-
Dr. In;. Chem. Sandoi Watjna, Brd Honnef, Reichenbergerstr. 30 a &
Ersatz schwach dissoziierter Wasserstoffionen von Säuren durch Alkali- oder Ämmoniumionen
aus verdünnten oder durch andere Alkali- oder Ammoniumsalze verunreinigten alkalisch
reagierenden Lösungen Alkali- oder Ammoniumsalze von Säuren, die schwach dissoziierte
Wasserstoff ionen enthalten, z.B. Essigsäure, Ameisensäure, Glutaminsäure, weiterhin
Phosphorääure, Schwefelsäure und dgl. werden durch Zusammenbringen der Säure mit
einer alkalisch reagierenden Alkali- oder Ammoniumverbindung, zOBo Soda, Pottasche,
Alkalihydroxyd, Ammoniak, und dgl, dargestellt. Daneben können die ersten Wasserstoffionen
einiger der angefuhrten Säuren direkt durch Alkaliionen eines stark sauren Kationenaustauschers
ersetzt werden; solche Säuren sind die Phosphorsäure, Schwefelsäure und dglo Nach
dieser Methode können aber nur stark dissoziierte Wasserstoffionen ersetzt werden
Die Alkali- oder Ammoniumsalze der erwähnten Säuren sind meistens in fester Form
in Handel, so dass die bei der Herstellung anfallenden Lösungen eingedamft werden
müssen0 Infolge hoher Eindampfungskosten konnten bisher verdünnte alkalische Lösungen
zum genannten Zweck in der Praxis nicht verwendet werden0 Solches verdinnte Alkalilaugen
oder Ammoniaklösungen fallen aber in vielen Fällen sehr billig an* So erhält man
eine Alkalilauge von etwa 1 obiger Konzentration, wenn man Kalkwasser oder eine
verdünnte Suspension von Calciumhydroxyd in Wasser auf einen mit Alkaliionen beladenen
Kationenaustauscher gibt. Verdünnte Alkalisalzlösungen werden aus natürlichen Wässern,
wie Meerwasser Brackwasser und dgl0 erhalten, wenn man die in ihnen enthaltenen
mehrwertigen Kationen durch Alkaliionen austauscht; die so erhaltene Lösung gibt
mit einem mit Hydroxylionenbeladnen stark basischen Anionenaustauscher.
-
eine verdünnte Alkalilauge. Verdünnte Ammoniaklösungen werden bei
der Austreibung von Ammoniak aus verdünnten Lösungen erhalten, wenn man in der Rektifizierkolonne
ohne Rückfluss arbeitet, d0h weniger Dampf verbraucht, Die Verdanpfungskósten verhindern
die Verwendung von solchen Alkalilaugen oder Ammoniaklösungen, die mit Salzen dieser
Kationen verunreinigt sind0 Auch diese Lösungen werden mit niedrigen Kosten erhalten,
sie fallen oft auch als Abfall anp So bildet sich Alkalilauge in einer Lösung von
Alkalisulfat oder Alkalisulfit beim Zusammenbringen mit Calsiumhydroxyd, wobei ein
erheblicher Teil des unveränderten Alkalisalzes zurückbleibt0 Carbonat- oder Bicarbonat
enthaltende natürliche Wässer, die daneben noch andere Alkalisalze enthalten, können
durch Zusatz von Calciumhydroxyd in Lösungen von Alkalihydroxyde umgewandelt werden9
Salzhaltige Alkalilauge bildet sich in einer konzentrierten Lösung eines A1-kalisalzes,
wenn man sie durch einen mit Hydroxylionen beladenen stark basischen Anionenaustauscher
leitet. Eine ähnlich zusammen gesetzte Lösung wird bei der Elektrolyse von Alkalisalzen
im Diaphragma-Verfahren erhalten. Die erwähnten carbonat- oder bicarbonathaltigen
natürlichen Wässer können auch ohne weitere Behandlung als alkalische Lösungen,
wenn auch mit einem niedrigerem pH-Wertbetrachtet werden0 Gebrauchte wegenerierlösungen
von Anionenaustauschern enthalten stets einen tberschuss der verwendeten Alkalilauge
oder des Ammoniumhydroxyds.- Abfallösungen anderer Industrien enthalten ebenfalls
Alkalilauge.
-
In allen diesen Fällen müssen die in der alkalisch reagierenden Lösung
enthaltenen Alkalisalze zuerst durch Auskristallisieren entfernt werden, bevor man
sie zum Ersatz der Wasserstoffionen der schwachen Säuren verwendet, um die Alkalisalze
der letzteren in reiner Form herstellen zu können. Vor der Auskris tailisation muss
man diese alkalischen Lösungen eindampfen.
