DE2001768A1 - Compositions containing derivatives of >> hemicellulose << - Google Patents
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Description
PATENTANWÄLTE ? Π ΓΜ 7 fi 8PATENT LAWYERS? Π ΓΜ 7 fi 8
DIPL-CHEM. DR. WERNER KOCH DR.-ING. RICHARD GLAWEDIPL-CHEM. DR. WERNER KOCH DR.-ING. RICHARD GLAWE
DIPL.-ING. KLAUS DELFS . DIPL-PHYS. DR. WALTER MOLLDIPL.-ING. KLAUS DELFS. DIPL-PHYS. DR. WALTER MOLL
2000 Hamburg 52 . Waltz«traße 12 · Ruf 89 22 8000 München 22 ■ UebherrstraSe 20 · Ruf 22 65482000 Hamburg 52. Waltz «street 12 · Ruf 89 22 8000 Munich 22 ■ UebherrstraSe 20 · Call 22 6548
BETRIFFT:REGARDS:
P 55^5/70P 55 ^ 5/70
e/te / t
HAMBURGHAMBURG
LINEN INDUSTRY RESEARCH ASSOCIATION, LAMBEG, LISBURN, CO ANTRIM, NORTHER IRELANDLINEN INDUSTRY RESEARCH ASSOCIATION, LAMBEG , LISBURN, CO ANTRIM, NORTHER IRELAND
Derivate von "Hemicellulose" enthaltende Zusammensetzungen. Compositions containing derivatives of "hemicellulose".
Die Erfindung betrifft Zusammensetzungen, die sich von "Hemicellulose11 herleiten, und Verfahren zu ihrer Herstellung.The invention relates to compositions derived from "hemicellulose 11, and methods for their preparation.
Die hier verwendete Bezeichnung "Hemicellulose" soll die Polysaccharide und Polyuronide des Typs ein« schließen, die den Hauptteil der polymeren Stoffe bilden, die mit Cellulose vergesellschaftet sind, wie beispielsweise in den meisten natürlichen faserigen Stoffen auf Cellulosebasis.As used herein, "hemicellulose" is intended to include the polysaccharides and polyuronides of the type which make up the majority of the polymeric materials associated with cellulose, such as most natural cellulosic fibrous materials.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Zusammen setzung, die im wesentlichen oder ganz wasserunlöslich The present invention provides a composition that is substantially or wholly insoluble in water
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ist und die "Hemicellulose11 mit darin eingebrachten Metall— oder Halbmetallionen enthält.and the "contains hemicellulose 11 with metal or semi-metal ions incorporated therein.
Wenn auch die Ionen lediglich in der "Hemicellulose11 gehalten oder eingeschlossen sein können, bilden sie vorzugsweise einen Komplex oder bilden ein Salz damit. Auch liegt die Zusammensetzung vorzugsweise in Form eines Gels vor.Although the ions can only be held or enclosed in the hemicellulose 11 , they preferably form a complex or form a salt therewith. Also, the composition is preferably in the form of a gel.
Die Zusammensetzung nach der Erfindung hat zahlreiche Anwendungen, die hauptsächlich von den Metall— oder Halbmetallionen, die in die Hemicellulose eingebracht sind, abhängen. Die Zusammensetzung findet eine wichtige Verwendung als heterogener Katalysator für Reaktionen, wie Hydrierung, Polymerisation, Abbau und Oxydation, insbesondere wo es bisher schwierig gewesen ist, Metallionen in geeigneter und befriedigender Weise auf einen Träger zu bringen. Für eine solche Verwendung enthält die Zusammensetzung vorzugsweise "Hemicellulose" mit darin eingebrachten Übergangsmetallionen, wie beispielsweise Chrom-, Mangan—, Molybdän-, Kobalt-, Nickel-, Eisen-, Platin-, Palladium-, Titan— oder Kupferionen.The composition according to the invention has numerous uses, mainly of the metal or semi-metal ions, which are incorporated into the hemicellulose depend. The composition has an important use as a heterogeneous catalyst for reactions such as hydrogenation, polymerization, degradation and oxidation, in particular where it has heretofore been difficult to support metal ions in a suitable and satisfactory manner. For such a use, the composition preferably contains "hemicellulose" with transition metal ions incorporated therein, such as chromium, manganese, molybdenum, cobalt, nickel, iron, platinum, palladium, Titanium or copper ions.
