DE1209553B - Verfahren und Vorrichtung zum Ausscheiden der Loesungsmittelkomponente einer ionenhaltigen Fluessigkeit in einer elektrodialytischen Zelle - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. σ.:

BOId

Deutsche Kl.: 12 d-1/05

Nummer: 1209553

Aktenzeichen: K 49444IV a/12 d

Anmeldetag: 11. April 1963

Auslegetag: 27. Januar 1966

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausscheiden der Lösungsmittelkomponente einer ionenhaltigen Flüssigkeit in einer elektrodialytischen Zelle unter Einwirkung eines elektrischen zwischen Zellelektroden erzeugten, die Flüssigkeit und Zellmembranen durchsetzenden Feldes.

Bei den üblichen Verfahren zur Erzeugung einer entionisierten Flüssigkeit durch Elektrodialyse wird die zu entionisierende Ausgangsflüssigkeit in eine sogenannte Entionisierungskammer einer elektrodialytischen Zelle eingegeben. Diese Entionisierungskammer wird durch zwei Membranen abgeschlossen, von denen wenigstens eine oder beide selektiv ionendurchlässig ist oder sind. Das elektrische Feld bewirkt dann, daß sich die negativen Anionen durch eine Membran zur positiven Anode hin bewegen und die positiven Kationen in entgegengesetzter Richtung zur negativen Kathode hin. Die Membranen erlauben Durchtritt für Ionen einer Polarität, verhindern jedoch Durchtritt für Ionen der entgegengesetzten Polarität und somit Eintritt der letzteren in die Entionisierungskammer. Die Wanderung der Ionen hat das Fließen eines elektrischen Stromes durch die Kammer zur Folge.

Dieses bekannte Verfahren unterliegt zahlreichen Beschränkungen. Der Entionisierungsgrad, der bei einem einzigen Durchgang der Ausgangsflüssigkeit durch die Kammer erzielt wird, ist begrenzt, und es ist erforderlich, mehrere in Reihe geschaltete Behandlungsstufen zu verwenden, wenn die Ionenkonzentration der Ausgangsflüssigkeit in hohem Maße vermindert werden soll, wie es bei der Aufbereitung von Seewasser zu Trinkwasser der Fall ist.

Polarisationserscheinungen, die in vielen Fällen von einer unerwünschten Änderung der pH-Werte begleitet werden, zwingen zu Begrenzungen der anwendbaren Stromdichten. Das Polarisationsproblem ist insbesondere schwerwiegend, wenn ein hoher Entionisierungsgrad erzielt werden soll.

Eine Verschmutzung der Membranen durch ionische Teilchen, durch Ablagerungen und durch Bakterienwuchs beschränkt ebenfalls die Anwendbarkeit des Entionisierungsverf ahrens.

Ein weiterer Nachteil des üblichen Verfahrens ist darin zu sehen, daß nichtionische Verunreinigungen in der Ausgangsflüssigkeit verbleiben und durch Elektrodialyse nicht entfernt werden können.

Durch die Erfindung wird ein neuer Weg beschritten. Im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren, bei welchem die Ionen aus der Ausgangsflüssigkeit entfernt werden, worauf dann in der gleichen Kammer ein entionisiertes Produkt verbleibt, wandert die Verfahren und Vorrichtung zum Ausscheiden der Lösungsmittelkomponente einer ionenhaltigen
Flüssigkeit in einer elektrodialytischen Zelle

Anmelder:

Paul Kollsman, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz, Dr. G. Hauser
und Dipl.-Ing. G. Leiser, Patentanwälte,
München-Pasing, Ernsbergerstr. 19

Als Erfinder benannt:

Paul Kollsman, New York, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 16. April 1962 (187 747)

Lösungsmittelkomponente mit den Ionen durch eine Membran in eine Produktenkammer, die die Ionen dann durch eine weitere Membran verlassen. Zu diesem Zweck werden zwei verschiedene Membranarten verwendet. Ionen einer bestimmten Polarität werden zuerst durch eine Membran mit einer verhältnismäßig großen Lösungsmittelhülle bewegt und werden dann durch eine zweite Membran hindurchbewegt, durch die die Ionen nur mit einer verhältnismäßig kleinen Lösungsmittelhülle hindurchtreten können, und zwar wegen der in der Porenflüssigkeit der letztgenannten Membran vorhandenen höheren Ionenkonzentration. Wegen des unterschiedlichen Lösungsmitteltransportes durch die beiden Membranen hindurch wird mehr Lösungsmittel durch die Bewegung der Ionen in den Raum zwischen die Membranen hinein als aus diesem hinaustransportiert. Die sich ansammelnde Lösungsmittelmenge kann als Produkt abgezogen werden.

Wenn die Porengröße der ersten Membran ausreichend klein genug gewählt wird, um unerwünschte Bestandteile, beispielsweise Bakterien auszufiltern, kann ein Produkt mit sehr hoher Reinheit erzielt werden.

Verfahren zum Ausscheiden von Lösungsmittelkomponenten einer ionenhaltigen Flüssigkeit in einer

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elektrodialytischen Zelle mit wenigstens drei Kammern Die Erfindung kann vielseitig angewendet werden, werden erfindungsgemäß dadurch verbessert, daß die Es ist z. B. möglich, durch die Erfindung eine bestimmte ionenhaltige lüssigkeit in eine Zuflußkammer Fein- Lösungsmittelkomponente aus einem Gemisch zu geführt wird und Ionen einer bestimmten Polarität extrahieren. Das extrahierte Lösungsmittel kann das zunächst vom elektrischen Feld aus der Zuflußkammer 5 gewünschte Produkt darstellen, was beispielsweise in eine Zwischenkammer durch eine Filtermembran bei der Behandlung von Wasser der Fall ist, oder das hinein und dann aus der Zwischenkammer durch eine extrahierte Lösungsmittel kann ein Nebenprodukt für die Ionen durchlässige, aber für Ionen entgegen- oder sogar ein Abfallprodukt darstellen, wenn eine gesetzter Polarität durchlaßhemmende Membran aus Flüssigkeit durch die Extraktion einer Flüssigkeitsionenaustauschermaterial herausgetrieben werden, wo- io komponente konzentriert werden soll,
bei die Porengröße der Filtermembran mindestens Die bei der Durchführung des Verfahrens ver-10 ηιμ beträgt und stets größer gewählt wird als die wendeten Membranen können aus einer großen der Ionenaustauschermembran, und die Lösungsmittel- Anzahl von handelsüblich erhältlichen Membranen komponenten aus der Zwischenkammer abgezogen ausgewählt werden, welche zum Zwecke der Ultrawerden. 15 filterungstechnik und der Elektrodialyse hergestellt

Es ist an sich bekannt, Ionenaustauschermembranen werden.

unterschiedlicher Porosität in elektrolytischen Drei- Ultrafiltermembranen sind im allgemeinen weder

kammerzellen zu verwenden. Insbesondere ist es be- anionisch noch kationisch und werden aus Materia-

kannt, in einer Dreikammerzelle zwecks Herstellung Hen, wie Cellulose, Kunstharzen oder mineralischen

von Natronlauge aus SaMösungen durch Elektrolyse 20 Stoffen gefertigt, und sind handelsüblich mit einem

die Mittelkammer durch zwei Kationenmembranen großen Bereich von Porengrößen erhältlich,

zu begrenzen, von denen die Membran an der Katho* Bei diesem Verfahren sind sowohl starre als auch

denseite porös ist, um ein langsames Durchströmen flexible Membranen verwendbar, und Verfahren zur

von Wasser aus der Mittelkammer durch die Gesamt- Herstellung derartiger Membranen sind an sich

oberfläche dieser Membran zu erzielen. Der Strom- 25 bekannt.

