DE1012591B - Verfahren zur Durchfuehrung von Ionenaustauschreaktionen unter Verwendung nicht waessriger Loesungsmittel - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umwandlung von Salzen, bei welchem ein Salz in ein anderes Salz umgewandelt wird, indem eine Lösung des einen Salzes im Gegenstrom durch eine Lösung eines anderen Salzes in einem Lösungsmittel, das mit der zuerst genannten Lösung praktisch nicht mischbar ist, geführt oder mit dieser in Kontakt gebracht wird.

Bei den bisher bekannten Verfahren zur Umwandlung eines Salzes in ein anderes Salz wurden Austauschreaktionen durchgeführt, wobei zwei Salze in einem einzigen Lösungsmittel gelöst wurden und das eine der Reaktionsprodukte infolge verschiedener Löslichkeit oder verschiedener Flüchtigkeit abgetrennt wurde. Ionenaustauschverfahren dieser Art sind jedoch häufig nicht brauchbar, da es oft schwierig ist, geeignete Salze für Austauschreaktionen zu finden, die in einem einzigen Lösungsmittel löslich sind und ein Reaktionsprodukt ergeben, das von den Reaktionsmitteln getrennt werden kann. Auch durch Ionenaustauscher können Umwandlungen von Salzen durchgeführt werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues und verbessertes Salzumsetzungsverfahren, bei welchem eine Ionenaustauschreaktion stattfindet, die von einer unterschiedlichen Löslichkeit oder Flüchtigkeit der Reaktionsprodukte unabhängig ist. Bei dem Verfahren werden insbesondere von einem in einem Lösungsmittel gelösten Salz Ionen mit einem anderen Salz ausgetauscht, das in einem anderen Lösungsmittel gelöst ist, das mit dem zuerst genannten Lösungsmittel nicht mischbar ist. Es wird dabei die Lösung eines Salzes in einem Lösungsmittel im Gegenstrom zu einer anderen Salzlösung in einem anderen nicht wäßrigen Lösungsmittel, das mit dem zuerst genannten Lösungsmittel nicht mischbar ist, geführt.

Die Erfindung beruht auf der Feststellung, daß, wenn ein Salz MX (wobei M ein Metall- oder anderes Kation und X ein Anion ζ. B. auch OH~~ bedeutet), das in einem Lösungsmittel A gelöst ist, im Gegenstrom zu einer Lösung eines Salzes NY (wobei N ein Metall- oder anderes Kation und Y ein Anion ζ. Β. auch O Η— bedeutet) in einem Lösungsmittel B, wobei die Lösungen A und B miteinander nicht mischbar sind, geführt wird, ein Austausch der Ionen M und N bewirkt werden kann, wodurch eine Lösung des Salzes MY im Lösungsmittel A und eine Lösung des Salzes NX im Lösungsmittel B erzeugt wird.

Es ist bekannt, daß, wenn ein Salz, eine Base, eine Säure oder eine andere chemische Verbindung in zwei Flüssigkeiten löslich ist, die miteinander nicht vollkommen mischbar sind, die Konzentration der genannten chemischen Verbindung in der einen Schicht, geteilt durch die Konzentration dieser chemischen Verfahren zur Durchführung

von Ionenaustauschreaktionen

unter Verwendung nicht wäßriger

Lösungsmittel

Anmelder:

Callery Chemical Company,
Callery, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. W. Schalk und Dipl.-Ing. P. Wirth,

Patentanwälte,
Frankfurt/M., Große Eschenheimer Str. 39

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 15. November 1954

George Lewis Cunningham, Cleveland, Ohio (V. St. Α.), ist als Erfinder genannt worden

Verbindung in der anderen Schicht, eine Konstante ist. Es wurde nun festgestellt, daß, wenn ein Salz (ionisierbare Verbindung) in zwei miteinander nicht mischbaren Flüssigkeiten gelöst wird, die Verteilung und Konzentration der Ionen in den beiden gebildeten Schichten die Ionenkonzentration in der einen Schicht, geteilt durch die Ionenkonzentration in der anderen Schicht, praktisch konstant ist.

Wird ein Salz in einem Lösungsmittel gelöst und ein anderes Salz in einem anderen damit nicht mischbaren Lösungsmittel gelöst und werden die beiden hergestellten Lösungen im Gegenstrom zueinander geführt, so erfolgt zwischen den beiden Lösungen ein Ionenaustausch, derart, daß, nachdem sie im Gegenstrom aneinander vorbeigeführt wurden, verschiedene Salze in den beiden Lösungen erzeugt worden sind. Wenn beispielsweise eine Lösung von Kaliumthiocyanat in n-Butylamin im Gegenstrom zu einer wäßrigen Lösung von Natriumhydroxyd geführt wird, so bestehen die an den entgegengesetzten Enden der Gegenstromvorrichtung abgezogenen Produkte aus einer wäßrigen Lösung von Kaliumhydroxyd und einer Natriumthiocyanatlösung in n-Butylamin. Wenn die Fließ richtung umgekehrt wird, so daß die Lösung des Natriumthiocyanats in n-Butylamin im Gegenstrom zur wäßrigen Lösung von Kaliumhydroxyd geführt wird, so bestehen die erhaltenen Lösungen aus

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einer Lösung von Kaliumthiocyanat in n-Butylamin und einer wäßrigen Lösung von Natriumhydroxyd. Das Verfahren kann also in jeder Richtung durchgeführt werden. Es unterscheidet sich darin von den bekannten wechselseitigen Löslichkeitssystemen, die von der Bildung wenigstens einer festen Phase abhängen und bei denen die Reaktion nur in einer Richtung durchgeführt werden kann.

