Verfahren zur Trennung von Stoffen durch Gegenstromwanderung im elektrischen Feld
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung von Stoffen durch Gegenstromwanderung im elektrischen Feld gemäss dem Patentanspruch des Hauptpatentes. Bei einem, solchen bekannten Verfahren handelt es sich meist um zwei verschiedene in der wässrigen Lösung enthaltene LadungstrÏger, Anionen oder Kationen, welche verschiedene Wande rungsgeschwindigkeiten besitzen. Die Lösung strömt in der Apparat entgegengesetzt zur durch das elektrische Feld bedingten Wanderung der Ladungsträger, und ihre Geschwindigkeit wird so bemessen, dass sie zwischen der Wanderungsgeschwindigkeit des schnelleren und der des langsameren Ladungs- trÏgers liegt.
Der schnellere Ladungsträger wandert also gegen den Strom, während der langsamere mit dem Strom zurtickgeschwemmt wird. Das Verfahren wird im allgemeinen verwendet, um Teilchen mit Ladung gleichen Vorzeichens, also entweder Anionen oder Kationen, und zwar anorganische als auch orga- nische, voneinander zu trennen. Es kann aber auch dazu dienen, andere Stoffe zu trennen, z. B. solche, bei denen nur die eine Sorte der zu trennenden Teilchen eine Ladung aufweist.
St¯rend wirkt bei solchen Verfahren eine durch thermische oder sonstige Effekte verursachte Kon vektion, welche der durch die Gegenstromwanderung bewirkten Trennung entgagenwirkt. Es sind bereits verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, um diesen störenden Effekt zu beseitigen. So wird beispielsweise die zur Trennung dienende Säule mit einer porösen Masse, z. B. gesintertes Glas, oder einer Sandsch ttung gef llt, wodurch die Säule in eine gro¯e Anzahl von Kanälen aufgeteilt wird. In diesem Fall wirkt die Tatsache störend, dass infolge der unterschiedlichen Grösse der so gebildeten KanÏle der Abgleich von Gegenstrom-und Wanderungsgeschwindigkeit nur im Mittel, aber nicht f r jeden Kanal erreicht wird.
Darum ist weiterhin vorge- schlagen worden, die gesamte SÏule in einzelne hin- tereinanderliegende TeilsÏulen zu unterteilen, zwischen denen sich Kammern befinden, in welchen ein gewisser Ausgleich der durch die Unregelmässig- keiten der Poren. bewirkten störenden Ungleich- mässigkeiten erfolgen kann.
Alle diese Massnahmen n reichen aber nicht aus, um bei einer Anordnung den Trenneffekt zu errei- chen, der dem theoretisch Möglichen entspricht, beispielsweise die pro Längeneinheit sich ergebende theoretischNe Zahl der B¯den einer Trennsäule. So ergibt sich bei den bekannten Anordnungen f r eine Vergr¯¯erung der wirksamen LÏnge keineswegs eine gleichgro¯e Vergr¯¯erung der Trennwirkung, sondern es nimmt im allgemeinen der Trenneffekt je LÏngeneinheit mit steigender Länge der Trennsäule ab.
Die vorliegende Erfindung verbessert dieses Verfahren, bei welchem zur Trennung von Stoffen durch Gegenstromwanderung im elektrischen Feld eine diesem Feld unterworfene Lösung der zu trennenden Stoffe auf kurze Kammern aufgeteilt ist, welche eine Invention berwiegend nur senkrecht zur Richtung des Gegenstromes zulassen und die einzelnen Kammern durch eine gro¯e Anzahl sowohl für den Gegenstrom als auch die zu trennenden Stoffe durchlässiger und in der Grösse praktisch übereinstimmender KanÏle miteinander verbunden und ist dadurch gekennzeichnet, da¯ durch Zugabe eines geeigneten Hilfsions zwischen der eigentlichen TrennsÏule und mindestens einer Elektrode die zu trennenden Stoffe ina Elektrolytraum festgehalten werden.