Eine weitere Verwendung der Zusammensetzung liegt im Ackerbau und im Gartenbau als Träger für wichtige Spurenelemente für das Pflanzenwachstum und zur Beeinflussung von Blumenfarben. Für diese Zwecke ist eine der nützlichen Eigenschaften der Zusammensetzung die, daß die Metall- oder Ilalbmetallionen zeitweilig unlöslich gemacht sind und allmählich duroh Mikrobenwirkung und Feuohtig-Another use of the composition is in agriculture and horticulture as a carrier for important trace elements for plant growth and for influencing flower colors. For these purposes, is one of the useful properties of the composition that the metal or Ilalbmetallionen are made temporarily insoluble and gradually duroh microbial effect and Feuohtig-
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keit aus der Zusammensetzung gelöst werden und nicht von der Bodenschicht, auf die sie aufgebracht sind, schnell ausgelaugt werden, wie es mit den meisten üblichen Mitteln der Fall ist.ability to be released from the composition rather than from the soil layer to which they are applied leached out, as is the case with most common remedies.
Die Zusammensetzung kann zweckmäßigerweise Silicagel oder Aluminiumoxyd enthalten. Ferner kann die Zusammensetzung und besonders wenn sie zur Verwendung als ein Katalysator vorgesehen ist, gegebenenfalls modifiziert sein, beispielsweise thermisch, indem man sie Temperaturen oberhalb 20O0C unterwirft. Das Produkt solcher thermischen Modifizierung hängt ab von den Metall- oder Halbmetall— ionen und der Umgebung, beispielsweise Temperatur und Atmosphäre, in der die Zusammensetzung behandelt wird.The composition may conveniently contain silica gel or alumina. Further, the composition and especially when it is intended for use as a catalyst, optionally be modified, for example, thermally, by subjecting them to temperatures above 20O 0 C. The product of such thermal modification will depend on the metal or semimetal ions and the environment, for example temperature and atmosphere, in which the composition is treated.
sich
Z.B. beginnt/die Zusammensetzung in Luft bei ?6O mm Hg bei
etwa 200 C zu zersetzen, bis die darin enthaltene Hemicellulose bei etwa 500 bis 600°C ein KohlenstoffSkelett
ergibt, das bis vergleichsweise hohen Temperaturen stabil ist. Wenn man Zusammensetzungen, die Silicagel oder Aluminiumoxyd
enthalten, erhöhten Temperaturen unterwirft, erzeugt Zersetzung der Hemicellulose in dem Maße, wie sich das
Kohlenstoffskelett bildet, Poren iu dem Silikagel oder
Aluminiumoxyd, wobei eine porige Struktur mit vergrößerter wirksamer Oberfläche und leicht zugänglichen gleichmäßig
angeordneten reaktiven Stellen für katalytisehe und/oder Absorptionszwecke verbleibt. Es ist auch möglich, durch
eine solche Behandlung eine Gelstruktur zu erhalten, diethemselves
For example, the composition begins to decompose in air at −6O mm Hg at around 200 ° C. until the hemicellulose contained therein forms a carbon skeleton at around 500 to 600 ° C. that is stable up to comparatively high temperatures. When compositions containing silica gel or alumina are subjected to elevated temperatures, decomposition of the hemicellulose as the carbon skeleton forms creates pores in the silica gel or alumina, forming a porous structure with increased effective surface area and easily accessible, uniformly spaced reactive sites remains for catalytic and / or absorption purposes. It is also possible to obtain a gel structure by such a treatment which
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gewünschte Porengrößen zur Verwendung in Präferenzoder selektiven chemischen Prozessen aufweist.has desired pore sizes for use in preferential or selective chemical processes.
Die Wirkung der erhöhten Temperaturen auf die Metalloder Halbmetallionen ist weit weniger voraussagbar und hangt in der Hauptsache ab von der Art des vorhandenen Metall— oder Halbmetallions. Wenn man beispielsweise Zusammensetzungen, die Mangan- oder Kupferionen enthalten, Temperaturen oberhalb 500 C unterwirft, liefern sie ein KohlenstoffSkelett mit überall fein aufgetragenem Manganoder Kupfermetall, während Zusammensetzungen, die Chrom— oder Molybdänionen einschließen, das entsprechende Oxyd gleichmäßig aufgebracht liefern.The effect of the elevated temperatures on the metal or semi-metal ions is far less predictable and depends mainly on the type of metal or semimetal ion present. For example, if you have compositions which contain manganese or copper ions, subject to temperatures above 500 C, deliver them Carbon skeleton with manganese or Copper metal, while compositions containing chromium- or include molybdenum ions, which provide the corresponding oxide evenly applied.
