zum Abziehen mindestens eines

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Teiles der zweiten Lösung, während oder nachdem dieselbe durch osmotische Einströmung durch die osmotische Membran weniger konzentriert wird,

Die im vorangehenden beschriebene Erfindung ist auf einen im wesentlichen nicht flüchtigen, abtrennbaren gelösten Stoff für die "vorbereitete Lösung" gemäß der Erfindung gerichtet, in welche das Wasser oder das Lösungsmittel mittels Osmose durch eine haifadurchlässige Membran eindringt. Der Ausdruck "im wesentlichen nicht flüchtiger " gelöster Stoff soll Verbindungen ausschließen, welche sich unter normalen Umgebungsbedingungen beispielsweise in einem gasförmigen, flüchtigen Zustand befinden, wie Schwefeldioxyd, Ammoniak und dergleichen. Der Ausdruck"im wesentlichen nicht flüchtig" soll bedeuten, daß bei einer genügend hohen Temperatur die meisten Stoffe flüchtig werden. Flüchtige Gase, wie Schwefeldioxyd oder Ammoniak, '.. . ' <o«ind z.B. nur geringfügig löslich und erhöhen daher die Schwierigkeit, hochkonzentrierte Lösungen derselben zu erhalten, und daher sind&iese Gase nicht praktisch und können möglicherweise überhaupt kein Mittel zur Herstellung einer Lösung mit; genügender Konzentration des gelösten Stoffes bilden, um Wasser mittels Osmose durch eine halbdurchlässige Membran aus einer Salzseewasserlösung anzuziehen. Außerdem sind flüchtige Gase, wie beispielsweise

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Schwefeldioxyd oder Ammoniak nicht so einfach und bequem noch so sicher zu handhaben wie flüssige und/oder feste gelöste Stoffe, welche erfindungsgemäß verwendet werden, wie oben beschrieben. Zusätzlich sind solche Gase für die zerbrechliche, dünne und empfindliche, für Osmose geeignete halbdurchlässige Membran korrodierend. Xm Gegensatz dazu sind die abtrennbaren, nicht flüchtigen gelösten Stoffe gemäß der Erfindung 1) allgemein nicht korrodierend,

2) in hohem Grade löslich (insbesondere im Vergleich mit Gasen) und können daher stark konzentriert und trotzdem noch danach leicht entfernt werden, wobei die hohen Konzentrationen eine hohe Osmosegeschwindigkeit erleichtern,

3) der gelöste Stoff gemäß der Erfindung läßt sich als Flüssigkeit oder als Feststoff leicht handhaben, 4) es gibt eine große Auswahl an einzelnen gelösten Stoffen oder von verschiedenen Mischungen von gelösten Stoffen gemäß der Erfindung und 5) die gelösten Stoffe gemäß der Erfindung, welche abtrennbar und im wesentlichen nicht flüchtig sind, ergeben ein praktisches Verfahren, welches sowohl auf kleine als auch auf große technische Herstellungsanlagen anwendbar ist und es wird;zum ersten Mal ein praktisches Mittel zur Erzielung von Trinkwasser aus einer salzigen Seewasserlösung geschaffen. Der Ausdruck "abtrennbar" bezieht sich auf die

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in der vorangehenden Beschreibung erläuterte Eigenschaft, daß' der gelöste Stoff oder sein Zersetzungsprodukt oder sein Reaktionsprodukt leicht mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens von dem Lösungsmittel, in welchem er gelöst ist, abgetrennt werden kann.

Im Vergleich zu allen bekannten Verfahren zur Abtrennung von trinkbarem und/oder technisch verwertbarem Wasser von verunreinigten Lösungen, wie salzigem Seewasser, geht aus der vor- M angehenden Beschreibung klar hervor, daß die Erfindung einen großen technischen Portschritt erbringt.

Bei allen obigen Erläuterungen und/oder Beispielen, welche

Ausführungsformen der Erfindung erläutern, kann irgend ein bekanntes Verfahren bei der Herstellung des jeweils zur Herstellung der "vorbereiteten Lösung", in welche das Lösungsmittel, wie Wasser, durch Osmose einströmt, verwendeten gelösten Stoffe angewendet werden.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Abtrennen von Wasser eines wäßrigen Lösungsmittels von einem darin gelösten Stoff, dadurch gekennzeichnet, daß

(1) eine erste lösung mit einem ersten wäßrigen Lösungsmittel und einem ersten darin enthaltenen gelösten Stoff in innige Berührung mit einer ersten Seite einer halbdurchlässigen, für Osmose geeigneten Membran gebracht wird,

(2) eine zweite Lösung mit einem Lösungsmittel, in welchem ein zweiter, abtrennbarer, praktisch nicht flüchtiger, gelöster Stoff gelöst ist, in innige Berührung mit der gegenüberliegenden zweiten Seite der halbdurchlässigen Membran getrennt von der ersten Lösung und frei von dem ersten gelösten Stoff gebracht wird,

