CS216641B1 - Způsob sycení kationtoměnných pryskyřic - Google Patents

Abstract

Vynález se týká způsobu sycení kationtoměnných pryskyřic, které jsou úplně nebo částečně v H+-cyklu, a to jejich reakcí s nerozpustnou solí žádaného kovu se slabou kyselinou, s výhodou s uhličitanem, v prostředí vody prosté iontů.

Description

(54)

Způsob sycení kationtoměnných pryskyřic

Vynález se týká způsobu sycení kationtoměnných pryskyřic, které jsou úplně nebo částečně v H⁺-cyklu, a to jejich reakcí s nerozpustnou solí žádaného kovu se slabou kyselinou, s výhodou s uhličitanem, v prostředí vody prosté iontů.

(51) Int. Cl? B 01 J 49/00

216 641

216 641

Vynález se týká způsobu sycení kationtoměnných pryskyřic, které jsou úplně nebo zčásti v H⁺-cyklu, ionty kovů na požadovaný stupeň nasycení.

Převádění kationtoměnných pryskyřic do cyklu iontů kovů pro dělení látek sloupcovou chromatografií se dosud provádí tak, že se pryskyřice v H⁺-formě nasytí přebytkem roztoku soli příslušného kovu a pak se promývá vodou do vymizení reakce eluátu na ionty použité soli. Postupuje se například tak, že se kationtoměnné pryskyřice smíchá nejprve se 6 objemy vody, nechá usadit, potom se voda oddekantuje a tyto operace se dvakrát opakují, aby se odstranily jemné podíly pryskyřice. Pak se přidá 0,6 objemu 25% roztoku chloridu nebo octanu vápenatého, mírně míchá, směs se naplní do chromatografické kolony a nechá usadit. Kolona se promývá 1,4 objemu chloridu nebo octanu vápenatého, pak vodou tak dlouho, až je prostá iontů vápníku.

Pokusy autorů ukázaly, že k dosažení vysokého stupně nasycení sloupce pryskyřice ionty vápníku je třeba velký přebytek roztoku chloridu vápenatého a následující 2+ vymývání sloupce pryskyřice vodou do vymizení reakce na ionty 0a a Cl vyžaduje dlouhou dobu a značné množství deionizované vody. Kyselino chlorovodíková, která se

V v uvolňuje z chloridu vápenatého při průchodů jeho roztoku sloupcem pryskyřice v H -formě, působí proti vazbě Ca na sulfoskupinách pryskyřice a momentálně vznikající rovnovážný stav mezi pryskyřicí v H⁺-formě, pryskyřicí v Ce²⁺-formě, ionty H⁺, Ca²⁺ a Cl musí být neustále porušován odplavováním uvolněné kyseliny chlorovodíkové a přiváděním dalšího čerstvého roztoku chloridu vápenatého. Například k nasycení 1 objemu vlhké (odsáté) kationtoměnné pryskyřice o celkové výměnné kapacitě 5,0 mval/g sušiny pryskyřitje na 100 % kapacity by teoreticky stačilo 0,65 objemu 10% roztoku chloridu vápenatého. V praxi se však ukázalo, že při sycení tohoto katexu v koloně 10% roztokem chloridu vápenatého je zapotřebí nejméně 10 objemů roztoku k nasycení pryskyřice na 95 % výměnné kapacity.

Při použití roztoku octanu vápenatého k sycení kationtoměnné pryskyřice ionty vápníku v důsledku nižší disociační konstanty kyseliny octové se dosáhne podstatně příznivějších výsledků, avšak použití octanu vápenatého k tomuto účelu je v průmyslovém měřítku ekonomicky nevýhodné.

Další postup podle britského patentu č. 1 085 696 používá k dosažení vysokého stupně nasycení kationtoměnné pryskyřice v koloně roztok chloridu vápenatého alkalizovaný přísadou hydroxidu vápenatého na pH 8. Podle zkušeností autorů však i v tomto případě pro dosažení vysokého stupně nasycení pryskyřice je spotřeba roztoku neúměrně vysoká. Další nevýhodou tohoto postupu je, že při sycení kationtoměnné pryskyřice v H⁺-cyklu v koloně roztokem chloridu vápenatého, nastává sycení pryskyřice nejdříve v horních vrstvách sloupce a postupuje zvolna do nižších vrstev přiváděním dalšího množství čerstvého roztoku chloridu vápenatého. Má-li se dosáhnout nasycení kationtoměnné pryskyřice pouze do určitého stupně, například na 90 % nebo na 95 % celkové

216 641 výměnné kepaeity, není tento způsob sycení vhodný, protože sloupec má nedostatečnou homogenitu.

