DE831235C

DE831235C - Verfahren zur Regenerierung von Ionenaustauschern

Info

Publication number: DE831235C
Application number: DER3249A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Jaroslav Jan Jose Dedek
Original assignee: Raffinerie Tirlemontoise SA
Current assignee: Raffinerie Tirlemontoise SA
Priority date: 1949-09-12
Filing date: 1950-08-08
Publication date: 1952-02-11

Description

Verfahren zur Regenerierung von lonenaustauschern Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regenerierung von Ionenaustauschstoffen.
Die zum Entionisieren von Flüssigkeiten, z. B.
Zuckersäften, besonders in Form von Filterbetten verwendeten Ionenaustauscher, müssen, wenn sie erschöpft sind, regeneriert werden. So hat man erschöpfte Filterbetten z. B. regeneriert, indem man sie mit stark ionisierten Flüssigkeiten oder Lösungen behandelte, d. h. mit Elektrolyten mit hohem Ionis ierungs- bzw. D issoziationskoeffizienten, insbesondere mit Säurelösungen und basischen Lösungen. Die Regenerierung von Austauschbetten fiir Kationen wird erzielt, indem man die erschöpften Betten mit einer sauren Lösung, und zwar besonders mit einer Lösung von wäßriger Schwefelsäure, behandelt. Die Regenerierung von Austauschbetten für Anionen wird erzielt, indem man die erschöpften Betten mit einer basischen Lösung behandelt.
Aber derartige Behandlungen erfordern die Verwendung von so überaus großen Mengen regenerierender elektrolytischer Stoffe, daß ihre Anwendung sich von selbst verbietet oder wenigstens sich in engen Grenzen hält.
Die vorliegende Erfindung soll diesem Nachteil abhelfen. Zu diesem Zweck wird in dem Verfahren gemäß der Erfindung zur Regenerierung von Ionenaustauschstoffen die zu regenerierende Masse zwischen ein anodisches Halbelement und ein kathodisches Halbelement einer Elektrolysieranlage gebracht, die dann mit den Klemmen einer elektrischen Gleichstromquelle verbunden wird, wobei unter Halhelement ein System verstanden wird, das aus einer Elektrode (Anode bzw. Kathode) besteht, die in einen Elektrolyt eingetaucht ist.
Weitere Besonderheiten der Erfindung gehen aus der Einzelbeschreibung und der Zeichnung hervor, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutern.
Die Fig. I, 2 und 3 sind schematische Darstellungen von Elektrolysieranlagen zur Verwirklichung des Verfahrens gemäß der Erfindung.
In den einzelnen Figuren bedeuten gleiche Bezeichnungen gleiche Teile bzw. Teile mit gleichen Aufgaben.
Nachdem die zu regenerierende Masse erforderlichenfalls gewaschen worden ist, um wenigstens einen Teil der Filtrierflüssigkeit, mit der sie durchtränkt ist, zu entfernen, wird sie in einer Elektrolysieranlage zwischen ein anodisches Halbelement und ein kathodisches Halbelement gebracht, d. h. zwischen zwei Systeme, die aus einer in einenElek trolyt 4 getauchten Anode 2 bzw. einer in einen Elektrolyt 5 getauchten Kathode 3 bestehen. Die Elektrolysieranlage kann, wie in Fig. I und 2 dargestellt, aus einem einzigen Elektrodenpaar bestehen. Sie kann aber auch aus mehreren parallel geschalteten Elementanordnungen gebildet sein, also z. B., wie in Fig. 3 angegeben, aus zwei Anoden 2 und einer einzigen Kathode 3. Die Elektroden des so hergestellten Systems werden dann mit den Klemmen einer elektrischen Gleichstromquelle verbunden.
Zwecks größerer Klarheit und Genauigkeit wird unterstellt, daß es sich bei der zu regenerierenden Masse um Kationenaustauschbetten handelt, wie sie zum Entionisieren von Zudkersäften verwendet werden. Das zu regenerierende Bett I wird in einen Elektrolysierbehälter bzw. Bottich 6, und zwar zwischen ein anodisches Halbelement 2, 4 und ein kathodisches Halbelement 3, 5 gebracht. Der anodische Elektrolyt 4 besteht dann aus gesäuertem Wasser oder aus wäßriger Salzlösung. Der kathodische Elektrolyt 5 kann gleicher Art sein wie der anodische Elektrolyt 4; er kann aber auch aus Wasser bestehen.
In der Ausführungsform nach Fig. I ist eine Anode 2 im unteren Teil des Behälters 6 unterhalb des Bettes I angeordnet, während eine Kathode 3 im oberen Teil des Behälters 6 oberhalb des Bettes angeordnet ist. Selbstverständlich könnte die Kathode 3 sich auch unterhalb des Bettes I befinden, während die Anode 2 dann oberhalb des Bettes liegen würde. Zu- und Ableitungen für den Elektrolyt ergänzen die Anlage, urrd Hähne 7 regeln die Zuleitung bzw. Hähne 8 die Ableitung. Die Elektroden 2 und 3 sind so in den Elektrolyt getaucht, daß sie ein anodisches Halbelement 2, 4 bzw. ein kathodisches Halbelement 3, 5 bilden. DerElektrolyt ist z. B. eine Lösung von Schwefelsäure oder eines Sulfats in Wasser.