Es ist möglich, in einigen Fällen, wo Silicagel oder Aluminiumoxyd in der Zusammensetzung enthalten ist und wo die Metall- oder Halbmetallionen sich mit dem Kohlenstoff in der Gerüststruktur verbinden, die so gebildeten Carbide zu oxydieren, beispielsweise indem man sie erhöhten Temperaturen unter einer oxydierenden Atmosphäre unterwirft, um die entsprechenden Metall— oder Halbmetallionen oder deren Oxyde, in dem Silicagel oder Aluminiumoxyd getragen, zu hinterlassen.It is possible in some cases where silica gel or alumina is included in the composition and where the metal or semi-metal ions combine with the carbon in the framework structure so formed To oxidize carbides, for example by exposing them to elevated temperatures under an oxidizing atmosphere subject to the corresponding metal or semimetal ions, or their oxides, in the silica gel or Alumina worn to leave behind.
Ein weiterer Gesichtspunkt der thermischen Modifizierung ist die Tatsache, daß der Oxydationszustand der in einige Zusammensetzungen eingebrachten Metallionen geändert ν ird, wenn man die Zusammensetzungen erhöhten Temperaturen unterwirft, was sich im allgemeinen durch Farbänderungen zeigt, Another aspect of thermal modification is the fact that the oxidation state of the metal ions introduced into some compositions is changed ν ν, if the compositions are subjected to elevated temperatures, which is generally shown by color changes,
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insbesondere wo es sich um Übergangsmetallionen, beispielsweise Chromionen, handelt. Dieser Gesichtspunkt ist dadurch bedeutungsvoll, daß Metallionen in verschiedenen Oxydations— stufen in höherer Konzentration und gleichmäßiger auf Trägern, wie Silicagel und Aluminiumoxyd, niedergeschlagen erhalten werden können als bisher möglich gewesen ist.especially where there are transition metal ions, for example Chromium ions. This point of view is significant because metal ions are present in various oxidation states. levels are kept deposited in higher concentration and more evenly on supports such as silica gel and alumina than was previously possible.
Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zur Herstellung der Zusammensetzung, gekennzeichnet durch die Stufen: Zusetzen eines Metall— oder Halbmetallsalzes, dasThe invention also provides a process for the preparation of the composition characterized by Steps: Addition of a metal or semi-metal salt that
von einem einfachen Alkalimetallsalz verschieden ist, zu einer Hemicelluloselösung, die durch Lösen von Hemicellulose in einer alkalischen Lösung hergestellt worden ist, und, falls erforderlich, Vermindern des pH der Lösung zur Fällung der Zusammensetzung und anschließende Abtrennung des Niederschlags von der darüberstehenden Flüssigkeit.is different from a simple alkali metal salt, to a hemicellulose solution made by dissolving hemicellulose in an alkaline solution and, if necessary, reducing the pH of the solution to Precipitation of the composition and subsequent separation of the precipitate from the overlying liquid.
Unter der Bezeichnung einfaches Alkalimetallsalz ist ein Salz zu verstehen, in welchem die Kationen allein Ionen von Alkalimetallen sind und die Anionen nur Nichtmetallradikale enthalten, wie in Natrium- und Kaliumchloriden f sowie Natrium— und Kaliumnitraten. Salze, wie Kaliuraperman— ganat und Kaliumchromat, in denen die Anionen Metallradikale enthalten, fallen nicht unter diese Bezeichnung und sind in der Tat besonders nützlich in dem Verfahren der Erfindung.The term simple alkali metal salt is to be understood as meaning a salt in which the cations alone Ions of alkali metals are and the anions are only non-metal radicals Contain, as in sodium and potassium chlorides as well as sodium and potassium nitrates. Salts, such as Kaliuraperman— ganate and potassium chromate, in which the anions contain metal radicals, do not fall under this designation and are in in fact particularly useful in the method of the invention.
Vorzugsweise wird die Zusammensetzung abfiltriert, gewaschen und getrocknet. Die Trocknung erfolgt zweckmäßigPreferably the composition is filtered off, washed and dried. The drying takes place appropriately
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durch Erhitzen der abfiltrierten Zusammensetzung auf eine Temperatur von etwa 10O0C.by heating the filtered composition to a temperature of about 10O 0 C.
Vorzugsweise wird auch besagtes Metall— oder Halbmetall— salz in gelöster Form zu der Lösung zugesetzt.Said metal or semi-metal is preferably also salt added to the solution in dissolved form.