Die Erfinzdung betriff, t ferner eine Anordaung zur Durchf hrung des Verfahrens.
Die Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnungen sowie der nachfolgenden Ausf hrungsbeispiele im einzelnen erlÏutert, wobei die
Fig. 1 eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens schematisch im Schnitt zeigt.
Fig. 2 zeigt in Ansicht eine der in dar Anord- nung der Fig. 1 verwendeten Trennwände und die
Fig. 3 und 4 zeigen Modifikationen der Anord- nung der Fig. 1.
Die Fig. 1 zeigt eine waagrecht liegende Trenn saule mit einem zentralen Rohr 10, auf welches mit verschiedenen Abständen-Trennwände 11, 12 und
13 aufgezogen sind. Der zwischen der Zuleitungs- stelle 21 eedreservoir) und der Kathode liegende, die Trennwände 11 umfassende Teil wird als recti- fier , der zwischen dem Raum 21 und dem Raum
25 liegende, die TrennwÏnde 12 umfassende Raum als ¸stripper¯ bezeichnet. Am Ende ist die SÏule durch die beiden Endplatten 14 und 16 abgeschlos- sen.
Das Ganze ist mit einer Hülle 18, beispielsweise eine elastische Haut oder ein dicht auf die Trennplatten passendes Rohr, abgeschlossen, so dass das Ganze einen robrfömnigen Trog bildet. Die Trenn- wÏnde 12 sind durch Abstandsst cke genau par allel gehalten und bilden so die einzelnen Kammern.
In den beiden äussersten Kammern, dem Kathoden- raum 20 und dem m Anodenraum 22, befindet sich die Kathode 24 und die Anode 26, welche mit einer Stromqu, elle 28 verbunden sind. Durch die TrennwÏnde wird die gesamte Gegenstromsäule in kurze Kammern aufgeteilt, welche eine Konvektion vorzugs weise nur senkrecht zuz Richtung des Gegenstroms zulassen. Zur Abführung der durch den Stromdurch- gang entstehenden Wärme wird durch das Zentralrohr mittels der Rohrleitungen 30 und 32 ein Kühl- mittel hindurchgeleitet. Desgleichen erfolgt eine Küh- lung an der Oberfläche der. Hiille 18.
Der Gegenstrom wird erzeugt dadurch, da¯ im Kathodenmum 20 aus dem Varratsgefäss 33 durch die Leitng 34 Losungsmittel zugeführt wird, welches im Anoden- raum 22 durch das tlberlaufrohr 36 in den Auf fangbehälter 38 abtropft. Die Zuf hrung der zu tren- nenden Stoffe erfolgt in der Mitte der Trenrnsäule in den Raum 21 (Feedreservoir) durch das Rohr 40.
Die Entnahme der gegen den Lösungsmittelstrom angereicherten schnellen. Ionen aus dem Kathoden- reservoir 23 emfolgt durch das Rohr 42. Die Ent- nahme der durch den Gegenstrom mitgeschwemmten langsamen Ionen aus dem Anodenreservoir 25 er- folgt durch das Rohr 44.
Wird, wie eingangs bereits erwÏhnt, eine schwache SÏure, beispialsweise verdünnte Essigsäure, verwen- det, so. enthÏlt die nach dem Durchlaufen des zwi schen Anodenreservoir 25 und Anodenraum 22 gelegenen Entiönerteile 13 in den Anodenraum 22 gelangenden Säure keine fremden Ionen mehr. Die sich im Behälter 38 sammelnde SÏure kann dann mittels einer Pumpe 46 über die Rohrleitung 48 wieder dem Vorratsbehälter 33 zugefiihrt werden.
DieeinzelnenKammernsindnundurch eine grobe Anzahl sowohl für den Gagenstrom. als auch für die zu trennenden Stoffe durchlässiger und in der Grösse bereinstimmender KanÏle miteinander verbunden. Die Trennwände bestehen also aus fein porigem Material, beispielsweise engmaschigem Sieben.