(3) mittels Osmose das Wasser der ersten Lösung durch die halbdurchlässige Membran in die zweite Lösung einströmen gelassen wird, wobei bei diesem Einströmen der zweite gelöste Stoff in dem zweiten Lösungsmittel in entsprechender Menge gelöst wird, so daß das Verhältnis von gelöstem Stoff zu Lösungsmittel in der zweiten Lösung ausreichend größer ist als das Verhältnis von dem gelösten Stoff zu dem Lösungsmittel der ersten Lösung, so daß durch Osmose das Wasser in die zweite Lösung strömt, wobei das Einströmen ausreicht, um eine wäßrige zweite Lösung zu erzeugen, welche infolgedessen mindestens eine geringe Menge des Wassers des ersten wäßrigen Lösungsmittels enthält,

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< (4) mindestens ein Teil der zweiten wäßrigen Lösung aus dem Kontaktbereieh mit der halbdurchlässigen Membran entfernt wird, und

(5) die abgezogene, zweite, wäßrige Lösung (a) ausreichend behandelt wird, um im wesentlichen den zweiten praktisch nicht flüchtigen gelösten Stoff in flüssigem Zustand sowohl von dem Wasser als auch von dem zweiten Lösungsmittel der wäßrigen Lösung abzutrennen und (b) ausreichend behandelt wird, um praktisch das Wasser in einer flüssigen Phase von dem abgetrennten zweiten Stoff zu isolieren.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der praktisch nicht flüchtige gelöste Stoff gut von dem zweiten Lösungsmittel abtrennbar und das abgetrennte Wasser geniessbar ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Losung aus Meerwasser besteht, in dem Meersalz gelöst ist und daß als zweites Lösungsmittel praktisch Wasser verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Menge des praktisch nicht flüchtigen abtrennbaren zweiten gelösten Stoffes mit einer Geschwindigkeit zugegeben wird, die ausreicht, eine praktisch konstante Konzentration des zweiten gelösten Stoffes in dem zweiten Lösungsmittel aufrecht zu erhalten, während das Einströmen durch den osmotischen Druck stattfindet, und daß die abgezogene wäßrige Lösung ausreichend stark behandelt wird, so daß im wesentlichen der zweite praktisch nicht flüchtige gelöste Stoff von dem ersten Lösungsmittel der zweiten wäßrigen Lösung abgetrennt wird.

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5. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Behandeln bei einer zur Ausscheidung des gelösten Stoffes aus dem Wasser ausreichenden Temperatur erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

^ als zweiter gelöster Stoff 1-Vicin, Coquimbit, Übermangansaure, Manganheptoxyd, Tropin, Tetrachlorplatinat, Glucuron, Grlucuronsäure, Lacton mit der Formel

Treonin, Citrulin, Magnesiumpermanganat und Mischungen aus diesen Stoffen verwendet werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung ein Erhöhen der Temperatur auf einen Wert einschließt, bei dem der zweite gelöste Stoff aus dem Wasser ausfällt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite gelöste Stoff ein wasserlösliches anorganisches Salz enthält, das bei Umsetzung mit einem Carbonat einen wasserunlöslichen Niederschlag bildet und daß die Behandlung den Zusatz von Kohlendioxyd zu der abgezogenen wäßrigen Lösung in einer zur Bildung eines Carbonat-Niederschlags ausreichenden Menge einschließt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als wasserlösliches organisches Salz ein Calciumsalz verwendet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet, daß ein anorganisches Salz mit der Vormel M(OCl) verwen-

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det wird, worin M ein Metall und χ die Wertigkeit des Metalls bedeuten.
11. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete zweite Stoff ein wasserunlösliches, organisches Salz enthält, das bei Reaktion mit einem Sulfat einen wasserunlöslichen Niederschlag bildet und dass die Behandlung den Zusatz von Schwefelsäure zu der abgezogenen zweiten wäßrigen Lösung in einer zur Bildung eines Sulfat-Niederschlags ausreichenden Menge einschließt. (|
12» Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als wasserlösliches anorganisches Salz ein Bariumsalz verwendet wird.
13- Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein anorganisches Salz mit der .Formel M(OlO,)·2HgO' verwendet wird, worin M ein Metall und χ die Wertigkeit des Metalls bedeuten.
H. Verfahren nach Anspruch 3i dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Lösung verwendet wird, die praktisch aus Meerwasser besteht, in dem Meersalz gelöst sind, und daß als " zweites Lösungsmittel ein praktisch wasserfreies Lösungs.-mittel verwendet wird, das sich von dem Wasser abscheidet, wenn es mit diesem gemischt wird,
15. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die abgezogene zweite wäßrige Lösung behandelt wird, indem die Temperatur ausreichend verändert wird, so daß das zweite, praktisch nicht flüchtige Lösungsmittel aus der abgezogenen zweiten wäßrigen Lösung ausfällt.