-
Mit der Brfindung ist erkannt worden, dass man die Ver-Verwendung
der dampfungskosten, die mit der/verdünnten oder verunreinigten Alkalilaugen oder
Ämmoniaklösungen verbunden sind, weitgehend bis vollständig vermeiden kann1 wenn
man die die alkalische reaktion verursachenden Alkali- oder Ammoniumionen der Lösung
durch einen schwach dissoziierten Kationenaustauscher bindet und sie nach Entfernen
der verdünnten Lösung aus dem Kationenaustauscher bei gleichzeitigen Austausch der
Wasserstoffionen an die schwach dissoziierte Säuren abgibt, Auf diese Weise erhält
man eine Lösung des Alkali-oder ammoniumsalzes der schwach dissoziierten Säure,
deren Eonzentration der der angewendeten Säure nahezu gleich isto Die schwach dissoziierte
Säure wird dabei in einer solchen Konzentration verwendet, dass während des Ionenaustausches
im Austauscherbett kein Alkalisalz ausfällt, Zur Durchführung der Erfindung werden
solche Kationenaustauscher verwendet, die mit Wasserstoffionen beladen Salze starker
Säuren nicht spalten können0 Ihr pK-Wert liegt zwischen 3 und 110 Solche Kationenaustauscher
enthalten unter anderen folgende aktive Gruppen: Carboxylgruppe, allein oder zusammen
mit Amino - oder subtituierter Aminogruppe, Phosphorsäure- oder Phoshphinsäurerest,
Sulfinsäure, Sulfonsäureamid, phenolische Hydroxylgruppe amein oder zusammen mit
Nitrogruppe, ill man nach dem Verfahren sehr schwach dissoziierte Wasserstoffionen
durch Alkaliionen ersetzen, so verwendet man vorteilhaft solche Kationenaustauscher
, deren pK-Wert zwischen 6 und 10 liegt. Einen solchen Fall ergibt z03. der zusatz
des zweiten und des dritten Wasserstoffions der Phosphorsäure durch Alkaliione Zum
Verfahren wird vorteilhaft ein stark vernetzter grossporiger Kationenaustauscher
verwendet, da sein Volumen, wenn mit Wasserstoffionen oder mit Alkaliionen beladen
sich weniger stark änd srt als bei den w<£nip;er stark vernetzten Kationenaustauschern.
-
Zur Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit wird ein Kationenaustauscher
mit Durchmessern der Körner zwischen- 0,1 bis 0,6 mm, vorteilhaft zwischen 0,3 bis
0,5 mm genommen:0 Bei der Verwendung von Kationenaustauschern mit hohem pK-Wert
werden die aufgenommenen Alkaliionen durch die Wasserstoffionen des Wassers auch
verdrängt, Demzufolge nimmt das zum Auswaschen des KationenaUstauschers benutzte
Wasser Alkaliionen auf, Um den Verlust dieser Wasserstoffionen zu verhindern, wird
bei der Beladung des Kationenaustauschers mit den Alkaliionen ein Teil seiner.içasserstoffionen
unausgenutzt gelassen. Diese Wasserstoffionen dienen dazu, die vom Waschwasser aufgenommenen
Alkaliionen zu ersketzen; dabei wird das austliessen{e Waschwasser alkalifrei, Sowohl
die Beladung des Kationenaustauschers mit Alkali- oder Ammoniumionen als auch der
Austausch der Wasserstoffionen der schwach dissoziierten Säure können nach allen
bekannten Ionenaustauschverfahren durchgeführt werden0 So kann man mit stehendem
oder b.ewegtem Austauscherbett, mit mehreren hintereinander geschalteten ltustauscherbetten,
deren Reihenfolge stets dieselbe oder im anderen Fall in den beiden Austauschreaktionen
verschieden und ist,/bei gleich- oder entgegengesetzt gerichteter strömung der beiden
Reaktionslösung arbeiten.
-
Bei mehrbasischen Säuren, deren ersten Wasserstoff ion stark dissoziiert
ist, kann man zuerst dieses Ion durch Alkaliionen eines stark dissozziierenden Kationenaustauschers
ersetzen; das sich dabei ergebende Alkali- oder Ammonium-Hydrogensals- wird danach
laut vorliegender Erfindung weiterbehandelt und sein Wasserstoffion auf die gegebene
Art durch Alkali oder Ammoniumion ersetßt.
-
Der Ersatz des ersten Wasserstoffions erfolgt nach bekannten Verfahren;
die dabei erhaltene Säure aus dem zur Rezyenerierung des Kationenaustauschers verwendeten
Salz kann zu vielen Zwecken
verwendet werden, z.B0 zum Regenerieren
anderer Kationenaustauscher, zum Auflösen von Minerialien, usw, Durch eine Verbesserung
der Erfindung kann man zwei oder mehrere schwach dissoziierte Kationenaustauscher
in Serie geschaltet verwenden, wobei die Beladung mit den Alkali- oder Ammoniumionen
der verdünnten lösung durch die nach ihren abnehmenden Kationenaustauscher pK-derten
aneinanderfolgenden, die Reaktion mit der Säure in umgekehrter Reihenfolge durchgeführter
wird Wenn der schwach dissoziierte Kationenaustauscher neben den Alkali- oder-Ammoniumionen
auch mehrwertige Ionen gebunden hat, wie dies bei der Behandlung von natürlichen
Wässern alkalischer Reaktion meistens der Fal ist, so wird vor der aufgabe der schwachen
Säure eine Alkali- oder Ammoniumsalzlösung auf den Austauscher.
-
gegeben, durch die die mehrewertigen Ionen entfernt werden0