Die einzelnen Maschen des Siebes bilden Kanäle, deren Länge und Durchmesser soweit als möglich bereinstimmen oder h¯chstens geringf gig von einem Mittelwert abweichen.
Fig. 2 zeigt eine solche Trennwand in der Seiten- ansicht. Sie besteht aus einer undurchlässigen Trag- platte 60 mit einer Bohrung 62 in der Mitte zur Aufnahme des zentralen Rohres. Der grösste Teil der übrigen Fläche der Trennwand ist durchbrochen und die Durchbrüche 64 sind mit feinmaschigem Siebstoff, beispielsweise aus Nylon, überzogen.
Die zu trennenden Stoffe werden, wie bereits erwähnt, dem Feedreservoir 21 durch die Zuführung 40 etwa in der Mitte der Säule zugeführt. Unter dem Einfluss des elektrischen Feldes wandem nun die schnelleren Ionen entgegen dem Strom und gelangen bis zu der Kammer 23, in der sich die Entnahmeleitung 42 befindet. Die langsameren Ionen werden mit dem Strom mitgeschwemmt und gelangen in den Raum 25, in dem sich die Abnahme- leitung 44 befindet. In den Zwischenräumen zwischen den einzelnen TrennwÏnden entsteht durch die Erwärmung (Strömungswirbel usw.) eine Konvek- tionsbewegung senkrecht zur Rohrachse.
Diese wird dadurch hervorgerufen, dass man durch Kühlung an der Aussenhaut 18 und im Zentralrohr 1Q ein Tem- peraturgefÏlle senkrecht zum Gegenstrom erzeugt.
Diese Konyektion bewirkt nun eine ständige Vermischung der Flüssigkeit in der Kammer und beseitigt all e Unregelmϯigkeiten in der Gegenstromgeschwindigkeit, die nach dem Passieren der benachbarten TrennwÏnde auftreten k¯nnen. Die Fl ssigkeit str¯mt also wieder mit gleichmϯiger Konzentration und Geschwindigkeit in die Kanäle der nächsten Trennwände ein. Der Abstand zwischen n den einzelnen Trennwänden darf nicht zu klein sein, um das Auftreten dieser Konvektion zu fördern. Im allge meinenistder Abstand zwischen den Trennwänden ein Mehrfaches der WandstÏrke ihres por¯sen Teils.
Ausserdem ist die erforderliche Länge der Kammern abhängig vom Durchmesser der Säule. So sind beispielsweise bei Anlagen mit einem Aussendurchmesser von 80 mm Abstände der Trennwände von 1-2 mm erforderlich.
Durch das Hintereinanderschalten von Konvek- tionskammem und Trennwänden aus gleichzeitig für den Gegenstrom und die zu trennenden Stoffe durch lassigem feinporigem Material wird eine sehr grosse Gleichmϯigkeit des Gegenstroms und der Ionenwanderung erzielt, so dass die für die Trennung erforderliche Beziehung zwischen Gegenstrom und lonenigeschwindigkeit praktisch an allen Teilen der SÏule eingehalten wird. Unvermeidliche durch die Herstellungsgenauigkeit der Poren (Maschenfeinheit der-Siebe) gegebene Schwankungen gleichen sich in dem dazwischenliegenden Konvektionskammern wieder aus.
Dadurch werden Unregelmϯigkeiten ver mieden, die bei lÏngeren, nicht unterteilten Säulen dadurch auftreten, dass durch Abweichungen der Porendichten einmal aufgetretene Unterschiede sich weiter potenzieren. Gleichzeitig wird durch die Verwendung von Material, dessen Poren sehr gleich- mϯig sind, das Auftreten solcher störender Effekte grundsätzlich klein. gehalten. Auf diese Weise wird erreicht, dass der erreichbare Trenneffekt sich bei Vergrösserung der LÏnge der Trennsäule proportional vergrössert. Die theoretische Bodenzahl ist sehr hoch und bleibt bei einer Vergrösserung proportional zur Länge der Säule.