nuß wird nur durch die positiven Natriumionen Ultrafiltermembranen können derart behandelt wer-

besorgt, und ein Stromfluß in umgekehrter Richtung den, daß dem Material schwache Ionenaustauscher-

mit Hilfe von Hydroxyüonen wird durch Schaffung eigenschaften erteilt werden. Durch diese Behandlung

einer Pufferzone an der Kathodenseite infolge des werden den Filtermembranen bestimmte wünschens-

Wasserdurchtritts verhindert. Die bekannte elektro- 30 werte Oberflächeneigenschaften erteilt, wie beispiels-

lytische Dreikammerzelle ist zur Durchführung des weise die, daß die Oberflächen hydrophil sind. Es

Erfindungsverfahrens nicht geeignet, da z. B. bei von genügt zu bemerken, daß eine Sulfonierung oder eine

Kationen getragenem Stromfluß an der Kathodenseite Quaternisierung die Wirkungsweise bestimmter

eine dichte und nicht eine poröse Membran liegen handelsüblich erhältlicher Ultrafiltermembranen bei

muß. 35 der Durchführung der Erfindung verbessert.

Bei der Ausübung der Erfindung mag auch die Die Erfindung soll unter Bezugnahme auf die Filtermembran aus selektivpermeablem Material be- Figuren der Zeichnungen erläutert werden. Es zeigt
stehen, und ist in diesem Falle von der gleichen F i g. 1 eine Schnittansicht durch eine Dreikammer-Polarität wie die Ionenaustauschermembran. zelle zur Durchführung des Verfahrens,

Zweckmäßigerweise wird in der Zwischenkammer 40 F i g. 2 eine Schnittansicht genommen längs der

ein niedrigerer Druck aufrechterhalten als in der Linie 2-2 der F i g. 1,

Kammer, in die die aus der Zwischenkammer aus- F i g. 3 eine vereinfachte schematische Darstellung

wandernden Ionen eintreten. In diesem Falle können der in F i g. 1 gezeigten Zelle und bestimmter Druck-

durch den Druckunterschied die beiden Membranen zustände, die in der Zelle herrschen,

zur Anlage oder nahezu zur Anlage aneinander 45 F i g. 4 eine Seitenansicht eines Teiles einer in der

gebracht werden. Hierdurch wird der ohmsche Wider- in F i g. 1 dargestellten Zelle verwendeten profilierten

stand der Zwischenkammer vermindert. Membran,

Weiterhin ist es zweckmäßig, in der Zuflußkammer Fig. 5 eine Schnittansicht genommen längs der

einen niedrigeren Flüssigkeitsdruck als in der Zwischen- Linie 5-5 der F i g. 4,

kammer und in der Kammer, in die die aus der 50 F i g. 6 eine Membranenanordnung, die wahlweise

Zwischenkammer auswandernden Ionen eintreten, in der in F i g. 1 dargestellten Zelle verwendet werden

einen höheren Druck als in der Zwischenkammer kann,

aufrechtzuerhalten. F i g. 7 eine Draufsicht, welche eine wahlweise

In einer Vorrichtung zur Durchführung des erfin- Anwendung einer Isolation bestimmter Teile einer

dungsgemäßen Verfahrens wird zweckmäßigerweise 55 Membran zeigt, _

der Abstand der Membranen in bezug auf die Mem- F i g. 8 eine schematische Darstellung einer Viel-

branelastizität so gering gewählt, daß die die Zwischen- kammerzelle zur Durchführung des Verfahrens und

kammer oder -kammern begrenzenden Membranen F i g. 9 und 10 schematische Ansichten von Unter-

zur gegenseitigen Anlage kommen können. Vorzugs- suchungs- oder Testzellen, welche die Betriebszustände

weise besitzt wenigstens eine der Membranen eine 60 darstellen.

gerippte Oberfläche, wodurch der Abfluß des sich Die in F i g. 1 gezeigte Vorrichtung weist ein

zwischen den Membranen ansammelnden Lösungs- Gehäuse 21 auf, welches durch Membranen 22 und 23

mittels erleichtert wird. in drei Kammern 24, 25 und 26 unterteilt ist. Elektro-

Die zur Ausübung des erfindungsgemäßen Ver- den 27 und 28 sind in den Kammern 24 und 26 ange-

fahrens dienende Vorrichtung kann als Mehrkammer- G5 ordnet. Zufluß- und Abflußleitungen 29, 30 und 31,

vorrichtung ausgebildet werden. In diesem Falle 32 führen zu den Elektrodenkammern und aus den

wechseln die Membranen der einen Art mit den Elektrodenkammern heraus. Leitungen 33 und 34

Membranen der anderen Art ab. erstrecken sich zu einer nicht dargestellten geeigneten

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Gleichstromquelle. Die mittlere oder Produkten- hindurch als durch die Trennmembran 23. Auf diese kammer 25 weist eine Ausflußleitung 35 auf, die über Weise transportieren die Kationen, die in die Mitteleinen Verteiler 36 derart verzweigt ist, daß das Produkt kammer eintreten, ein größeres Lösungsmittelvolumen gleichförmig aus dem oberen Teil der Produkten- in die Kammer hinein, als diese Kationen aus der kammer abgezogen wird. 5 Kammer hinaustransportieren, wenn die Ionen durch

Ein Membranabstandhalter oder ein Träger 37, die ionenselektive Membran 23 hindurchtreten. Die

der in der Kammer 24 angeordnet ist, weist senkrechte Differenz zwischen dem in die Kammer eingeführten

Rippen 38 und Querrippen 39 auf. Der Distanzhalter Volumen und dem aus der Kammer heraustranspor-

trägt die Membran 22, falls auf die Membran 22 von tierten Volumen ist das Produkt,

rechts her eine Kraft ausgeübt wird, welche die Kraft io Die Membran 22 kann behandelt sein, um dieser

übersteigt, die auf die Membran von links ausgeübt Ionenaustauscheigenschaften zu erteilen, wie noch

wird. Die zuletzt genannte Kraft ist eine Funktion näher dargelegt werden soll.

des Flüssigkeitsdruckes in der Kammer24. Ein ahn- Fig. 3 zeigt Einzelheiten der Betriebsweise der

licher Distanzhalter oder Träger 40 ist, wie dargestellt, Zelle. Der Ausfluß 32' aus der Kammer 26 liegt zu

in der dritten Kammer 26 angeordnet. 15 allen Zeiten auf einem höheren Niveau als der Aus-

