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Es sind Verfahren bekannt, in denen ionenaustauschende Substanzen
als schonende Katalysatoren für empfindliche chemische Reaktionen dienen, beispielsweise
bei der Verseifung von Estern oder bei der Herstellung von optisch aktiven Substanzen,
wie z. B.
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Oxyfettsäuren aus Halogen-Fettsäuren. Hierbei werden die Trennungen
der heterogenen Umsetzungsgemische von Lösungen und Ionenaustauschpartikeln gewöhnlich
durch Filtration vorgenommen bzw. die Umsetzung in Filterkolonnen durchgeführt.
Die verwendeten Ionenaustauscher können danach durch Lösungen von höherer Adsorptionsaffinität,
insbesondere höherer Ionenkonzentrationen, von den aus der Umsetzungslösung adsorbierten
Ionen befreit werden, womit sie zu erneutem Einsatz befähigt werden.
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Kommen für derartige. Umsetzungen Gemische von Anionen- und Kationenaustauschern
oder Gemische von gleichionigen Austauschsubstanzen zum Einsatz, die auf Grund ihrer
Struktur oder Stärke ihrer polaren Gruppen unterschiedliche Austauschfähigkeit gegen
verschiedenartige Ionen besitzen, so ist - da die Regeneration einer Austauscherart
vorteilhaft für sich allein durchgeführt wird - eine Trennung von Austauschergemischen
nur dann möglich, wenn die einzelnen Sorten unterschiedliche Wichte aufweisen.
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Bekannt ist auch die Einlagerung indifferenter Stoffe von solcher
Dichte oder Korngröße in das Mischbett der Austauschersubstanzen bei der Entsalzung,
daß sie nach der Flotation eine Trennschicht zwischen den Austauschern bilden.
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Auch die gravimetrische Trennung von Mischbettaustauschern mittels
Lösung, deren Dichte zwischen der beider Austauschersubstanzen liegt, ist bekannt.
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Dieses Verfahren ist in der Anwendung beschränkt, denn es steht vielfach
keine geeignete Tragflüssigkeit zur Verfügung, die gerade mit ihrer Wichte zwischen
den spezifischen Gewichten der Feststoff-Partikelsorten liegt.
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Gravimetrische Trennungen sind also nur in bestimmten Fällen ausführbar.
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Gegenstand dieser Erfindung ist nun ein Verfahren zur Trennung von
Ionenaustauscher-Gemischen durch Flotation, welches diese Nachteile bei Austauschergemischen
beseitigt und außerdem eine nicht auf Filtration basierende Trennung des heterogenen
Reaktionsgemisches ermöglicht.
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Das Verfahren der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß an einen
Austauscher in wäßriger Dispersion ein amphiphiler Stoff entgegengesetzter Ladung
adsorbiert und daß das Adsorbat durch Einblasen eines Gases, insbesondere Luft,
ausgeschäumt wird.
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Es wurde weiter gefunden, das Aus schäumen mittels anionen aktiver
Reagenzien bei pH-Werten über 3 bis 4 durchzuführen und das Ausschäumen mittels
kationenaktiver Stoffe bei pH-Werten von 1 bis 8, insbesondere 4 bis 6, durchzuführen.
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Ferner wurde gefunden, daß vorteilhaft als Trägerflüssigkeit für
die wäßrige Dispersion verdünnte Salzlösungen, -wie kaltgesättigte und dann auf
das doppelte Volumen verdünnte K2SO4-Lösung, verwendet werden.
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Weiter wurde gefunden, daß amphiphile Stoffe polarer Struktur mit
Alkyl- oder Alkyl-Aryl-Restgruppen mit über 13 CH3-Gruppen oberhalb Raumtemperatur
bir zum Siedepunkt der wäßrigen Dispersion adsorbiert werden. In weiterer Ausbildung
der Erfindung können Kationenaustauscher-Gemische mit Blei-, Quecksilber- oder Zinnsalzen
beladen werden,
worauf Ölsäure oder deren Seifen an den beladenen Austauscher adsorbiert
werden.
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Ferner wurde gefunden, daß in Austauschergemischen an eine Gemischkomponente
amphiphile Stoffe adsorbiert werden, das Adsorbat mit auszutauschenden Ionen beladen
und dann ausgeschäumt wird.
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Die Flotation von Ionenaustauscher-Gemischen nach dem Verfahren der
Erfindung gestattet eine wesentlich schärfere und raschere Trennung als die an ausreichendeDichteunterschiede
geknüpfte Schweretrennung.
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Die flotative Trennung von Austauschersubstanzen kann also auch dann
erfolgen, wenn diese feiner Struktur sind; in solchen Fällen ist eine einwandfreie
Schweretrennung nicht möglich.
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Es wurde auch das Vorurteil überwunden, daß hydrophobierte Austauschersubstanzen
nicht mehr für auszutauschende Ionen der Lösung vollständig durchlässig sind und
für die Adsorption von Ionen aus Lösungen verwendet werden können.