Wie die Fig. 1 zeigt, ist die waagrecht liegende SÏule nur bis zu einer bestimmten Höhe gefüllt und die Trennwände sind oberhalb des Flnissigkeitsspie- gels undurchlässig. In diesem Raum können sich allfällig entstehende Gasblasen sammeln und können nicht mehr störend, beispielsweise durch Verstopfen von Poren usw., auf den Trennvorgang wirken.
Die durch die Trennwände 13 gebildeten Kammern zwischen der Kammer der Entnahmer¯hre 44 und dom Anodenraum 22 bilden den Entionerteil.
Hier tritt, wie bereits erwähnt, im stationären Zustand bei Anwendung einer schwachen Saure (bzw.
Base) eine Erhöhung der Feldstärke ein, was dazu f hrt, dass im Entionerteil die Geschwindigkeit auch der langsameren Ionen gr¯¯er ist als die Geschwin- digkeit des Gegenstromes. Es gelangen also auch die langsamen Ionen nicht in den Anodenraum 22, so dass die durch die Überlaufleitung 36 entweichende Flüssigkeit reines Lösungsmittel ohne Gehalt. an zu trennenden Stoffen ist. Dieses kann jetzt wieder ohne Störung des Trenneffektss im Kathodenraum zxiige- setzt werden. Die Anlage arbeitet also ohne Chemi- kalienverbrauch und mit einer Flüssigkeitsmenge, welche kaum den Inhalt der SÏule bersteigt.
Die Fig. 3 zeigt eine Anordnung, bei welcher im Entionerteil durch eine Zusatzelektrode 80 ein zu sätzlicher Strom erzeugt wird. Die HUfselektrode ist über eine Stromquelle 82 mit der Anode 26 verbun- den. Die Anordnung stimmt ansonst mit der Anord- nung g der Fig. 1 überein, wobei der tbensichtlichkeit halber in der Zeichnung die Einrichtung zur. Riick- führung der Gegenion weggelassen wurde. Diese Ein mohtuing wird bei Verwendung starker Säuiren (bzw.
Basen) als Gegenion benutzt.
Da der Trenneffekt bzw. die Geschwindigkeit des Stofftransportes proportional der Stromstärke und anderseits proportional dem Molenbruch der im Lö sungsmittel enthaltenen Stoffe ist, ergibt sich f r einen bestimmten erwünschten Stofftransport ein um so geringerer erforderlicher Stromvenbmauch, je höher der Molenbruch ist. Man kann also zur Stromerspair- nis die gesamte Anordnung aus mehreren in Kaskade geschalteten Elementen aufbauen.
Es ist aber auch möglich, eine einzige Trennsäule mit konstantem Quersohnitt zu verwenden und mehrere Hilfselektroden nach Art der in der Fig. 3 gezeigten Anordnung anzubringen, durch welche man die Stromstärke gegen die Enden der SÏule hin anwachsen lässt, und die Stromstärke-damit den an den verschiedenen Teilen der SÏule herrschenden Molanbmch anpasst.
Die Geschwindigkeit des Gogenstroms ist in der ganzen Säule konstant, die Gesamtkonzentration sinkt an den Teilen mit geringerer Stromstärke, so dass die Einstellzeit der ganzen Anordnung kleiner wird. Eine solche Anordnung ist erheblich einfacher als die Kaskadenschaltung mehrerer Säulen.
Die Fig. 4 zeigt eine vereinfachte Kaskadenanord- nung, bei der die Kaskadenwirkung durch Änderung der Stromstärke lÏngs der SÏule in nur einer Stufe er- folgt. Die Anordnung weist im Vergleich zu der An ordnungderFig.leinezweite,mitdenTrennwänden 15 versehene Gegenstromstrecke auf, dievon derStrom- que, le 92 gespeist wird. Die Stromkreise der beiden Stromquellen 28 und 92 besitzen im Raum 91 eine gemeinsame Elektrode. Der Energieverbrauch pro am Kolonnenlänge, sowie die Konzentration in den von der Stromquelle 92 gespeisten Teil der Kaskaden- anordnung ist nur halb. so gro¯ wie in dem von der Stromquelle 28 gespeisten Teil.