Die dargestellte Membran 22 ist im wesentlichen fluß 35' der Kammer 25 und als der Ausfluß 30' der

flach ausgebildet. Die Membran 23 weist, wie darge- Kammer 24. Unter diesen Umständen herrscht in der

stellt, vorspringende Teile 41 und abgesetzte oder Kammer 26 ein höherer hydrostatischer Druck als in

eingeschnittene Teile 42 auf, und zwar wenigstens an der Kammer 25. Daraus folgt, daß die Membran 23 der Seite, die zur Membran 22 hinweist. Falls sich 20 nach links durchgebogen ist, so daß sie einen geringen

die Membranen in eine Stellung bewegen, in der diese Abstand von der Membran 22 hat oder die Membran 22

sich berühren, bilden die abgesetzten oder einge- berührt. Die Membran 22 wird auf ihrer linken Seite

schnittenen Teile 42 Kanäle, durch welche hindurch mechanisch abgestützt und kann sich deshalb nicht

das Produkt aus dem Raum zwischen den Membranen bewegen. Der Ausfluß 30' der Kammer 24 ist, wie

zur Abführungsleitung 35 hin austreten kann. Die 25 dargestellt, derart ausgebildet, daß das Ausflußniveau

zur Abführungsleitung 35 hin austreten kann. teleskopartig einstellbar ist. Falls der Ausfluß 30' in

Die Membran 23 ist eine Ionentrennmembran, der gleichen Höhe liegt wie der Ausfluß 35', ist der

welche aus lonenaustauschermaterial zusammenge- hydrostatische Druck auf jeder Seite der Membran 22

setzt ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die der gleiche, und die Gesamtflüssigkeit, die durch die

Elektrode 27 mit dem positiven Pol der Gleichspan- 30 Membran hindurchgefördert wird, ist die Flüssigkeit,

nungsquelle verbunden und stellt somit die Anode dar. die von den sich bewegenden Kationen transportiert

Die Elektrode 28 ist mit dem negativen Pol der wird.

Gleichstromquelle verbunden und bildet deshalb die Der Ausfluß 30' kann tiefer eingestellt werden als

Kathode. Die Membranenpolarität ist derart, daß der Ausfluß 35'. In diesem Fall wird jeder Gefahr

Kationen von Elektrode zu Elektrode wandern kön- 35 eines hydraulischen Durchsickerns durch die Membran

nen, wohingegen der Eintritt von Anionen in die vorgebeugt, und zwar durch die Neigung der Produk-

Produktenkammer 25 gehemmt ist. Unter diesen tenflüssigkeit, durch die Wirkung des hydrostatischen

Umständen muß die Membran 23 eine Kationen- Druckes in die Kammer 24 zurückzusickern.

membran sein oder, mit anderen Worten, eine Mem- Im Betrieb wird die zu behandelnde Ausgangs-

bran, welche für Kationen selektiv durchlässig ist 40 flüssigkeit durch die Kammer 24 hindurchgeleitet,

und welche für Anionen durchlaßhemmend ist. aus welcher Kationen und an diesen anhaftendes

Eine gute Selektivität setzt voraus, daß die Membran- Lösungsmittel durch die Membran 22 hindurch in die poren verhältnismäßig klein sind, damit die in dem Produktenkammer 25 eintreten. Die Kationen setzen Membrangefüge angeordneten festen Ladungen ihre ihre Bewegung zur Kathode hin durch die ioneneigentlichen Steuerwirkungen auf die Ionen in der 45 selektive Membran 23 fort. Wenn die Ionen durch Porenflüssigkeit ausüben können, welche unter der diese Membran 23 hindurchtreten, führen sie jedoch Zugwirkung der Elektroden versuchen, durch die ein geringeres Volumen Lösungsmittel mit sich.
Porenwege hindurchzugelangen. In der Kammer 25 sammelt sich Lösungsmittel an

Eine gute Selektivität setzt ferner eine verhältnis- und baut in der Kammer 25 einen hydrostatischen mäßig hohe lonenkonzentration der Porenflüssigkeit 50 Druck auf, welcher die Neigung hat, die einander voraus. Mit anderen Worten, die Anzahl der Kationen berührenden Membranen 22 und 23 zu trennen,
pro Volumeinheit Flüssigkeit in den Poren ist ver- Die Kammer 26 enthält einen geeigneten Elektrohältnismäßig hoch. Dieser Tatbestand kann durch das lyten. Der Durchgang von Anionen in entgegenVerhältnis von Ionen zu Lösungsmittelgehalt in der gesetzter Richtung durch die Membran 23 in die Porenflüssigkeit ausgedrückt werden, und dieses Ver- 55 Produktenkammer hinein wird durch die anionenhältnis ist hoch. durchlaßhemmende Wirkung der Membran 23 ver-

Im Gegensatz hierzu besteht die Membran 22 aus hindert.

einem Material, welches größere Poren aufweist. Die Die Membranenträger oder Msmbranenhalterungen

Membran 22 kann eine Filtermembran sein, und die 37,38 können fortgelassen werden, und die Membranen

Porengröße dieser Membran wird prinzipiell durch 60 können nach Art einer Trommelaufspannung in ge-

die gewünschte Filterwirkung bestimmt. Falls es strecktem Zustand in einen Rahmen eingebaut sein,

beispielsweise gewünscht ist, ein in hohem Maße Polyäthylenmembranen eignen sich für eine derartige

gereinigtes Wasser zu erzeugen, wird die Porengröße Befestigung sehr gut und führen selbst zu einer

der Membran 22 derart ausgewählt, daß mechanische Spannung. Durch den auf die Membran 23 einwirken-

Verunreinigungen und Bakterien nicht durch die 65 den hydrostatischen Druck nehmen die Membranen

Membran hindurchgelangen können. dann die Stellung ein, die in F i g. 6 gezeigt ist.

Kationen treten durch die Poren der Membran 22 Wie F i g. 7 zeigt, kann die Filtermsinbran 22 mit

mit einer beträchtlich größeren Lösungsmittelhülle einer lösungsmittelundurchlässigen Randzone 43 ver-

sehen sein, die vorzugsweise breit genug ist, um den und jede Kammer, die an der Anodenseite eine

Randteil der Membran abzudichten, der nicht zur Anionenmembran aufweist,, wird eine Produkten-

Anlage gegen die ionenselektive Membran gelangen kammer.

kann. Üblicherweise wird auf einen derartigen Bereich Die Membranen, die bei der Durchführung der

eine Lackbeschichtung aufgetragen, um die Membran- 5 Erfindung verwendet werden, sind ionenselektive

sporen abzudichten. Membranen und Filtermembranen. Versuche mit

Die in F i g. 8 schematisch dargestellte Vorrichtung handelsüblich erhältlichen ionenselektiven Memist eine Vielzellenvorrichtung, welche Elektroden 44, branen haben gezeigt, daß Kationenmembranen eine 45 in Elektrodenkammern 46 und 47 aufweist. Der größere chemische Stabilität besitzen als Anionen-Raum zwischen den Elektroden ist durch ionen- io membranen. Aus diesem Grunde werden Kationenselektive Membranen 48 und Filtermembranen 49 membranen bevorzugt. Die ionenselektiven Memin einzelne Kammern für die Ausgangsfiüssigkeit und branen, die handelsüblich erhältlich sind oder die in Produktenkammern unterteilt. Wenn man annimmt, durch bekannte Verfahren hergestellt werden können, daß die Elektrode 45 die Kathode ist und die Elektrode können eingeteilt werden in solche, die im wesentlichen 44 die Anode, und wenn man annimmt, daß die Mem- 15 starr oder steif sind, und andere, die einen beträchtbranen 48 Kationenmembranen sind, dann werden die liehen Grad von Flexibilität und Elastizität haben.
Kammern 51 Produktenkammern, und die Kammern Die Filtermembranen können im wesentlichen 50 sind Kammern für die Ausgangsflüssigkeit, in nicht ionenselektiv sein oder sie können bestimmte welche die zu reinigende Flüssigkeit oder die zu Ionenaustauscheigenschaften haben,
konzentrierende Flüssigkeit durch ein Einströmungs- 20 Die Filtermembranen unterscheiden sich von den leitungssystem 52 eingeleitet wird. Das Produkt wird vorgenannten ionenselektiven Membranen dadurch, aus den Kammern 51 durch ein Entnahmeleitungs- daß die Filtermembranen beträchtlich größere Porensystem 53 abgezogen. Nach der Extraktion von Lö- größen haben, eine Eigenschaft, von der die Durchsungsmitteln verläßt die Ausgangsfiüssigkeit die Kam- führung der Erfindung abhängt,
mern 50 über ein Abzugsleitungssystem 54. Für den 25

