DE1642452B2 - Verfahren zum Ionenaustausch in Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine vereinfachte und sehr wirksame Methode zur Entfernung von Ionen aus Flüssigkeiten, insbesondere aus Wasser. Sie besteht darin, daß man anstelle der handelsüblichen, d.h. 40—65% Wasser enthaltenden Ionenaustauscher, deren Korngröße <0,l mm ist, nunmehr solche Pulverharze verwendet und deren Wassergehalt unter 30% liegt

In der Praxis tritt nun häufig das Problem auf, Lösungen, insbesondere Wasser, schnell äufzubereiien. Man erreicht dies vorteilhaft indem man Mischungen von Ionenaustauschern in sehr fein verteilter Form und in trockenem Zustand mit dem zu behandelnden Wasser in Berührung bringt Der Ionenaustauschvorgang läuft dabei in Sekunden ab. Man kann hierzu entweder das Wasser über das feinpulvrige Ionenaustauscher-Gemisch filtrieren, die Mischung in das Wasser einrühren und wieder entfernen oder diese in einem geeigneten durchlässigen Gefäß in das Wasser einhängen. Dabei wird im allgemeinen auf die Regenerierung der Austauscher verzichtet Man kann nicht nur Gemische von Ionenaustauschern allein, sondern gegebenenfalls auch zusammen mit Absorptionsmitteln und mit weiteren Stoffen verwenden.

Die Mischungen der einzelnen Ionenaustauscher, gegebenenfalls unter Zusatz von weiteren Stoffen, werden so hergestellt daß die einzelnen Komponenten in trockenem Zustand und einer Korngröße unter 0,1 mm, bevorzugt unter 0,04 mm, in solchen Anteilen zusammengegeben werden, daß bei der Berührung mit der zu behandelnden Lösung eine rasche Quellung der einzelnen Teilchen und gleichzeitig eine Agglomeration zu größeren Flockenaggregaten eintritt. Die Bildung von Flockenaggregaten (Sekundärflocken) zeigt sich darin, daß das Gemisch in feuchtem Zustand ein größeres Volumen einnimmt als es der Summe der feuchten Einzelkomponenten entspricht Diese Eigenschaft der Mischung wird durch geeignete Zusammenstellung der Mischungspartner, besonders bei Mischung gegensinnig geladener Teilchen, z. B. bei Mischung von Kationen- und Anionenaustauschern, erreicht. Die Belcdungsform der dabei verwendeten Kationen- und Anionenaustauscher hat bei der erfindungsgemäßen Anwendung von Pulvern mit Korngrößen unter 0,1 mm, bevorzugt unter 0,04 mm, keine Bedeutung, jedoch hängt die erfindungsgemäß notwendige Bildung von Sekundärflocken vom Mahlgrad ab. je feiner die Körnung, desto ausgeprägter ist diese Erscheinung.

Dies wird anhand der folgenden Tabelle näher erläutert. Angewendet wurden in dem Beispiel ein Styrol-Divinylbenzol-Sulfosäureharz in der Natriumform mit 10 Gewichtsprozent Wassergehalt und ein Styrol-Divinylbenzol-Harz mit quartären Ammoniumgruppen in der Chloridform mit 25 Gewichtsprozent

Korngroße	10	0,2-0,3 mm	Volumenteile in Wasser für	Styrol-	Mischung	harz	3,4
	0,1-0,2 mm	1 Gewichtsteil		Sulfosäure- ammonium- I : 1	3,2	4,4
	15 Kleiner als	Styrol-	harz	3,0	10,1
	0,1 mm	3,2	3,0
2,2
2,2

Die erfindungsgemäße Verwendung von Ionenaus tauscherharzen einer Korngröße < 0,1 mm, derei Wassergehalt unter 30% liegt bietet ge^'.flüber de Verwendung der üblichen Pulverharze folgende Vortei Ie:

Im Gegensatz zu üblichen gemischten Pulverharzer die bereits in ihrer Lieferform agglomeriert sind agglomerieren die trockenen Pulverharze erst bei ihren Einbringen in die zu behandelnde Lösung. Da bei dei Agglomeration in der Lösung enthaltene Schwebstoff teilchen umhüllt und dadurch ausgefällt werden, wire zugleich mit der Deionisierung eine intensive mechani sehe Reinigung der behandelten Lösung erreicht Fernei ermöglichen sie die Herstellung und Verwendunj steriler Ionenaustauscher. Die trockenen Ionenaustau scher lassen sich sterilisieren. Infolge des geringer Wassergehaltes bleibt die Sterilität auch während dei Lagerung erhalten.