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Für das Verfahren der Erfindung ergibt sich dadurch eine überraschende,
vorteilhafte neue Wirkung, daß ganz bestimmte Austauscherpartikeln unabhängig von
ihrem spezifischen Gewicht oder dem spezifischen Gewicht der Tragflüssigkeit durch
die Zugabe von selektiv wirkenden Reagenzien, nämlich den hydrophobierenden Substanzen,
so spezifisch in ihren Oberflächeneigenschaften verändert werden, daß die Austauscherpartikeln
mit Luftblasen besetzt und an diesen anhängend - und somit eine ganz bestimmte Austauschersorte
- selektiv zum Aufschäumen gebracht werden können. Die Auswahl, welche Sorte von
Austauscherpartikeln geschwommen werden soll, wird allein durch die Art der spezifischen
hydrophobierenden Substanzen bestimmt, die selektiv die Oberflächeneigenschaften
unabhängig vom spezifischen Gewicht verändern. Es kann beispielsweise erreicht werden,
daß schwerere Austauscherpartikeln zum Aufschwimmen gebracht werden, während an
sich leichtere Austauscher oder sonstige Feststoffe innerhalb der Flüssigkeit dispergiert
bleiben. Es gelingt also, Ionenaustauscher-Partikeln unabhängig von gravimetrischen
Einflüssen gezielt zu hydrophobieren und in Form eines Schaumes von der reinen oder
noch andere Feststoffe enthaltenden Traglauge zu trennen, ohne daß diese Traglauge
nun besonders beschaffen sein muß.
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Bei der Behandlung von Fettsäurelösungen mit Anionenaustauschern
wurde gefunden, daß Fettsäuren größerer Kettenlängen, vorzugsweise mit mehr als
6 bis 8 C-Atomen, sehr fest von den Ionenaustauscher-Substanzen adsorbiert werden,
wobei offenbar die langkettigpolaren Fettsäure-Anionen nicht sehr weit in die gequollenen
Austauschergerüste bzw.
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Poren eindringen. Es verleihen schon geringe Mengen adsorbierter Fettsäure-Anionen
den äußeren Hüllen der Ionenaustauscher-Partikeln einen bestimmten Grad hydroph
ob er Eigenschaften. Überraschend ist die hydrophobierende Umhüllung der adsorbierten
Fettsäure-Anionen vollständig durchlässig für auszutauschende Ionen der Lösung,
so daß die Austauschkapazität der aktiven Gruppen in den vernetzten Knäuelmolekeln
praktisch voll ausgenutzt wird. Die abschirmende Wirkung der hydrophoben Kohlenwasserstoffreste
der Fettsäuren reicht aus, um die Benetzung durch die umgebende Flüssigkeit so zu
mindern, daß derartig besetzte Ionenaustauscher-Partikeln
Gasblasen
anheften können. Es wird damit möglich, durch Einblasen oder Einsaugen von Gasen,
insbesondere von Luft, einen Ionenaustauscher-Partikeln tragenden Schaum zu erzeugen
und diese Partikeln dann mittels Flotation von der Lösung abzutrennen.
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Das Verfahren der Erfindung wird durch folgende Beispiele erläutert:
Beispiel 1 Ein Gemisch von 500 g Anionenaustauscher mit quaternärem Stickstoff auf
einer Matrix von vernetztem Polystyrol in der Chloridform und 500 g eines Kationenaustauschers
mit SO3-Ankergruppen in der Na-Form wird in einer Labor-Schwimmaschine mit Zusatz
von 0,8 g Natriumoleat in verdünnter wäßriger Lösung in 5 Minuten in ein Schaumkonzentrat
und einen in der Zelle verbleibenden, nicht schwimmfähigen Rückstand zerlegt. Das
Konzentrat enthält 98, 5°/o des Anionenaustauschers mit geringen Verunreinigungen
durch den Kationenaustauscher; der Rückstand enthält 95,2 0/o Kationenaustauscher.
Eine Nachbehandlung des Schaumes ergibt ein zweites Konzentrat des Anionenaustauschers
mit einer Ausbeute von 98 °/0 bei einer Reinheit von 99,6 °/0.
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Es wurde damit das positiv aufgeladene Harzgerüst des Anionenaustauschers
offenbar über eine Anlagerung der negativen COO-Gruppen des Natriumoleats durch
den Kohlenwasserstoffrest dieser Seife hydrophobiert und einem Flotationsverfahren
zugänglich gemacht. In ähnlicher Weise wie Fettsäureseifen wirken andere Verbindungen
mit negativer polarer Gruppe, wobei es kaum darauf ankommt, ob die Mittel in ionogener
Form oder in Form der freien Säuren eingesetzt werden.
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Beispiel 2 Ein Gemisch von 500 g (A-)Zn+ (zinkbeladenen Kationenaustauscher
mit SO3-Ankergruppe) und 500 g (A+)NO3-, aufgeschlämmt in 3 1 Wasser, wird praktisch
vollständig in seine Ausgangskomponente zerlegt, wenn mit Zusatz von 0,3 g eines
technischen Gemisches primärer Hexadyl- und Oktadylamin-Hydrochlorid der metallbeladene
Kationenaustauscher ausgeschäumt wird.
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Vorteilhaft erfolgt die Hydrophobierung und das Ausschäumen der Kationenaustauscher
mittels positiven amphiphilen Mitteln in dem Bereich von pH 1 bis 8, insbesondere
von pH 4 bis 6.