Fall, daß die in der F i g. 8 dargestellte Vorrichtung Membranen
reversibel sein soll, ist ein weiteres Leitungssystem 55

für die Kammern 51 vorgesehen. Es wurden Versuche mit handelsüblich erhält-

Die Kammern sind vorzugsweise mit einem ge- liehen Filtermembranen und mit handelsüblich ereigneten Abstandhalter oder Füllstoff 40' versehen, 30 hältlichen ionenselektiven Membranen durchgeführt, wobei die Abstandhalter den Abstandhaltern 40 der Filtermembranen. Die Filtermembranen können F i g. 1 entsprechen können, oder es kann ein Füll- in zwei Gruppen eingeteilt werden, und zwar in stoff vorgesehen sein, der aus Netz- oder Gitter- hydrophile Filtermembranen und in hydrophobe material, wie beispielsweise Saran, Nylon u. dgl., Filtermembranen. Wie noch gezeigt werden soll, zusammengesetzt ist, um zu verhindern, daß sich die 35 können Filtermembranen behandelt werden, um Membranen durchbiegen oder den Abstand von diesen bestimmte wünschenswerte Eigenschaften zu Membran zu Membran verändern. erteilen, beispielsweise um eine hydrophobe Membran

Die Wirkungsweise der in Fig. 8 dargestellten Vor» hydrophil zu machen,

richtung ist die folgende: Viele hydrophile Filtermembranmaterialien sind

Es sei angenommen, daß die Elektrode 44 die 40 Zellulose und Zellulosederivate. Diese Membranen Anode ist und die Elektrode 45 die Kathode. Weiter- sind mit einem großen Bereich von Porengrößen erhinsei angenommen, daß die Membranen 48 Kationen- hältlich. Einige Membranen sind durch Fasern vermembranen sind und daß die zu behandelnde Flüssig- stärkt, wie beispielsweise durch Nylon, um größere keit Wasser ist. Das rohe Wasser wird durch das physikalische Festigkeiten aufzuweisen.
Leitungssystem 52 in die Kammern 50 eingespeist. 45 Bekannte Celluloseacetat-Filtermembranen wurden Das Ausgangswasser tritt aus den Kammern 50 mit untersucht, wobei die Porengrößen im Bereich von einer etwas höheren Ionenkonzentration durch das weniger als 5 πιμ (superdicht) bis zu 400 ηιμ (grob) Leitungssystem 54 aus. Produktflüssigkeit wird durch lagen. Die besten Ergebnisse wurden mit Membranen das Leitungssystem 53 abgezogen. Ein Elektrolyt mit im Bereich zwischen 100 ιημ (grob) und 250 ηιμ einer geeigneten Zusammensetzung wird mittels der 50 (mittel) erzielt.

Leitungen 56, 57, 58, 59 durch die Elektrodenkammern Andere bekannte Celluloseacetat-Filtermembranen

geführt. Der Elektrolyt kann beispielsweise Ausgangs- wurden ebenfalls untersucht, wobei die Porengrößen

oder Rohwasser sein. im Bereich von 10 ηιμ bis zu 5 μ. lagen. Besondere

Die Strömung der Flüssigkeit durch die Mem- Größen waren die folgenden: 10, 50, 100, 220, 300,

branen kann umgekehrt werden, um beispielsweise 55 450 ηιμ, 450 ηαμ (nylonverstärkt), 3 μ. (nylonverstärkt),

die Membranporen von porenverschmutzenden Teil- 5 μ. Die besten Ergebnisse wurden im Porengrößen-

chen zu befreien, und dies kann beispielsweise durch bereich von 100 und 450. πιμ erzielt,

eine Umkehrung der Polarität der Elektroden er- Für die Behandlung von Lösungsmitteln, welche

folgen. In diesem Fall werden die Kammern 50 organische Lösungsmittel enthalten, sind Filtermem-

Produktenkammern, aus denen das Produkt über ein 60 branen erhältlich, die aus Materialien bestehen,

Leitungssystem 54 abgezogen wird. Das Zuleitungs- welche gegen derartige Lösungsmittel widerstands-

system 52 für die Kammern 50 wird nicht benutzt. fähig sind.

Die Ausgangsflüssigkeit wird über das Leitungs- Ferner wurden bekannte Polyäthylenmembranen

system 55 in die Kammern 51 eingespeist und verläßt untersucht, und zwar mit einem Porengrößenbereich

die Kammern 51 über das Leitungssystem 53. 65 von weniger als 5 πιμ (superdicht) bis zu 400 πιμ

An Stelle der Kationenmembranen 48 können (grob). Die besten Ergebnisse wurden mit einer

Anionenmembranen eingesetzt werden. In diesem Membran von einer Porengröße von 250 ηιμ (mittel)

Falle transportieren Anionen das Lösungsmittel, erzielt.

CelMoseacetatmembranen sind ebenfalls in einer Zusammensetzung erhältlich, die gegen organische Lösungsmittel widerstandsfähig ist. Es wurden Membranen mit den folgenden Porengrößen untersucht: 1.5,10 [x. Diese Membranen bestehen aus Polyäthylen. Es wurde gefunden, daß die Membran mit der Porengröße 1,5 μ die besten Ergebnisse liefert.

Die Membranen wurden ebenfalls einer chemischen Oberflächenbehandlung unterzogen, um den Membranen bestimmte Iionenaustauscheigenschaften zu erteilen, was zu einer gewünschten Verminderung der ursprünglichen hydrophobischen Eigenschaften führte. Einzelheiten der Behandlung sind bei den Beispielen aufgeführt.

Bei anderen synthetischen Filtermembranen, die untersucht wurden, war eine lO-mix-Membran vorhanden. Diese Membran zeigte gute Eigenschaften, wenn sie mit einer Selektivmembran mit einer Porengröße von weniger als 7 mjj- zusammengeschaltet wurde. Diese Membranen bestehen aus einem Terpolymer, bestehend aus Acrylnitril, Vinylacetat und Vinylchlorid.

Ionenselektive Membranen sind handelsüblich in vielen unterschiedlichen Zusammensetzungen erhältlich. Praktisch alle der gegenwärtig handelsüblich erhältlichen ionenselektiven Membranen weisen Porengrößen zwischen 2 und 10 ιημ auf. Die meisten Membranen weisen Porengrößen im Bereich zwischen 6 und 7 mij. auf.

Unter den untersuchten Membranen waren sulfonierte oder quaternisierte Polyäthylen-Styrol-Copolymere.

Das Material einer weiteren Membran ist ein Styroldivinylbenzolcopolymer mit sulfonischen Ionenaustauschgruppen, und die Membran ist ein Kationenaustauscher. Eine weitere bekannte Membran ist eine Styroldivinylbenzol - Vinylpyridin - Anionenaustauschmembran.