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16. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch

(1) eine halbdurchlässige Membran, die

(2) eine erste Einrichtung zur Aufnahme eines ersten Lösungsmittels und eines ersten mit einer ersten Konzentration darin gelösten Stoffes auf der einen Seite der halbdurchlässigen Membran von

(3) einer zweiten Einrichtung trennt, in der sich ein zweites Lösungsmittel und ein zweiter praktisch nicht flüchtiger darin in einer zweiten Konzentration gelöster Stoff befindet, die größer als die erste Konzentration' ist, so daß das zweite Lösungsmittel und der zweite darin gelöste Stoff mit der halbdurchlässigen Membran, auf der der ersten Einrichtung gegenüberliegenden Seite in Kontakt stehen,

(4) eine dritte Einrichtung zum Abziehen mindestens eines Teils des ersten Lösungsmittels und des darin gelösten in der zweiten Einrichtung enthaltenen zweiten praktisch nicht flüchtigen Stoffes von der halbdurchlässigen Membran, während das Gesamtvolumen des in der zweiten Einrichtung enthaltenen gesamten Lösungsmittels infolge des durch den osmotischen Druck bedingten Einströmens aus der ersten Einrichtung durch die halbdurchlässige Membran in die zweite Einrichtung steigt,

(5) eine vierte Einrichtung zum Zugeben einer zusätzlichen Menge des zweiten praktisch nicht flüchtigen gelösten Stoffes in die zweite Einrichtung mit solcher Geschwindigkeit, daß eine praktisch konstante Konzentration des zweiten gelösten Stoffes in dem zweiten Lösungsmittel aufrechterhalten wird, während das Gesamtvolumen zunimmt und eine sechste Einrichtung zum Abtrennen des Wassers in einem flüssigen Zustand von dem abgezogenen zweiten praktisch nicht flüchtigen Lösungsmittel, wo-

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bei diese Einrichtungen zum Abtrennen hinreichend wirksam sind, so daß.das Wasser geniessbar ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung so eingestellt ist, daß der abgezogene Teil des ersten Lösungsmittels mit einer Geschwindigkeit abgeführt wird, die praktisch gleich der durch den osmotischen Brück bedingten Strom durch die halbdurchlässige Membran ist. -
18. Verfahren zum Abtrennen eines Lösungsmittels von einem in diesem gelösten Stoff, dadurch gekennzeichnet, daß man

(1) eine erste Lösung aus einem ersten Lösungsmittel und einem ersten gelösten Stoff in Berührung mit einer ersten Seite einer halbdurchlässigen Membran bringt, daß man

(2) eine zweite Lösung aus einem Lösungsmittel mit einem zweiten abtrennbaren in diesem gelösten Stoff in innigen Kontakt mit der anderen Seite der halbdurchlässigen Membran bringt, die die zweite Lösung von der ersten Lösung trennt und sie von dem ersten gelösten Stoff frei hält, daß man

(3) unter Ausnutzung des osmotischen Druckes das erste Lösungsmittel der ersten Losung durch die halbdurchlässige Membran in die zweite Lösung einströmen läßt, wobei bei diesem Einströmen der zweite gelöste Stoff in dem zweiten Lösungsmittel in genügender Menge gelöst wird, so daß das Verhältnis von gelöstem Stoff zu Lösungsmittel in der zweiten Lösung ausreichend größer ist als das Verhältnis von gelöstem Stoff zu Lösungsmittel in der ersten Lösung und die Osmose von

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der ersten Lösung in die zweite Lösung stattfindet, wobei das Einströmen ausreicht, um eine veränderte zweite Lösung zu erzeugen, welche infolgedessen mindestens eine geringere Menge des ersten Lösungsmittels enthält, dass man

(4) mindestens einen Teil der modifizierten zweiten Lösung von der halbdurchlässigen Membran abzieht, daß man

(5) eine zusätzliche Menge des praktisch nicht flüchtigen abtrennbaren zweiten gelösten Stoffes mit ausreichender Geschwindigkeit zugibt, um eine praktisch konstante Konzentration des zweiten gelösten Stoffes in dem zweiten Lösungsmittel aufrecht zu erhalten, und daß man

(6) die abgezogene modifizierte zweite Lösung ausreichend stark behandelt,um den zweiten praktisch nicht flüchtigen Stoff von dem ersten Lösungsmittel in einer flüssigen Phase der zweiten modifizierten Lösung abzutrennen, wobei die zweite Lösung praktisch nicht flüchtig ist.

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