Bei einer anderen Ausführungsform gemäß Fig. 3 umfaßt das System zwei parallel geschaltete Anordnungen von Elektrolysierelementen. Auf diese Weise kann man zwei anodische Halbelemente 2, 4 bilden, die mit einem kathodischen Halbelement 3, 5 vereinigt sind. Selbstverständlich könnte man in ähnlicher Weise zwei kathodische Halbelemente mit nur einem anodischen Halbelement zusammenstellen. Der Behälter 6 ist wiederum ergänzt durch Elektrolytzu- und mableitungen, die zur Regelung dieser Zu- und Ableitung mit Hähnen 7 und 8 versehen sind. Die Elektroden 2 und 3 der so geschaffenen Systeme werden mit den zwei Klemmen einer elektrischen Gleichstromquelle verbunden. Dadurch findet eine Elektrolyse statt. H+-Ionen wandern von jeder Anode 2 zu den zu regenerierenden Betten I, die dadurch bis dahin gebundene Kationen freigeben, worauf sie mit den die Kathoden 3 umgebenden Lösungen in Reaktion treten. So wandern bei der Anordnung, in welcher der anodische Elektrolyt 4 aus Wasser mit Schwefelsäurezusatz besteht, H+-Kationen zu dem danebenliegenden Bett 1, während S04-Anionen mit den die Anode 2 umgebenden Lösungen in Reaktion treten und die Schwefelsäure wiederherstellen, wobei Sauerstoff frei wird. der sich an der Anode 2 bildet.
In der Ausführungsform nach Fig. 2 ist am unteren Teil des Behälters 6 oberhalb der Anode 2 eine Austrittsöffnung 9 für die Sammlung des frei werdenden Sauerstoffes vorgesehen. Andererseits wenden sich die durch das Betts freigemachten Kationen nach der Kathode 3 und lösen dort entsprechend den Elektrolysegesetzen Reaktionen aus.
Wenn diese Kationen metallische Alkalikationen sind, werden sie in dem kathodischen Elektrolyt 5 zur Bildung von alkalischen Hydroxyden führen, wobei Wasserstoff an der Kathode 3 frei wird. Es ist also möglich, den an der Anode bzw. Kathode frei werdendem Sauerstoff und Wasserstoff zurückzugewinnen: Außerdem erhält man auf Grund der Elektrolyse einen kathodischenEle'ktrolyt 5, der aus einer Lösung von alkalischen FIydroxyden in Wasser besteht, einer Lösung, die, wenn sie der Regenerierungsanlage der Kationenaustauschbetten entnommen wird, zur Regenerierung von Anionenaustauschstoffen verwendet werden kann.
Wenn es sich darum handelt, einen Anionenaustauschstoff zu regenerieren, soll der kathodische Elektrolyt 5 aus der wäßrigen Lösung einer Base, vorzugsweise einer Alkalibase oder aus einer wäßrigen Salzlösung bestehen. Zum Beispiel kommt eine Lösung von kaustischer Soda oder eines Natriumsalzes in Frage. Die OH--Anionen der Kathode 3 wandern dann auf das zu regenerierende Bett, welches dadurch die bis dahin gebundenen Anionen freigibt, die ihrerseits sodann mit dem benachbarten anodischen Elektrolyt 4 in Reaktion treten. So macht die Wanderung der OH--Anionen nach dem zu regenerierenden Bett Na+-Kationen frei, die an der Kathode 3 eine Reaktion auslösen und die kaustische Soda bzw. das Natriumsalz wiederherstellen, wodurch nach der bekannten Erscheinung Wasserstoff frei wird, der sich an der Kathode 3 bildet.
Die Hauptvorzüge des Verfahrens gemäß der Erfindung sind also: Regenerierung der Ionenaustauschstoffe bei sehr geringem Verbrauch von elektrolytischen Regenerierungsstoffen, insbesondere von Säuren oder Basen; bei der Regenerierung von Kationenaustauschstoffen, Entstehung von wäßrigem Alkali- oder Erdalkalihydroxyd, einer Lösung, die vorteilhaft für die Regenerierung von Anionenaustauschstoffen verwendet werden kann.
Selbstverständlich ist die Erfindung keineswegs auf die vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und zahlreiche Abänderungen sind mögich, ohne daß damit der Rahmen der vorliegenden Erfindung überschritten wird.
Besonderes könnte man die anodischen bzw. kathodischen Elektrolyte aus jeder beliebigen Lösung bilden, die fähig ist, unter der Wirkung eines elektrischen Stromes die Entstehung von 11+-Kationen bzw. die Entstehung von OH-Anionen hervorzurufen.
Man könnte auch Ionenaustauschfilter jeder beliebigen, z. B. röhrenförmigen Gestalt regenerien.
PATENTANSPROCHE: 1. Verfahren zum Regenerieren von Ionenaustauschstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß die zu regenerierende Masse zwischen ein anodisches l Halbelement und ein kathodisches Halhelement einer Elektrolysieranlage gebracht wird, die dann mit den Klemmen einer elektrischen Gleichsttiomquelle verbunden wird, wohei ein Halbelement ein System darstellt, das aus einer Elektrode, sei es eine Anode oder Kathode, besteht, die in einen Elektrolyt eingetaucht ist.

Claims

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn der zu regenerierende Stoff zum Austausch von Kationen dient, der Elektrolyt des anodischen Halbelements aus einer Lösung von Säure in Wasser besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Schwefelsäure verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn der zu regenerierende Stoff zum Austausch von Kationen dient, der Elektrolyt des anodischen Halbelements aus wäßriger Salzlösung besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sulfatsalz verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn der zu regenerierende Stoff zum Austausch von Anionen dient, der Elektrolyt des kathodischen Halbelements aus einer Lösung einer Base in Wasser besteht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Alkalibase verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß kaustische Soda verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn der zu regenerierende Stoff zum Austausch von Anionen dient, der Elektrolyt des kathodischen Halhelements aus wäßriger Salzlösung besteht.

Io. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Alkalisalz verwendet wird.

I I. Verfahren nach Anspruch IO, dadurch gekennzeichnet, daß ein Natriumsalz verwendet wird.