Weitere Membranen, die untersucht wurden, waren aus Phenolsulfonsäureformaldehydharz zusammengesetzt, Diese Membranen waren verhältnismäßig starr und etwas brüchig und sind selbst nicht durchbiegbar.

Membranpaarbildung. Um die Erfindung erfolgreich durchzuführen, wird eine ionenselektive Membran gewählt, die eine größere Selektivität aufweist als die Filtermembran. Die Ionenselektivität der Filtermembran kann Null sein.

Wenn die ionenselektive Membran in destilliertes Wasser eingetaucht ist, weist diese abhängig von ihrer Zusammensetzung, ein Verhältnis von Ionen- zu Lösungsmittelgehalt der Porenflüssigkeit zwischen 1 und 7 η auf. Der Normalwert der Porenflüssigkeit der Filtermembran sollte deshalb klein sein.

Da die ionenleitenden Membranen im allgemeinen eine Porengröße in der Größenordnung von 7 ΐημ haben, wird eine Filtermembran gewählt, die größere Poren aufweist, wobei der Bereich zwischen 100 und 450 ΐημ bevorzugt wird. Jedoch hat sich gezeigt, daß eine Filtermembran von 10 ΐημ gute Betriebseigenschaften aufweist.

Beispiel 1

Es wurde eine Dreikammerzelle hergestellt, welche in den Elektrodenkammern Platinelektroden aufwies und welche eine Mittelkammer hatte, die von zwei Membranen gebildet wurde. Jede Membran wies eine aktive Oberfläche von 50 mm Breite und 60 mm Höhe auf. Die Abstände der Membranen voneinander und von den Elektroden betrugen 3 mm. Die Elektrodenkammern wurden mit Zuführungs- und Abführungsleitungen im Bodenteil und im oberen Teil versehen. Die mittlere Produktenkammer wies eine Abführungsleitung im oberen Teil auf. Die ionenselektive Membran war eine sulfonierte oder quaternisierte Polyäthylen-Styrol-Copolymer-Kationenmembran, und die Filtermembran war eine Celluloseacetatmembran. Ein Gitterabstandhalter war zwischen den Membranen und den Elektroden angeordnet und war aus einem Polyäthylenkunstoffblatt gefertigt, in das dreizehn senkrechte Schlitze eingebracht waren. Jeder Schlitz war 3 mm breit, und es waren zwölf Rippen vorhanden, die etwas weniger als 2 mm breit waren.

Es wurde ein flüssiges Gemisch hergestellt, welches aus Wasser bestand, dem gleiche Teile von NaCl, KCl und Na₂SO₄ zugesetzt wurden, um einen spezi-

ao fischen elektrischen Widerstand in der flüssigen Lösung in der Größenordnung von 125 Ohm cm zu erzeugen. Diese Lösung wurde durch die Elektrodenkammern mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 100 ecm pro Minute in Umlauf gebracht. Der Druck in den drei Kammern wurde dadurch eingestellt, daß an diese flexible Leitungen angeschlossen wurden und daß die Ausflußenden dieser Leitungen in unterschiedlichen Höhen angeordnet wurden.
Der Druck in der Anodenkammer, die zur Filtermembran hinweist, wurde um 15 cm WS kleiner gehalten als der in der Kathodenkammer. Der Druck in der Produktenkammer wurde kleiner gehalten als der in der Kathodenkammer, und er wurde gleich dem in der Anodenkammer gemacht oder etwas größer gehalten. Der Druck in der Produktenkammer wurde durch ein Anheben oder Absenken der Ausströmungsleitung derart eingestellt, um die beiden unten beschriebenen Prüf- oder Testbedingungen zu erzielen, a) Der Elektrolyt wurde durch die Elektrodenkammern in Umlauf gesetzt, und die Ausströmungsleitung der mittleren Kammer war derart eingestellt, daß keine Strömung in die mittlere Kammer und aus der mittleren Kammer zu der Zeit eintrat, in der keine elektrische Spannung an die Elektroden angelegt war. Diese Bedingung war leicht zu beobachten, und zwar durch eine Überwachung des Meniskus am Ende der Leitung.

Eine Gleichspannung wurde dann angelegt, um einen Strom von 100, 200 und 400 mA zu erzeugen.

Ergebnisse

mA	Volt	Produktströmung ccm/Min.	Spezifischer Wider stand Ohm cm
100 200 400	4 6,6 13	0,33 0,68 1,5	360 3 500 42 000

b) Die Höhe der Ausflußleitung der mittleren Kammer wurde derart eingestellt, daß eine Strömung von 0,1 ccm/Min. aus der Mittelkammer durch die Filtermembran in die Anodenkammer zu der Zeit sich einstellte, zu der keine elektrische Spannung an die Elektroden angelegt war. Eine Gleichspannung wurde dann angelegt, um einen Strom von 100, 200 und 40OmA zu erzeugen.

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Ergebnisse

mA	Volt	Produktströmung ccm/Min.	Spezifischer Wider stand Ohm cm
100 200 400	4,2 7,3 15,5	0,27 0,61 1,4	750 6 800 69 000

Beispiel 2

Die Vorrichtung und die Betriebsbedingungen sind die gleichen wie bei a) und b) im Beispiel 1. Behandelte Flüssigkeit: Eine wäßrige Lösung, welche gleiche Teile von Na₂SO₄ und MgCl₂ enthält, und zwar eingestellt auf einen spezifischen Widerstand von 240 Ohm

Ergebnisse

mA

Volt

Produktströmung
ccm/Min.

Spezifischer Widerstand
Ohm cm

100
400

100
200

6,8
21

7,3
12,5

Bedingung a
0,45
3,0

Bedingung b
0,4
1,33

40 000
180 000

92 000
106 000

Beispiel 3

Es wurde die Vorrichtung von Beispiel 1 verwendet. Behandelte Flüssigkeit: Eine wäßrige Lösung von gleichen Teilen von Na₂SO₄ und Na₂CO₃ eingestellt auf einen spezifischen Widerstand von 2600 Ohm cm.

Ergebnisse
Bedingung a

mA	Volt	Produktströmung ccm/Min.	Spezifischer Wider stand Ohm cm
20 50 70	8,6 21,2 50	1,2 4,1 5,2	350 000 über 600 000 1 200 000

Beispiel 4

In der Vorrichtung des Beispiels 1 wurde für die Kationenmembran eine Anionenmembran eingesetzt, und eine Celluloseacetatmembran wurde als Filtermembran verwendet. Die Elektrodenpolarität wurde gewechselt, und der Druck in der Anodenkammer wurde derart eingestellt, daß dieser den Druck in der Kathodenkammer um 12 cm WS überstieg. Behandelte Flüssigkeit: New Yorker Leitungswasser mit einem spezifischen Widerstand von 13 000 Ohm cm.

Ergebnisse

mA	Volt	Produktströmung ccm/Min.	Spezifischer Wider stand Ohm cm
16 30 40 50	25 50 75 100	2,5 5,0 6,8 7,5	450 000 800 000 1100 000 über 1200 000

Die Probe mit 450 000 Ohm cm spezifischem Widerstand wurde verdampft und wies einen kleineren, verhältnismäßig unlöslichen siliciumhaltigen Rest auf als das Wasser mit gleichem spezifischem Widerstand, welches mit einer Kationenmembran behandelt wurde. Dieses Verfahren scheint zur Erzeugung von rückstandfreiem Speisewasser geeignet zu sein.