Die bei diesem allgemein durchführbaren Verfahren benutzten Flüssigkeiten werden so gewählt, daß die Bildung von zwei miteinander nicht mischbaren Schichten erzielt wird. Die Flüssigkeiten können aus Wasser und irgendwelchen nicht wäßrigen Lösungsmitteln bestehen, vorausgesetzt, daß sie unter den Bedingungen des vorliegenden Verfahrens zwei Flüssigkeitsschichten bilden und daß die bei dem Verfahren benutzten Salze eine ausreichende Löslichkeit in den genannten Flüssigkeitsschichten besitzen. Es ist klar, daß zwei Flüssigkeiten, die ineinander nicht sehr löslich sind, zwei Flüssigkeitsschichten bilden und daher unter Verwendung des vorliegenden Verfahrens für die meisten Salzumwandlungen brauchbar sind.

Für die Durchführung dieses Zweiflüssigkeits-Schichtenverfahrens sollen zwei Salze, die ein gemeinsames negatives Ion, aber verschiedene positive Ionen haben, eine hinreichende Löslichkeit in der einen Schicht, und die anderen beiden Salze, die ein gemeinsames negatives Ion, aber verschiedene positive Ionen haben, eine genügende Löslichkeit in der anderen Schicht besitzen. Wenn die in jeder Flüssigkeitsschieht gelösten Salze eine verhältnismäßig geringe Löslichkeit in der anderen Schicht besitzen, so wird die Wirksamkeit des Verfahrens verbessert und das Reinigungsproblem der erhaltenen Salze wesentlich erleichtert. Dieses Verfahren ist vollständig durchführbar, obgleich weniger wirksam, wenn die benutzten Salze eine wesentliche Löslichkeit in beiden Flüssigkeitsschichten besitzen. Das Verfahren arbeitet auch gut, wenn die Löslichkeitsverhältnisse der positiven und negativen Ionen umgekehrt liegen. Mit anderen Worten, es können zwei Salze, die ein gemeinsames positives Ion und verschiedene negative Ionen besitzen, in der einen Flüssigkeitsschicht lös-Hch sein, während zwei Salze, die ein anderes positives Ion gemeinsam und verschiedene negative Ionen besitzen, in der anderen Schicht löslich sein können.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.

B e i s ο i e 1 1

Eine Lösung von 81 g Natriumthiocyanat in 670 g n-Butylamin wurde im Gegenstrom zu einer Lösung von 56,1g Kaliumhydroxyd in 62 g Wasser geführt. Die Dichten der oberen Schicht betrugen von 0,809 bis 0,825, während die untere Schicht Dichten von 1,42 bis 1,38 aufwies. Durch diesen Unterschied in den Dichten schieden sich die beiden Flüssigkeitsschichten schnell. Die obere Schicht, die die Gegenstromvorrichtung verließ, enthielt 96,2 g Kaliumthiocyanat und 0,46 g Kaliumhydroxyd, gelöst in 670 g Lösungsmittel, das in der Hauptsache aus η-Butylamin bestand. Die untere Schicht, die die Gegen-Stromvorrichtung verließ, enthielt 39,2 g Natriumhydroxyd und 0,6 g Natriumthiocyanat, gelöst in 60 g Lösungsmittel, das in der Hauptsache aus Wasser bestand.

Das obige Beispiel zeigt die Umwandlung von Natriumthiocyanat in Kaliumthiocyanat durch eine Ionenaustauschreaktion zwischen im Gegenstrom geführten Lösungen unter Verwendung von Wasser und n-Butylamin. Dieses Verfahren arbeitet in gleicher Weise gut, wenn die beiden Flüssigkeitsschichten in umgekehrter Richtung zu der oben angegebenen durch die Gegenstromvorrichtung geschickt werden. Wenn die Lösung aus Natriumhydroxyd und Wasser im Gegenstrom zu einer Lösung von Kaliumthiocyanat in n-Butylamin geführt wird, so bestehen die die Gegenstromvorrichtung verlassenden Lösungen aus einer Lösung von Kaliumhydroxyd in Wasser und von Natriumthiocyanat in n-Butylamin.