Die Herabsetzung des pH der Lösung kann in jeder üblichen Weise bewirkt werden, beispielsweise indem man eine Säure, wie Chlorwasserstoffsäure, Schwefelsäure oder Essigsäure zusetzt oder indem man ein saures Gas, wie Kohlendioxyd oder Schwefeldioxyd, dadurch leitet.The lowering of the pH of the solution can be effected in any conventional manner, for example by adding an acid such as Hydrochloric acid, sulfuric acid or acetic acid is added or by passing an acidic gas such as carbon dioxide or sulfur dioxide through it.
In der Textil—, Holzschliff- und verwandten Industrien, wo natürliche Faserstoffe auf Cellulosegrundlage verwendet werden, werden solche Stoffe häufig chemisch behandelt, um Verunreinigungen, die mit der Cellulose vergesellschaftet sind, zu entfernen. Solche chemische Behandlung uafaßt oft kochen des natürlichen Materials in einer alkalischen Lösung, wodurch die meisten der Verunreinigungen, einschließlich Hemicellulose, gelöst werden, wodurch ihre Entfernung von der unlöslichen Cellulose erleichtert wird. Wenn die resultierende alkalische Lösung von der Cellulose abgetrennt ist ι wird sie im allgemeinen als Abfluß verworfen.In the textile, wood pulp and allied industries where natural cellulose-based fibers are used such substances are often chemically treated to remove impurities associated with cellulose are to be removed. Such chemical treatment includes often boiling the natural material in an alkaline solution, removing most of the impurities, including Hemicellulose, thereby facilitating its removal from the insoluble cellulose. If the The resulting alkaline solution is separated from the cellulose - it is generally discarded as a drain.
Jedoch führt der hohe organische Gehalt des Abflusses, der sioh hauptsächlich aus der vorhandenen "Hemicellulose" ergibt, dazu, daß er einen hohen Faktor für den biologischen Sauerstoffbedarf hat, insbesondere wo das natürliche Material einen großen Anteil von Verunreinigungen besitzt, wie es ■it Flachs der Fall ist, wo der Faktor einen Wert von 12.000 mg/l erreichen kann.However, the high organic content of the effluent, the SiOH resulting mainly from the existing "hemicellulose," leads to the fact that it has a high factor for the biological oxygen demand, particularly where the natural material has a large amount of impurities as ■ it flax is the case where the factor can reach a value of 12,000 mg / l.
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Während diese alkalischen Lösungen und Abflüsse, die solche enthalten, bisher im allgemeinen als eine Belästigung angesehen worden sind und Probleme wegen ihrer befriedigenden Beseitigung aufgeworfen haben, eignen sie sich besonders als Hemicellulosequellen für die vorliegende Erfindung. Wenn dieses auch nicht die Hauptaufgabe der Erfindung ist, verringert die Verwendung von "Hemicellulose"„ die von diesen Quellen erhalten worden ist, den organischen Gehalt und daher den Faktor für den biologischen Sauerstoffbedarf (B.O.i'. Faktor = Biological Oxygen Demand factor), so daß Schwierig— ™ keiten der Beseitigung vermindert werden. Es wird jedoch betont, daß "Hemicellulose" aus anderen Quellen ebenso gut. für die vorliegende Erfindung verwendet werden kann.While these alkaline solutions and drains containing them have hitherto generally been considered a nuisance have been viewed and have raised problems because of their satisfactory removal, they are particularly useful as Hemicellulose Sources for the Present Invention. Even if this is not the main object of the invention, reduced the use of "hemicellulose" "those of these Sources has been obtained, the organic content and therefore the factor for the biological oxygen demand (B.O.i '. Factor = Biological Oxygen Demand factor), so that Difficult— ™ elimination can be reduced. It is emphasized, however, that "hemicellulose" from other sources works just as well. can be used for the present invention.
Wenn es erwünscht ist, können billige Quellen für die Metall— oder Halbmetallsalzlösung verwendet werden, um die Zusammensetzung zu erhalten, wobei die Abflüsse von Metallbeizanlagen oder Erzlaugereien in dieser Hinsicht besonders nützlich sind.If desired, cheap sources can be used for that Metal or semi-metal salt solution can be used to obtain the composition, taking the drains from metal pickling equipment or ore leaching are particularly useful in this regard.