Beispiel 5

Es wurde eine Dreikammerzelle hergestellt, die in den Elektrodenkammern Platinelektroden hatte und die eine mittlere Kammer aufwies, die von zwei Membranen gebildet wurde. Jede Membran hatte eine aktive Oberfläche von 50 mm Breite und 60 mm Höhe, und die Membranen waren im Abstand von 3 mm voneinander und von den Elektroden angeordnet. Die Elektrodenkammern waren mitZuf ührungs- und Abführungsleitungen im Boden und im Oberteil versehen, und die mittlere Produktenkammer wies im Oberteil eine Abführungsleitung auf.

Ionenselektive Membran war eine Kationenmembran und die Filtermembran war ein Polyäthylenmembranfilter mit einer Porengröße von 1,5 μ. Die behandelte Flüssigkeit war New Yorker Leitungswasser mit einem spezifischen Widerstand von 13 000 Ohm cm.

Ergebniss

19 mA, 100 Volt, 4,0 ccm/Min., 1 800 000 Ohm cm.

Bei dieser Ausführungsform hat die Filtermembran eine verhältnismäßig größe Porengröße und ist aus einem hydrophoben Material zusammengesetzt, welches eine große chemische Stabilität aufweist.

Beispiel 6

Bei der Vorrichtung des Beispiels 5 wurde die Filtermembran durch eine Membran gleicher Ausgangszusammensetzung und gleicher Eigenschaften ersetzt, die zuerst wie folgt einer Sulfonierungsbehandlung unterworfen wurde:

Die Membran mit einer ursprünglichen Porengröße von 1,5 μ, die aus einem Polyäthylenblattmaterial bestand, wurde mit einer bakteriziden Ultraviolettstrahlung bestrahlt, die von einer 100-Watt-Quarzlampe abgegeben wurde, und zwar 1 Stunde lang mit einem Abstand von der Lampe von 30 cm. Das bestrahlte Blatt wurde dann 5 Minuten mit Styrol bei 30° C eingefeuchtet und dann luftgetrocknet und dann in Chlorsulfonsäure 10 Minuten eingetaucht und danach in einer wäßrigen 1 n-NaCl-Lösung gewaschen.

Nach dieser Behandlung wurde gefunden, daß das Blatt sowohl Ionenaustausch- als auch hydrophile Eigenschaften aufweist. Der so hergestellte Membranfilter war im Aussehen leicht braun, was durch eine dünne Oberflächenschicht von Styrolsulfonat erzeugt wurde, welches auf dem Polyäthylengefüge saß. Die dünne Schicht konnte durch Kratzen mit einem Messer entfernt werden, und es wurde dadurch das weiße Innere des Gefüges der Filtermembran freigelegt. Die Membran war schwach leitend, was mit der Beobachtung übereinstimmt, daß das Membrangefüge nichtleitendes Polyäthylen zu bleiben scheint. New Yorker Leitungswasser mit einem spezifischen Widerstand von 13 000 Ohm cm wurde behandelt.

Ergebnis
7OmA, 100 Volt, 9,5 ccm/Min., 850 000 Ohm cm.

Die im Beispiel 5 verwendete Filtermembran sowie die im Beispiel 6 verwendete behandelte Membran

waren chemisch hochstabil und mechanisch sehr fest und außerordentlich flexibel.

Andere Filtermembranen wurden durch eine Quaternisierung der Polyäthylenfiltermembranen präpariert. Bei diesen zuletzt genannten Untersuchungen wurden die behandelten anionischen Filtermembranen in Kombination mit einer Anionenmembran verwendet mit nahezu gleichem Ergebnis.

Beispiel 7

Eine Vorrichtung, die entsprechend den Erläuterungen der Vorrichtung des Beispiels 1 aufgebaut war, wurde mit einer Kationenmembran und einer Filtermembran versehen. Behandelte Flüssigkeit: Eine Lösung von Chlornatrium in Methylalkohol mit einer spezifischen Leitfähigkeit von 2400 Ohm cm.

Ergebnis

4OmA, 27,5VoIt, 5,3 ccm/Min., 480 000 Ohm cm. Das Produkt war entmineralisierter Methylalkohol.

Beispiel 8

28 mA, 42VoIt,

Ergebnis
4,4 ccm/Min.,

mA	Volt	Produktströmung	Spezifischer Wider stand
		ccm/Min.	Ohm cm
13	25	2,5	1 400 000
21	50	4	1 800 000
28	75	6	2 000 000
31	100	7	2 000 000
38	125	8	2 000 000

25

In der Vorrichtung des Beispieles 7 wurde ein Gemisch von gleichen Teilen von Äthylalkohol und Benzol behandelt, wobei dem Gemisch eine ausreichende Menge von Kaliumsulfat zugesetzt war, um einen spezifischen Widerstand des Gemisches von 2600 Ohm cm zu erzeugen.

270 000 Ohm cm.

35

Die Produktflüssigkeit war entmineralisiert und bestand vorwiegend aus Äthylalkohol mit einem verhältnismäßig geringen Zusatz von Benzol. Dieses Beispiel zeigt die gute Anwendbarkeit des Verfahrens bei der Extrahierung einer nichtflüssigen Komponente aus einer leitenden Lösung.

Beispiel 9

Es wurde eine Dreikammerzelle gebaut, welche in den Elektrodenkammern Platinelektroden aufwies und welche eine Mittelkammer hatte, die durch zwei Membranen gebildet wurde. Jede Membran wies eine freie Oberfläche von 50 mm Breite und 60 mm Höhe auf.

Eine Kationenmembran wurde trommelfellartig über einen Rahmen von 3 mm Stärke gespannt und zwischen den Rahmen und den Endteilen der Zelle, die die Elektrode aufwiesen, eingespannt. Die Membran hatte eine gerippte oder profilierte Oberfläche, die zur Filtermembran hinwies. Die Profilierung oder Rippung wurde durch ein Kreuzgitter von Kanälen gebildet, die 2 mm tief und 3 mm breit waren. Die Kanäle hatten einen Abstand von 6 mm.

Die Filtermembran war eine Mikrogewebemembran, die straff in einem Rahmen von 3 mm Stärke ausgespannt war. Die Ecken der Filtermembran waren durch Schlitze im Rahmen hindurchgesteckt und in diesen Schlitzen durch geeignete zylindrische Stücke aus Weichgummi verkeilt. Die mittlere Produktenkammer wies im oberen Teil einen Produktenauslaß auf. ' Behandelte Flüssigkeit: New Yorker Leitungswasser mit einem spezifischen Widerstand von 13 000 Ohm cm. •Ergebnisse

Das Produkt wies eine außerordentlich große Reinheit auf und ist für alle Zwecke geeignet, für die gegenwärtig doppelt oder dreifach destilliertes Wasser verwendet wird, beispielsweise als Boilerspeisewasser.

Das Wasser wurde in saubere Glasgefäße eingegossen, die mit einem sauberen Glasdeckel abgedeckt wurden und wurde 48 Stunden stehengelassen. Der spezifische Widerstand des Wassers wurde dann wieder gemessen, und es wurde ein Wert von 680 000 Ohm cm ermittelt. Es scheint so zu sein, daß das in hohem Maße entionisierte Wasser in der Lage ist, Glas zu lösen, um eine schwachmineralisierte Lösung zu bilden.