Dadurch wird der gesamte Energieverbrauch sowie die Einstellzeit der Anordnung kleiner als die einer einfachen Säule ge- mässBig.l,diedengleichenTrenneNekterzielt.Am günstigsten wäre es nach der Theorie der Kaskade, den Strom kontinuierlich dem sich entlang der Saule ändernden Molenfbiach anzupassen. Dies eongibt aber eine. sehr komplizierte Anordnung, so diass man, sikh meist mit dem Kompromiss nur zweier ader sehr weniger Kaskadenstufen begnügt. In der in Fig. 4 dargestellten Anordnung wird beispielsweise eine Mi schung, welche einen Gehalt von 72% einer Sorte enthÏlt, angereichert.
Im Raum 91'ergibt sich eine Reinheit von 89%, im Kathodenraum 23 dagegen von 96%, wahrend das urspr ngliche Gemisch im Anodenraum 25 auf 64%abgereichert ist.
Es folgen einige Beispiele durchgeführter Trennungen nach dem erfindungsgemϯen Verfahren.
Beispiel 1
Zur Trennung von Stickstoffisotopen wurde eine Tcemikolonne verwendet, die im grundsÏtzlichen Aufbau der Anordnung der Fig. 1 entsprach und die die folgenden charakteristischen Werte aufwies : Durchmesser 4 cm Ktihlrohrdurchmesser 1, 1 cm Gesamtlänge 14, 7 cm Länge des Kathodenraums (20) 3,0 cm Kathodenreservoirs (23) 3, 0, cm ¯ ¯ Trennteils (11+21+12) 5,9 cm ¯ ¯ Anodenreservoirs (25) 2, 5 cni, ¯ ¯ Entioners (13) 1, 5 cm ¯ ¯ Anodenraums (22) 1, 8 cm Plattenzahl des Trennteils 28 pro cm des Trennteils 4, 75 Pl/cm ¯ des Entioners 6 SichtflÏche der Siebe 4, 65 cm2 Die Betriebsbedingungen waren wie folgt :
StromstÏrke 0, 775 A Gegenstrom 5, 82 cms/min Konzentration des Gegenstroms an
Essigsäure 0, 50 Mol/l Konzentration der zu trennenden
Ionen im Apparat 0, 05 Mol/l Mittlere Betr. iebstemperatur 88 C Spannung ohne Entioner 143 V s-am Entioner 98 V Die Dicke der Trennplatten betrug 0, 6-0, 8 mm, die Siebe waren mit Nylonnetz von 50 Á Maschenweite und 38% SichtflÏche berzogen.
Die Trennung von Stickstoffisotopen beruht bei diesem Beispiel auf den verschiedenen Bewegliche keiten der isotopen NH4-Ionen. Der t5N-Gehalt des verwendeten Ammoniums betrug 2, 941)/o 15N. Der Apparat wurde geschlossen laufengelassen, das heisst es wurde weder Stoff zugefügt noch entnom- men. Von Zeit zu Zeit wurden an beiden Enden Proben entnommen und analysiert.
Die Trennung Ay (Unte, rschied des Molenbruches y zwischen KR und AR) betrug nach verschiedenen Stunden : h ?γ Trennfaktor
EMI4.1
6, 5 0, 450/o 1, 168
24, 5 1, 16% 1, 504
100 1, 60 4/o 1, 76
Aus diesen Daten lässt sich der Untersohied der Beweglichkeit der beiden Isotopen abschätzen. Er baträgt danach : e= 1, 3.10-3. Die Trennung nach
100 h entspricht [wegen der Beziehung q = (1+@)b] 428 Böden oder für den Trennteil einer Bodenzahl von 72, 5 b/cm.