Ionenaustauscher im Sinne der Erfindung sine insbesondere Styrol-Divinylbenzol-Harze, die ionenaus tauschende Gruppen tragen. Diese Gruppen könner kationenaustauschende Gruppen, z. B. Sulfonsäuregrup pen, oder anionenaustauschende Gruppen, z. B. aliphati sehe Amine oder quartäre Ammoniumgruppen sein Auch Ionenaustauscher auf Acrylat-Basis mit Carboxyl gruppen sind geeignet. Die Austauscher können in dei Säure- bzw. Basenform oder in beladenem Zustand ah Salze vorliegen und können je nach Verwendungszweck beliebig gemischt werden. Es können ihnen Adsorbentien, wie Kunststoffpulver oder Aktivkohle, beigemischi sein.

In einer besonderen Ausführungsform kombinier!

V) man die Behandlung des Wassers mit der Kaffee- odei Tee-Bereitung. Hierzu mischt man dem Kaffee oder Tee geeignete Ionenaustauscher bei. P',« Kaffee- odei Tee-Bereitung selbst erfolgt in herkömmlicher Weise durrh Filtration. Es ist natürlich auch möglich, in diesem

ji Fall die Behandlung des Wassers und die Getränkebereifung voneinander zu trennen, indem man das Wasser zuerst der Ionenaustauscherbehandlung unterwirft und dann über den Kaffee bzw. Tee filtriert.

In einer weiteren Ausführungsform werden die

W) Ionenaustauscher bzw. Ionenaustauscher-Gemische vor ihrer Anwendung — gegebenenfalls in einer Filtriervorrichtung — sterilisiert. Da das Material trocken ist, kann dieses sterilisierte Material beliebig lang im sterilen Zustand aufbewahrt werden. Man wird in einem solchen

hi Fall bevorzugt eine kleine Menge Ionenaustauscher in einem Papierfilter oder einer ähnlichen Vorrichtung sterilisieren und das Material nach Gebrauch zusammen mit dieser Vorrichtung verwerfen.

Außer den bereits genannten Anwendunfjsmöglichkeiten seien beispielhaft weiter genannt die Enthärtung von Wasser für kosmetische Zwecke, die Entcarbonisierung von Blumengießwasser und die Entsalzung von Wasser, z, B. für elektrische Batterien und Klimageräte.

Beispiel 1

In diesem und in den folgenden Beispielen wurde Leitungswasser folgender Zusammensetzung verwendet:

Gesamthärte	14°d
Carbonathärte	8°d
Gesamtsalzgehalt	20° d
Chloride	120mg/i

a) Entcarbonisierung und Enthärtung zur Bereitung von Kaffee-Wasser.

Verwendet wurde eine Mischung aus 3 Gewichtsteilen eines Styrol-Divinylbenzolcopolymerisates mit Ammoniumgruppen als Chloridsalz, 1 Gewichtsteil eines Styrol-Divinylcopolymeriisates mit Sulfosäuregruppen als Natriumsalz und 0,5 Gewichtsteile Aktivkohle. Die Körnung der Mischung war unter 0,04 mm. Der Wassergehalt betrug 20 Gewichtsprozent für das Harz mit Ammoniumgruppen, 10% für das Harz mit Sulfosäuregruppen und 5% für die Aktivkohle.