Nyní byl nalezen překvapivě jednoduchý a spolehlivý způsob sycení kationtoměnných pryskyřic ionty kovů do požadovaného stupně, výhodný i pro průmyslovou aplikaci. Podstata tohoto způsobu, který je předmětem vynálezu, spočívá v tom, že se na základě analyticky stanovené výměnné kapacity kstiontoměnné pryskyřice přidává k její suspenzi ve vodě prosté iontů nerozpustná sůl příslušného kovu se slabou kyselinou, s výhodou uhličitan, v množství potřebném k dosažení požadovaného stupně nasycení, načež se po proběhlé reakci kationtoměnná pryskyřice promývá vodou.

Při provedení způsobu podle vynálezu se vychází z analyticky stanovené celkové výměnné kapacity silně kyselých katexů, například podle ČSN 64 0920. K nasycení ionty kovu do požadovaného stupně se pek používá ve vodě nerozpustná sůl žádaného kovu se slabou, nejlépe i těkavou kyselinou, například uhličitan. Na základě stanovené celkové výměnné kapacity kationtoměniče se k jeho vodné suspenzi přidává teoreticky potřebné množství pevného uhličitanu zvoleného kovu po částech a ze mírného míchání proběhne v krátké době nasycení pryskyřice za vývoje kysličníku uhličitého. Vznikající rovnováha mezi nasycenou a nenasycenou pryskyřicí a uvolňovanou těkavou kyselinou je příznivá a porušuje se jednoduše - vytékáním kysličníku uhličitého.

Zvláště výhodný je způsob podle vynálezu tehdy, je-li třeba připravit kationtoměnnou pryskyřici nasycenou pouze zčásti ionty kovu, například na 90 nebo 95 % celkové výměnné kapacity. Kstiontoměnné pryskyřice těchto vlastností, které obsahují například 5 až 10 % pryskyřice v H⁺-cyklu, se používají v kolonách určených pro chromatografické zpracování roztoků sacharosy na D-glukosu a D-fruktosu. Průchodem roztoků sacherosy kolonami tohoto typu nastává nejdříve inverze sacharosy na směs glukosy a fruktosy a pak dělení obou uvolněných hexos, takže z kolony vytékají oddělené nebo vysoce obohacené roztoky glukosy a fruktosy, které se dále zpracovávají známým způsobem podle čs. autorského osvědčení č. 206 710.

Obdobně je také možné dosycovat kationtoměnná pryskyřice na požadovaný stupeň, například při regeneraci kationtoměnné pryskyřice před tím použité ke chromatografickému dělení cukrů. V tomto případě se po homogenizaci promícháním analyticky stanoví podíl pryskyřice přítomné v H⁺-formě a přísadou vypočítaného množství uhličitanu stejného kovu, kterým je pryskyřice částečně nasycena, mícháním a promytím se získá kstiontoměnné pryskyřice nasycená ionty kovu úplně nebo v požadovaném rozsahu.

Výhodnost způsobu sycení kationtoměnných pryskyřic podle vynálezu spočívá v rychlosti provedení, nižší pracnosti,'úspoře chemikálií, které se při něm používají pouze v teoreticky potřebném množství a nadto jsou levnější než chemikálie dosud k sycení kationtoměnných pryskyřic používané a v podstatě nižší spotřebě deionizovsné vody používané k promývání iontoměničů.

216 641

Podrobnosti způsobu podle vynálezu vyplývají z následujících příkladů provedení, které tento způsob pouze ilustrují, ale nijak neomezují.

Příklad 1

Sycení katexu (kationtoměnné pryskyřice) (H⁺) vápníkem na 90 % celkové výměnné kapacity

700 ml (530 g) nabobtnalého odsátého silně kyselého katexu v H⁺-cyklu (sušina 157 g tj. 29,6 % hmot.) se suspenduje v 500 ml deionizované vody při teplotě místnosti. Celkové výměnná kapacita tohoto katexu je 5,08 mval/g sušiny. K nasycení 1 g sušiny katexu vápníkem na 100 % celkové výměnné kapacity je třeba 0,1018 g Ce , tzn. 0,254 g uhličitanu vápenatého; k nasycení 157 g sušiny katexu vápníkem na 90 % celkové výměnné kapacity je zapotřebí 157 . 0,2$4 g . 0,9 = 35,9 g čistého uhočitanu vápenatého. Toto množství se přidá k vodné suspenzi katexu a směs se míchá celkem 2 h při teplotě místnosti. Uhličitan vápenatý se rychle rozpouští za vývoje kysličníku uhličitého, který z roztoku uniká. Po skončené reakci, když veškerý uhličitan vápenatý se rozpustil, se katex promyje dekantací deionizovanou vodou a odsaje, nebo přímo použije v koloně k chromatografiekým účelům. Analyticky zjištěný obsah vápníku v katexu je 89,8 % celkové výměnné kapacity. Získá se celkem 530 ml vlhkého odsátého katexu; úbytek na objemu katexu činí 170 ml, tj. 24,3 % původního objemu katexu v H⁺-cyklu.