Beispiel 2
Zur Trennung von Stickstoffisotopen wurde eine e Treninkolonne verwendet, die in ihrem grundsätzlichen Aufbau der beim Beispiel 1 verwendeten entsprach, die aber die folgenden abweichenden charakteristi- schen Werte und Betriebsbedingungen aufwies :
Durchmesser 4, 0 cm m Kuhlrohrdurchmesser 1, 1 cm GesamtlÏnge 19, 7 cm Länge des Kathodenraums (20) 3, 8 cm ¯ ¯ Kathodenreservoirs (23) 3, 8 cm ¯ ¯ Trennteils (11+21+12) 10, 8 cm ¯ ¯ Anodenreservoirs (25) 1, 5 cm ¯ ¯ Entioners (13) 2, 0 cm : o Anodenraums (22) 1, 1 cm m Plattenzahl des Trennteils 12 pro cm des Trennteils 1, 1 Pl/cm :
des Entioners 4 Sichtfläche der Siebe 1, 0 cm2 Stromstärke 0, 084 A Gegenstrom 0, 702 cm3/min Konzentration des Gegenstroms an
EssigsÏure 0, 0504 Mol/l Konzentration der zu trennenden
Ionen im Apparat 0, 05 Mol/l Mittlere Betriebsbemperatur 19 C Spannung ohne Entioner 181 V ¯ am Entioner 120 V
Die Trennplatten entsprachen sonst den im Beispiel 1 verwendeten.
Die Trennung von Stickstoffisotopen beruht bei diesem Beispiel auf dem Austauschgleichgewicht :
15NH3 aq + 14NH.4 = 14NH3 aq + 15NH4.
Nach Urey beiträgt die Gleichgewicbtskonstante bei 25¯C: K = 1, 028.
Die Geschwindigkeit und Konzentration des Gegen- stromes ist so eingestellt, dass im Apparat das VerhÏltnis von NH3 zu NH.4 gerade 1 : 1 beträgt. Damit sich das NHg nicht verflüchtigen kann, ist der Apparat nach oben abgesoblossen. Es darf natürlich auch kein NH3 in den Kathodenraum gelangen, da es dort durch den entweichenden Wasserstoff ausgewaschen würde. Um dies zu verhindern, sind zwischen K und KR drei Trennplatten eingefügt.
Dann wird der Kathodenraum mit Ionen gefüllt, die viel rascher wandern als der Stickstoff, in diesem Fall K Ionen, so dass kein Stickstoff nach K gelan- gon kann. Der 15N-Gehalt der Ausgangslösung betrug 2, 94%15N. Im geschlossenen Betrieb wurden folgende Trennungen festgestellt :
h y Trennfaktor q
23, 25 1, 82% 1, 8
143 4, 12% 4, 22
Beispiel 3
Die in Beispiel 1 und 2 verwendete Apparatur mit den folgenden charakteristischen Werten Durchmesser 4, 0 cm m Kühlrohrdurchmesser 1, 1 cm Gesamtlänge 11, 3 cm m Länge des Kathodenraums (20) 2, 2 cm Kathodenreservoirs (23) 2, 2 cm ¯ ¯ Trennteil s (11+21+12) 4, 4 cm ¯ ¯ Anodenreservoirs (25) 1, 9 cm m Entianer, s (13) 2, 4 cm ¯ ¯ Anodenraums (22) 1, 5 cm
Plattenzahl des Trennteils 18 ¯ pro cm des Trennteils 4,1 P1/cm ¯ des Entioners 5
Sichtfläche der Siebe 2, 0 cm2
Stromstärke 0, 516 A
Gegenstrom 2,
00 cm3/min
Konzentration des Gegenstroms an
EssigsÏure 0, 50 Mol/l Konzentration der zu trennenden.