Beispiel 10

Es wurde eine Mehrkammerzelle gebildet, wie sie schematisch in F i g. 9 dargestellt ist. Diese Zelle weist vier Kationenmembranen C und drei Filtermembranen F auf, die in abwechselnder Reihenfolge angeordnet sind, um sechs Behandlungskammern und zwei Elektrodenkammern zu bilden, welche Platinelektroden aufweisen. Die Kammermaße betragen 50 · 60 · 1,5 mm. Flüssigkeitsdurchlässige nichtleitende Saransiebabstandhalter mit einer Maschenweite von V₄ZoIl sind in allen Kammern angeordnet, um die Membranen zu tragen und im Abstand voneinander zu halten.

Alle Kammern hatten obere und untere verzweigte Leitungsanschlüsse wie dargestellt.

Die Membranen waren: vier Kationmembranen und drei Celluloseacetatmembranen. Im Betrieb wurde Ausgangsflüssigkeit durch einen Satz von Behandlungskammern nach oben durchgeleitet mit einem Gesamtdurchsatz von 60 ccm/Min. durch die Kammern. Die Bodenanschlüsse der Produktkammern waren abgesperrt. Die Elektrode in der Kammer, die unmittelbar neben einer Produktkammer lag, wurde zur Kathode gemacht.

Die sich von den Flüssigkeitsauslässen erstreckenden flexiblen Leitungen wurden derart eingestellt, daß ein hydrostatischer Druck in den Produktkammern erzeugt wurde, der gleich dem hydrostatischen Druck in den Ausgangsflüssigkeitskammern war oder etwas höher als dieser. Dies ist in Fig. 9 durch die Flüssigkeitssäulen L angedeutet.

Behandelte Flüssigkeit: Schmutziges natürliches Brackwasser mit einem spezifischen Widerstand von 265 Ohm cm.

Die Gleichspannung wurde derart eingestellt, daß ein Strom von 300 mA durch die Zelle erzeugt wurde.

Ergebnisse

Nach 45 Minuten Betriebsdauer war die Ausströmung des flüssigen Produktes 5,8 ccm/Min., und dieses Produkt war klar und hatte einen spezifischen Widerstand von 28 800 Ohm cm. Nach 24 Stunden Betrieb hatte sich die Strömungsgeschwindigkeit auf 5,25 ccm/Min. vermindert. Der Strom wurde dann umgekehrt und die Spannung derart eingestellt, daß

15 16

ein Strom von 500 mA erzeugt wurde, und diese Ein- Der vierte Zyklus und die nachfolgenden Zyklen

stellung wurde 6 Minuten beibehalten. Dadurch wurde ergaben Resultate, die denen der Zyklen 2 und 3

eine geringe Menge von Produktflüssigkeit aus der entsprechen.

Ausströmungsleitung in die Produktenkammern zu- Beispiel 13

rückgesaugt. Der Strom wurde dann wieder umgekehrt, 5

so daß sich der ursprüngliche Betriebszustand wieder Beispiel 3 wurde wiederholt, wobei eine geringe

einstellte, wobei die Spannung derart eingestellt wurde, Menge von Bentonit der Ausgangslösung zugesetzt

um einen Strom von 300 mA zu erzeugen. Nach wurde, um eine schmutzige Suspension zu bilden.

30 Minuten Betriebsdauer betrug die Ausströmung , .

5,9 ccm/Min., und der spezifische Widerstand des io ^r§^{e ms}

Produktes war 28 100 Ohm cm. Nach 24 Stunden 65 mA, 50 Volt, 4,9 ccm/Min., 1 300 000 Ohm cm.

Betriebsdauer fiel die Ausströmung wieder auf _ . .,.,,,

5,3 ccm/Min. ab. Beispiel«

Die Zelle wurde dann mit abwechselnden Produkt- Beispiel 6 wurde wiederholt, wobei eine geringe

zyklen von 6 Stunden Dauer betrieben und mit Zyklen 15 Menge von Bentonit der Ausgangslösung zugesetzt

umgekehrter Stromrichtung von 6 Minuten Dauer. wurde, um eine schmutzige Suspension zu bilden.

30 Minuten nach der Umkehrung lag die Erzeugungs- , .

geschwindigkeit zwischen 5,8 und 6,0 ccm/Min. und §^{e ms}

sank am Ende der 6stündigen Periode auf einen Wert 70 mA, 100 Volt, 9,5 ccm/Min., 860 000 Ohm cm.

zwischen 5,3 und 5,5 ccm/Min. ab. ao Die Beispiele 13 und 14 zeigen, daß der Zusatz der

Die Verminderung der Erzeugungsgeschwindigkeit anionischen Betonitteilchen eine kleine allmähliche

kann durch eine gradielle Verstopfung der Membran- Verminderungder ursprünglichen Produktenströmungs-

poren hervorgerufen werden, jedoch wird die Ursprung- geschwindigkeit durch eine neutrale Filtermembran mit

liehe Erzeugungsgeschwindigkeit durch eine kurze sich bringt. Es wird angenommen, daß sich dieses

periodische Stromumkehrung wiederhergestellt. 25 Ergebnis durch eine geringe Verstopfung einstellt.

Bei Benutzung eines Membranfilters mit kationen-

Beispiel 11 austauschender Wirkung tritt keine derartige Vermin-

Es wurde ein Versuch durchgeführt, um die Mög- derung auf.

lichkeit einer Wiedereinstellung der ursprünglichen Es scheint so zu sein, daß die elektrische Ladung

Erzeugungsgeschwindigkeit festzustellen, und zwar 30 der Kationaustauschmembranfilter in der Lage ist,

ohne Stromumkehrung durch eine hydraulisch be- anionische Teilchen abzustoßen. Die Verwendung von

wirkte Umkehrung der Strömungsrichtung durch die geladenen Membranfiltern scheint bei der Behandlung

Membranen. Auf die Produktenkammern wurde ein von Lösungen angezeigt zu sein, welche suspendierte

hydrostatischer Druck ausgeübt, der 40 cm WS über Teilchen gleicher Ladungspolarität enthalten. Katio-

dem Druck lag, der in den Kammern für die Ausgangs- 35 nenaustauschfilter sind geeignet, wenn anionische Teil-

fiüssigkeit herrscht. Während dieser Periode wurde chen, wie Lehm, Mergel, Schlick und Ton, vorhanden

der normale Betriebsstrom nicht unterbrochen. Eine sind, und Anionenaustauschfilter, wenn kationische

Anwendung dieses Druckes während 30 Sekunden war Teilchen, wie beispielsweise Proteinteilchen (Gelatine)

ausreichend, um die Membranen zu säubern, jedoch vorhanden sind,

wurde hierbei eine größere Menge von Elektroden- 40 Beisniell5
zünder beobachtet als beim Betrieb mit umgekehrtem

Strom. . Es wurde die Vorrichtung von Beispiel 1 verwendet,

B e 1 s ρ 1 e 1 12 ^₆ J₆(J₀₀J₁ J_nJ_{1 e}j_ner Kationmembran und einer Cellu-

Die Zelle des Beispieles 10 wurde derart betrieben, loseacetatmembran ausgestattet war. Die behandelte daß periodisch der Strom umgeschaltet wurde und 45 Flüssigkeit war Leitungswasser mit einem spezifischen daß, wie schematisch in F i g. 10 gezeigt, die Flüssig- Widerstand von 8000 Ohm cm, welches einige Schwerkeitsströmungen ausgetauscht wurden. metallionen enthielt und welches einmal durch die