Příklad 2

Sycení katexu (H⁺) vápníkem na 95 % celkové výměnné kapacity

300 g (396 ml) nabotnalého odsátého silně kyselého katexu (H⁺) o sušině 89 g, se suspenduje v 300 ml deionizované vody. Celková výměnná kapacita katexu je 5,08 mval/g sušiny. Výpočet potřebného množství uhličitanu vápenatého k nasycení tohoto katexu na 95 % celkové výměnné kapacity se provede podobně jako u příkladu i: 89 . 0,254 g . 0,95 = 21,48. K vodné suspenzi katexu se za míchání přidá celkem 21,5 g čistého uhličitanu vápenatého a eměs se míchá při teplotě místnosti 2h. Uhličitan vápenatý se rychle a beze zbytku rozpustí za vývoje kysličníku uhličitého. Po skončené reakci se katex promyje dekantací deionizovanou vodou. Nalezený obsah vápníku v katexu je 95,2 % celkové výměnné kapacity. Takto připravený katex lze ihned použít v koloně k chromátografickým účelům.

Příklad 3

Sycení katexu (H⁺) vápníkem na 99 ež 100 % celkové výměnné kapacity g (66 ml) nabotnalého odsátého katexu v H⁺-cyklu (sušina 14,8 g) se suspenduje ve 100 ml deionizované vody a za míchání se zahřívá na 50 až 60 °C. Na základě celkové výměnné kapacity tohoto katexu (5,08 mval/g sušiny) se přidá k míchané suspenzi 4,0 g

216 641 čistého práškovitého uhličitanu vápenatého, tj. slabý přebytek vypočteného množství, potřebného k nasycení katexu na 100 % celkové výměnné kapacity (14,8 . 0,254 g . 1 = = 3,76 g). Směs se zahřívá za míchání na 50 až 60 °C 2 h. Po odeznění reakce zbývá slabý přebytek nerozpuštěného uhličitanu vápenatého v podobě zákalu, který se odstraní opakovanou dekantaoí katexu deionizovanou vodou. Analyticky stanovený obsah vápníku v katexu je 99,4 % celkové výměnné kapacity. Katex lze přímo použít k chromátografickým účelům, například pro separaci glukosy a fruktosy z roztoku invertního cukru.

Příklad 4

Dosycení katexu vápníkem z 80 % na 95 % výměnné kapacity

300 g nabotnalého odsátého silně kyselého katexu, který je nasycen vápníkem na 80 % celkové výměnné kapacity, se suspenduje v 300 ml deionizované vody, míchá a zahřívá na 50 až 60 °C. Zjištěná sušina tohoto katexu je 109 g a vypočtená sušina v H⁺-cyklu 101,18 g. K dosycení vápníkem na 95 % celkové výměnné kapacity bude třeba katex dosytit 15 % vápníku podle vzorce: 101,18 . 0,254 g . 0,15 - 3,85 g uhličitanu vápenatého.

K míchané suspenzi katexu se přidá 3,9 g čistého práškovitého uhličitanu vápenatého a zahřívá 2 h na teplotu 50 až 60 °C. Po proběhlé reakci se pryskyřice promyje dekantací deionizovanou vodou. Analyticky zjištěný obsah vápníku je 95,2 % celkové výměnné kapacity.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNALEZU

   Způsob sycení kationtoměnných pryskyřic, které jsou úplně nebo zčásti v H⁺-cyklu, ionty kovů na požadovaný stupeň nasycení, vyznačující se tím, že se na základě analyticky stanovené výměnné kapacity kationtoměnné pryskyřice přidává k její suspenzi ve vodě prosté iontů nerozpustná sůl příslušného kovu se slabou kyselinou, s výhodou uhličitan, v množství potřebném k dosažení požadovaného stupně nasycení, načež se po proběhlé reakci kationtoměnná pryskyřice promývá vodou.