Ionen im Apparat 0, 10 Mol/l Mittlere Betriebstemperatur 55 C Spannung ohne Entioner 104 V ¯ am Entioner 89 V dient bei diesem Beispiel zur Trennung von Rubidium Isotopen auf Grund der verschiedenen Beweg lichkeit der isotopen Rb-Ionen. Der Apparat wurde mit gewöhnlichem Rubidium geifüllt. Im geschlos- senen Betrieb wurde folgende Trennung erhalten : h ?γ Trennfaktor q
12, 6 2,1% 1, 112
47, 6 3, 1 /o 1, 167 101, 1 3,3% 1, 177
Aus diesen Daten findet man f r den Unter schied, der Beweglichkeiten : e = 1,0.10-3; die Tren nung entspricht also 163 B¯den oder 37 b/cm.
Bei der Trennung von Rubidiumisotopen nach 3er Methode von Ramirez (Helvetica Chmica Acta, Vol. XXXVI, Fasc. 5) wurde in einer Amtage von 1 m Länge ein Tremnfaktor von nur q = 1, 084 (?γ=1,6%) erhalten ; die 22mal längere Anlage liefert also nur eine halb so grosse Trennung wie unser Apparat
Beispiele 4, 5 und 6
Das Verfahren dient bei diesen Beispielen zur Trennung von Caicium und Strontium.
Die Trennung beruht auf der verschiedenen Beweglichkeit des Ca @- und des Srw-Ions. In den folgenden Versuchen enthÏlt die Antage keinen Entioneirteil, viehnehr wird die
Anode ständig mit Lösung von der Ausgangskon- zentration gesp lt.
Der Apparat enthÏlt am Anfang 10 /o Sr und 90 /o Ca. Der Unterschied der Ionenbeweglichkeit von Ca" und Sr" betrÏgt unter unseren Versuchs bedingungen @ = 0,036. Nachdem sich der Appa- rat eingestellt hat, das hei¯t, wenn der Molenbruch in KR sich nicht mehr Ïndert, wurden, folgende Tren nungen gefunden :
Trenn-Boden Beispiel y (KR) dy faktor q-zahl b
4 72, 7 62, 7 23, 5 88
5 36, 0 26, 0 4, 8 45
6 45, 0 35, 0 6, 97 53
Veruche 4 und 5 zeigen, da¯ die Bodenzahl genau proportimal der Länge des Trennteils (Zahl dar Trennptatten) ist.
Die charakteristischen Daten der Apparatur sind folgende:
Beispiel 4 Beispiel 5 Beispiel 6
Durchmesser 4, 0 cm 4, 0 cm 8, 2 cm
K hlrohrdurchmesser 1, 1 cm 1, 1 cm 2, 2 cm Gesamtlänge 7, 6 cm7, 0 cm 7, 1 cm
Länge des Kathodssnraums (20) 3, 05 cm 3, 05 cm 2, 5 cm m Kathodenreservoiirs (23) 3, 05 cm 3, 05 cm 2, 5 cm ¯ ¯ Trennteils (11+21+12) 1, 1 cm 0, 5 cm 0,90 cm Anodenraums (22) 3, 45 cm 3,45 cm 3, 8 cm
Plattenzahl des Trennteils 8 4 4 pro cm des Trennteils 7, 3 P1/cm 8,0 P1/cm 4, 5 Pl/cm
Sichtfläche der Siebe 4, 65 cm2 65 ans21, 0 cm2.
Stromstärke 0, 418 A 0, 418 A 1, 17 A
Gegenstrom 1, 70 cm3/min 1,70 cm3/min 4, 7 cm3/min
Konzentration des Gegenistroms an
Essigsäure 0, 28 Mol/1 0, 28 Mol/1 0, 28 Mol/1
Konzentration der zu trennenden
Ionen im Apparat 0, 05 Mol/1 0,05 Mol/1 0, 05 Mol/1 Mittlere Betriebstemperatur 37 C 37 C 30 C Spannung ohne Entioner 78 V 78 V 56 V
Beispiel 7
Das erfindungsgemässe Verfahren diente zur An reicherungeinerantibiotisohwirksamemKomponente aus einem Gemisch organischer Kationen. Die aktive Verbindung gehört zu den schnelleren Kompo nenten des Gemisches und reichert sich so gegen die Kathode hin an.