Es gibt auch zahlreiche andere Flüssigkeiten, die mit einer konzentrierten Alkalihydroxydlösung in Wasser zwei Flüssigkeitsschichten bilden. Einige dieser Flüssigkeiten sind beispielsweise Morpholin, N, N-Dimethylformamid, Pyridin, Äthylendiamin, Tetraäthylenglykoldimethyläther, Ammoniak undTriäthylamin. An Stelle einer wäßrigen Lösung kann zur Durchführung dieses Verfahrens auch eine alkoholische Lösung des Alkalihydroxyds benutzt werden. So bilden beispielsweise konzentrierte Alkalihydroxydlösungen in Methanol zwei Flüssigkeitsschichten mit Triäthylamin und anderen organischen Lösungsmitteln, die zur Durchführung dieses SalzUmwandlungsverfahrens benutzt werden können.

. . . ΰ e 1 s ρ 1 e

Es wurde eine konzentrierte wäßrige Lösung von Bariumbromid im Gegenstrom zu einer konzentrierten Lösung von Natriumborhydrid in Triäthylamin geführt. Die obere, die Gegenstromvorrichtung verlassende Schicht bestand aus einer Lösung von Bariumborhydrid in Triäthylamin und einer kleinen Menge Natriumborhydrid, während die untere, die Gegenstromvorrichtung verlassende Schicht aus einer wäßrigen Lösung von Natriumbromid bestand, die eine kleine Menge Bariumbromid und Triäthylamin enthielt. Bei der Durchführung dieses Verfahrens bildete sich ein kleiner Niederschlag aus Bariumbromid und Bariumborhydrid. Wie im Falle des ersten Beispiels kann auch diese Salzumwandlung in umgekehrter Richtung durchgeführt werden, indem die Fließrichtung der erhaltenen Lösungen umgekehrt wird. Andere Lösungsmittel, die mit einer konzentrierten wäßrigen Lösung von Bariumbromid zwei Flüssigkeitsschichten bilden, sind z. B. Acetonitril, Tetrahydrofuran, Methylal, Äthylacetat, n-Butylalkohol und n-Propylalkohol. Diese Lösungsmittel können auch dazu benutzt werden, um andere Salze, die in dem besonderen Lösungsmittel löslich sind, in Bariumsalze umzuwandeln, indem ihre Lösungen im Gegenstrom zu der wäßrigen Lösung von Bariumbromid geführt werden.

Beispiel ό

Es wurde eine konzentrierte Lösung von Kaliumchlorid in n-Butylamin im Gegenstrom zu einer konzentrierten Lösung von Natriumcarbonat in Wasser geführt. Die Lösungen, die die Gegenstromvorrichtung verließen, bestanden aus einer Lösung von Natriumchlorid in n-Butylamin und einer Lösung von Kaliumcarbonat in Wasser, Wie in den anderen Beispielen angegeben, kann auch dieses Verfahren mit umgekehrter Fließrichtung durchgeführt werden.

B e 1 s ρ 1 e 1 4

Es wurde eine wäßrige Lösung von Natriumhydroxyd im Gegenstrom zu einer Lösung von Kaliumchlorid in n-Butylamin geführt. Die bei

diesem Versuch die Gegenstromvorrichtung verlassenden Ströme bestanden ' aus einer Lösung von Natriumchlorid in n-Butylamin und Kaliumhydroxyd in Wasser.

Das Verfahren gemäß der Erfindung vermeidet die Schwierigkeiten der Bildung von festen Phasen, die abfiltriert werden müssen, und es ist lediglich durch die Löslichkeit der reagierenden Salze in dem anzuwendenden Zweiflüssigkeitsschichtensystem beschränkt. Es erzeugt hohe Umwandlungen und Produkte hoher Reinheit im Vergleich zu den meisten bekannten Ionenaustauschverfahren. Das Verfahren kann auch zur Durchführung von Salzumwandlungen benutzt werden, die bei anderen wechselseitigen Löslichkeitssystemen nicht möglich sein würden.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Durchführung von Ionenaustauschreaktionen unter Verwendung nicht wäßriger Lösungsmittel, insbesondere zur Um-Setzung von Salzen in andere Salze, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung einer ionisierbaren Verbindung, insbesondere die Lösung eines Salzes, im Gegenstrom mit einer mit dieser nicht mischbaren Lösung einer anderen ionisierbaren Verbindung, insbesondere eines Salzes, von denen sich ein Ion oder beide Ionen von dem Anion und Kation der anderen Verbindung unterscheiden, in Kontakt gebracht und hierdurch das Kation der einen Verbindung gegen das Kation der anderen Verbindung ausgetauscht wird, worauf die erhaltenen Lösungen getrennt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Salze nur in dem Lösungsmittel löslich ist, in welchem es ursprünglich gelöst worden ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kationen der Salze nur in einem der Lösungsmittel löslich und die Anionen der Salze in beiden Lösungsmitteln löslich sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anionen der Salze nur in einem der Lösungsmittel löslich und die Kationen der Salze in beiden Lösungsmitteln löslich sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das eine der Salze oder beide Salze Alkalisalze sind.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Lösungsmittel Wasser ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß beide Lösungsmittel nicht wäßrige Lösungsmittel sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Patentschrift Nr. 4996 des Amtes für Erfindungsund Patentwesen der sowjetischen Besatzungszone Deutschlands;

französische Patentschrift Nr. 1 012 190.

© 709 58W272 7.