10 g dieser Mischung wurden zu einer etwa 5 mm hohen Schicht auf einem Sieb rvüt Kunstst'offgewebe ausgebreitet und mit dem gleichen Gewebe abgedeckt Dann wurden 1000 ml zum Sieden erhitztes Wasser in 60 Sekunden durch diese Schicht gegossen und zur Bereitung von Kaffee verwendet. Fegende Restgehalte wurden gefunden:

Alkalität	l^mval/l
Resthärte	2,6° d
Kaffeetest	kräftig, voll

b) 5 g der Ionenaustauschermischung des Beispiels la) ohne die Aktivkohle wurden mit 70 g Kaflfeepulver gemischt Diese Mischung wurde auf einem Sieb ausgebreitet und 500 ml siedendes Wasser innerhalb von 2 Minuten durch diese Schicht gegossen. Der erhaltene Kaffee hatte ein besonders volles und kräftiges Aroma.

Beispiel 2
Entcarbonisierung

g eines Harzpulvers mit einer Körnung zwischen 0,1 und 0,01 mm wurden 1 I Wasser zugesetzt Das Harzpulver war ein Copolymerisat aus Acrylsäure und Divinylbenzol und lag zu 90% in der Η-Form, zu 10 Gew.-% in der Na-Form vor. Auf 8 Gewichtsteile des Acrylharzes kam zusätzlich ein Gewichtsteil eines Copolymerisates aus Styrol mit Divinylbenzol mit quartären Ammoniumgruppen in Chloridform in gleicher Körnung wie die vorerwähnten Anteile. Der Wassergehalt der gesamten Mischung betrug 12%. Oie Aufschlämmung des Harzes in Wasser wurde 20

in Sekunden geschüttelt, abfiltriert und im behandelten Wasser die Resthärte, Restalkalität sowie der Geschmack von damit bereitetem Kaffee bestimmt Das Meßergebnis zeigt, daß bei einem Gewichtsverhältnis von 100 :1 das Wasser vollständig entcarbonisiert wird.

Restgehalte im behandelten Wasser:

Alkalität

Resthärte

Kaffeetest

0 mval/1
5,8° d
säuerlich, kräftig

Beispiel 3

a) Entcarbonisierung und Enthärtung mit einer Mischung dreier Austauscher.
Angewendet wurde die Mischung eines Acrylsäureharzes (Aufbau wie in Beispiel 3 in der H-Form, eines mit Divinylbenzol vernetzten Styrolsulfosäureharzes in der Nr.-Form und eines mit Divinylbenzol vernetzten Styrolharzes mit quartären Ammoniumgruppen in der Chlorid-Form. Die Mischung hatte eine Korngröße zwischen 0,05—0,01 mm und einen Feuchtigkeitsgehalt von ca. 10%. Das Mischungsverhältnis betrug 3 Gewichtsteile Acrylsäureharz auf 2 Teile Styrolsulfosäureharz und 1 Teil Styrolammoniumharz. Bei Eintragen der Mischung in die hundertfache Gewichtsmenge Leitungswasser, 10—15 Sekunden Schütteln und anschließendem Abfiltrieren ergaben sich die folgenden Restgehalte im behandelten Wasser:

Alkalität

Resthärte
Kaffeetest

0,.15mva'1

(auf Methylorange)

0,3° d

säuerlich, kräftig,

vollmundig

b) Die Mischung des Beispiels 4a) wurde mit Tee gemischt und in einem durchlässigen Papierbeutel einige Minuten in heißem Wasser ziehen gelassen. Der erhaltene Tee war frei von störendem Beigeschmack und besaß ein besonders volles Aroma.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeiten, insbesondere von Wasser, wobei man Mischungen verschiedener Ionenaustauscher, die eine Korngröße kleiner als 0,1 mm aufweisen, gegebenenfalls in Mischung mit Adsorbentien und weiteren Stoffen mit der zu behandelnden Flüssigkeit in Kontakt bringt, dadurch gekennzeichnet, daß man Ionenaustauscherharze mit einem Wassergehalt von unter 30% verwendet

   Wassergehalt; beide Produkte wurden in Wasse eingequollen und das Volumen unter Wasser, einmal vo und einmal nach Mischung gleicher Gewichtsteile gemessen in trockenem Zustand — bestimmt.