Um eine Zorstörung der Sub- stanz an der Kathode zu vermeiden, wurde die TrennsÏule am oberen Ende mit einem Entionerteil versehen. Die Apparatur entspricht im pmnzipiellen Aufbau der in Fig. 3-gezeigtenAnordnung, mit dem Unterschied, dass zwischen Raum 20 und Raum 23 mehrere Platten eingefügt sind, welche den oberen Entionerteil bilden.
Am umtem Ende dieses oberen Entionerteüs, also zwischen oberem Entioneiiteil und eigentlicher Trenn- säule, wurde als Hilfsion Na+ in Form einer 0, In Na triumacetatlösung zugetropft. Das Natrium-Ion wandert schneller als sämtliche Kationen des Gemisches, es übernimmt die Katioaen-Stromleitumg im Paume vor der Kathode. Die organischen Kationen wandern nur bis zum unteren Ende des Natrium-Ionen enthaltenden Trogabschnittes, kommen also nicht mit t der Kathode in Berührung.
Der Zufluss der Natriumacetadosung wurde von einer kleinen LeitfÏhigkeits-Me¯zelle am unteren Ende des obern Entionerteils automatisch gesteuert. wird zuviel Natriumaoetat zugetropft, so. gelangen Natrium-Ionen auch in den Trennteil, dadurch steigt die LeitfÏhigkeit an der Me¯stelle, die Natriumacetat- Zufuhr wird unterbrochen. Mit der Zeit wandern die Nabrium-Ionen zur Kathode, wo sie von der Kathoden-Sp lung zum Teil entfernt werden. Die L¯sung in der Messzelle verarmt an Natrium-Ionen, die Leitfähigkeit sinkt, worauf die Natriumacetat-Zufuhr erneut geöffnet wird. Auf diese Weise kann die
Grenze zwischen organischen Kationen und dem Hills-Ion Na+ in einem bestimmten Abstand von der Kathode festgehalten werden.
Die charakteristischen Daten der Apparat lauten : Durchmesser der Platten 4, 0 cm K hlrohrdurchmesser 1,2 cm.
Gesamtlänge 17 cm
Sichtfläche der Siebe 1, 8 cm2 Plattenzahl pro cm 3, 3 Plattenzahl des obern Entioneils 6 Plattenzahl des Trennteüs 24 Plattenzahl des untern Entionerteils 6 Stromstärke im Tmennteil 55 mA Stromstärke im untern Entionerteil 90 mA Gegenstrom. 0, 65 cm3/min Konzentration des Gegenstroms an
Essigsäure 0, 3n Vorratslösiung des Hilfs-Ions :
0, In Na-Acetat in 0, 3n Essigsäure Konzentration der zu trennenden
Substanz im Trennteil 0, 5 /o Spannungsabfall am Trennteil 160 Volt Mittlere Betriebstempenatur 18 C
Um die maximal erreichbare Anreicherung der aktivenKomponenteabzuklären,wurde die Apparatur vorerst geschlossen betrieben. Der Trennteil wunde gefüllt mit einer 0, 5%igen L¯sung des Gemisches in 0, 3n EssigsÏure. 1 mg der Ausgangs- substanz hatte eine Aktivität von 23%, bezogen au, eine durch Papierelektrophorese gereinigte Standardprobe von 100%.
Nach 24 Stunden Betrieb zeigte eine nahe dem oberen Ende des Trennteils entnommeneProbeeineAktivität von 100%, eine Probe aus dem untem Drittel des Trennteils dagegen eine Aktivität von nur 7 /o.
In der weitoren Aufarbeitungwird die aktive Substanz aus der wässrigen Lösung extrahiert. Es stört deshalb nicht, wenn bei der kontinuierlichen Entnahme etwas Natriumaeetat aus dem obern Entionerteil mit in das entnommene Produkt gelangt.