Die schematische Darstellung zeigt, daß, wenn Zelle strömte.
Ausgangsflüssigkeit in die Kammern 1, 3 und 5 ein- Ergebnisse

tritt, die Bodenleitungen der Kammern 2, 4 und 6 50

geschlossen sind, und umgekehrt. Produktenfiüssigkeit Nach 30 Minuten Betriebsdauer:

wird dann aus den oberen Teilen der Kammern 2, 4, 6 40 mA, 50 Volt, 5,2 ccm/Min., 400 000 Ohm cm.

oder 1 3, 5 nach Polwechsel abgezogen. Behandelte _Nach 3 _{T Betriebsdauer:}

Flüssigkeit: Natürliches; verschmutztes Brackwasser _{26mA 50VoJt 39 Ccm/Min} 480 000 Ohm cm.

mit einem spezifischen Widerstand von 265 Ohm cm. 55

. Die Zelle wurde dann untersucht, und es wurde

Ergebnisse gefunden, daß die Filtermembran mit einer dünnen

Erster Zyklus: Strom 340 mA, Produktenströmung grünen Beschichtung bedeckt war. Eine wäßrige anfangs 6,3 ccm/Min. Nach 6 Stunden 5,4 ccm/Min. 0,1 n-HCl-Lösung wurde dann durch die Zelle 5 Mi-Spezifischer Widerstand des Produktes 32 400 Ohm cm. 60 nuten lang geleitet und normale Betriebsbedingungen

Zweiter Zyklus: Strom 340 mA, Produktenströmung stellten sich dann wieder ein.
nach 30 Minuten 6,4 ccm/Min. Nach 6 Stunden

5,5 ccm/Min. Spezifischer Widerstand des Produk- Ergebnisse

tes 32 000 Ohm cm. ,_T , „_{n w}. _ . , ,

Dritter Zyklus: Strom 340 mA, Produktenströmung 6₅ Nach ³O Minuten Betriebsdauer:
nach 30 Minuten 6,3 ccm/Min. Nach 6 Stunden ^40mA> ^50Volt' 5,3 ccm/Mm., 390 000 0ImICm.

5,3 ccm/Min. Spezifischer Widerstand des Produk- Nach 3 Tagen Betriebsdauer:

tes 32 200 Ohm cm. 29 mA, 50 Volt, 4,3 ccm/Min., 430 000 Ohm cm.

Die Zelle wurde dann wieder mit einer wäßrigen 0,1 n-HCl-Lösung gespült, und dann wurde der Betrieb wieder aufgenommen.

Ergebnis -

Nach 30 Minuten Betriebsdauer:

4OmA, 5OVoIt, 5,2 ccm/Min., 410 000 Ohm cm.

Beispiel 16

Die Vorrichtung des Beispiels 15 wurde mit Leitungswasser von 8000 Ohm cm spezifischem Widerstand gespeist, wobei eine ausreichende Menge von HCl zugesetzt wurde, um den pH-Wert des Wassers auf 5,0 einzustellen.

Ergebnisse

Nach 30 Minuten Betriebsdauer:

57 mA, 5OVoIt, 4,9 ccm/Min., 370 000 Ohm cm.

Nach 3 Tagen Betriebsdauer:

58 mA, 5OVoIt, 5,0 ccm/Min., 360 000 Ohm cm.

Beispiel 17

Beispiel 16 wurde mit einer geringeren Stromdichte wiederholt.

Ergebnisse

Nach 30 Minuten Betriebsdauer:

19 mA, 25VoIt, 3,4 ccm/Min., 240 000 Ohm cm.

Nach 3 Tagen Betriebsdauer:

19 mA, 25VoIt, 3,5 ccm/Min., 220 000 Ohm cm.

Die Verwendung von Schwefelsäure an Stelle von HCl führte zu vergleichbaren Ergebnissen.

Ein Vergleich der Ergebnisse der Beispiele 15, 16 und 17 läßt erkennen, daß die Behandlung von Wasser, welches Krusten oder Schichten bildende Bestandteile enthält, kein Problem bildet, solange die Stromdichte gering gehalten wird.

Bei höheren Stromdichten, bei denen die Neigung zu einer Krusten- oder Schichtenbildung besteht, wird diese Bildung durch einen Zusatz einer geringen Menge von Säure in die Speiseströmung vermieden.

Andererseits kann eine Krusten- oder Schichtenbildung durch eine periodische kurze Säurespülung entfernt werden.

In allen Fällen, in denen die Produktflüssigkeit durch Membranen mit einer Porengröße kleiner als 0,3 μ hindurchgeführt wird, ist das Produkt bakterienfrei. Es ist an sich bekannt, daß Bakterien aus Flüssigkeiten, insbesondere aus Wasser dadurch entfernt werden können, daß dieses durch Filter mit geeigneten Porengrößen gefiltert wird.

Der Vorteil der Bakterienentfernung ist unlösbar mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verbunden, bei welchem Ionen verwendet werden, um Flüssigkeit durch Membranen und Filter hindurchzubewegen, die eine Porengröße aufweisen, welche klein genug ist, um Bakterien zu entfernen.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Ausscheiden von Lösungsmittelkomponenten einer ionenhaltigen Flüssigkeit in einer elektrodialytischen Zelle mit wenigstens drei Kammern, dadurch gekennzeichnet, daß die ionenhaltige Flüssigkeit in eine Zuflußkammer (z. B. 24, 50) eingeführt wird und Ionen einer bestimmten Polarität zunächst vom elektrischen Feld aus der Zuflußkammer (24 bzw. 50) in eine Zwischenkammer (25 bzw. 51) durch eine Filtermembran (22 bzw .49) hinein und dann aus der Zwischenkammer (25 bzw. 51) durch eine für die Ionen durchlässige, aber für Ionen entgegengesetzter Polarität durchlaßhemmende Membran (23 bzw. 48) aus Ionenaustauschermaterial herausgetrieben werden, wobei die Porengröße der Filtermembran (22 bzw. 49) mindestens 10 ηιμ beträgt, und stets größer gewählt wird als die der Ionenaustauschermembran (23 bzw. 48), und die Lösungsmittelkomponenten aus der Zwischenkammer (25 bzw. 51) abgezogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtermembran (22 bzw. 49) Ionenselektivität der gleichen Polarität wie die Ionenaustauschermembran (23 bzw. 48) besitzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zwischenkammer (25 bzw. 51) ein niedrigerer Druck aufrechterhalten wird als in der Kammer (26 bzw. 50), in welche die aus der Zwischenkammer (25 bzw. 51) auswandernden Ionen eintreten.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuflußkammer (24) ein niedrigerer Flüssigkeitsdruck und in der Kammer (26), in die aus der Zwischenkammer (25) auswandernde Ionen eintreten, ein höherer Druck als in der Zwischenkammer (25) aufrechterhalten wird.

5. Elektrodialytische Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Membran (22, 23) in bezug auf die Membranelastizität so gering ist, daß bei einem auf wenigstens eine Membran von außen wirkenden Flüssigkeitsüberdruck die Membranen innerhalb der Produktenkammer zur gegenseitigen Anlage kommen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Membranen eine gerippte Oberfläche (41) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch ein Mehrkammersystem, in welchem die Membranen der einen Art (48) mit den Membranen der anderen Art (49) abwechseln.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1 068 105.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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