Zusammensetzungen, die Silicagel oder Aluminiumoxyd A enthalten, werden zweckmäßig hergestellt, indem man vor Fällung des Hemicellulosederivats Natriumsilikat oder ein Aluminiumsalz zusetzt, oder wahlweise kann im Falle von Zusammensetzungen, die Silicagel enthalten, die Hemicellulose/Metall oder Halbmetall-Mischung nach Isolierung in Natriumsilikat gelöst werden und nachfolgend durch Ansäuern zusammen mit Silicagel gefällt werden.Compositions containing silica gel or aluminum oxide A are expediently prepared by adding sodium silicate or an aluminum salt prior to precipitation of the hemicellulose derivative, or alternatively, in the case of compositions containing silica gel, the hemicellulose / metal or semimetal mixture can be dissolved in sodium silicate after isolation and are subsequently precipitated by acidification together with silica gel.
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Es wurde gefunden, daß die erhaltene Ausbeute in Fällen, wo die alkalische Lösung angesäuert wird, erhöht werden konnte, indem man vor, während oder nach Ansäuern der Lösung ihr mindestens ein Vernetzungsmittel der unten definierten Art zusetzte.It has been found that the yield obtained can be increased in cases where the alkaline solution is acidified could by adding at least one crosslinking agent of those defined below before, during or after acidification of the solution Art added.
Die Art von Vernetzungsmittel ist dadurch definiert, daß es reaktionsfähig gegen die Hydroxylgruppen ist, die in den Haupt- oder Seitenketten des Heraicellulosemoleküls enthalten sind. Beispielsweise eignen sich Formaldehyd und Äthylenoxyd als ein solches Mittel. Die Wirksamkeit des Vernetzungsmittels kann durch Erwärmen der Lösung nach seinem Zusatz verbessert werden.The type of crosslinking agent is defined as being reactive with the hydroxyl groups, the contained in the main or side chains of the heraicellulose molecule. For example, formaldehyde and are suitable Ethylene oxide as one such agent. The effectiveness of the crosslinking agent can be increased by heating the solution its addition to be improved.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform unter diesem Gesichtspunkt der Erfindung wird der pH auf den Bereich von k bis 6 eingestellt und dann eine Lösung des Vernetzungs— mittels dazu zugesetzt. Dna·.: χ .ngt man den pH in den Bereich von 1,5 bis 2,5, um Fällung zu bewirken.In a first preferred embodiment from this aspect of the invention, the pH is adjusted to the range from k to 6 and then a solution of the crosslinking agent is added thereto. Dna · .: χ. The pH is reduced in the range from 1.5 to 2.5 in order to bring about precipitation.
In einer zweiten bevorzugten Ausfiihrungsform unter diesem Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Lösung des Vernetzungsmittels anfänglich zu der alkalischen Lösung zugesetzt, wonach der pH der Lösung in den Bereich von 1,5 bis 2,5 gebracht wird.In a second preferred embodiment under In this aspect of the invention, a solution of the crosslinking agent initially becomes the alkaline solution added, after which the pH of the solution is brought within the range of 1.5 to 2.5.
Das Vernetzungsmittel kann gewiinschtenfalls verwendet werden, wo Silicagel oder Aluminiumoxyd zusammen mit der "Hemicellulose11 gefällt werden sollen. Es wird wieder eine erhöhte Ausbeute erhalten.The crosslinking agent can, if desired, be used where silica gel or aluminum oxide is to be precipitated together with the hemicellulose 11. Again, an increased yield is obtained.
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Der Mechanismus, durch den das Vernetzungsmittel die Erzielung größerer Ausbeuten im Vergleich mit Methoden, wo kein solches Mittel verwendet wird, erinöglicht} ist nicht völlig geklärt. Jedoch wird angenommen, daß da.s wirksame Molekulargewicht der MHemicelluloseM-*Polymerisate oder von Fragmenten davon, die in der alkalischen Lösung anwesend sind, ein bestimmender Faktor in dem Fällungsprozeß ist, und man nimmt an, daß das Mittel zur Vernetzung der Polymerisate oder Fragmente dient, wodurch das wirksame Molekulargewicht auf einen Wert oberhalb des für die JjThe mechanism by which the crosslinking agent to achieve greater yields compared with methods where no such agent is used, erinöglicht} is not fully understood. However, it is assumed that the effective molecular weight of the M hemicellulose M - * polymers or fragments thereof which are present in the alkaline solution is a determining factor in the precipitation process, and it is assumed that the means for crosslinking the polymers or fragments, whereby the effective molecular weight to a value above that for the Jj
Fällung kritischen erhöht wird. Man nimmt an, daß diese Vernetzungswirkung besonders wichtig ist, wo die "Heini-cellulose" oder ein hemicellulosehaltiges Material in der alkalischen Lösung gekocht worden ist und die "Hemicellulosen~Polymerketten als Ergebnis solcher Behandlung bis zu einem gewissen Grade abgebaut oder auseinandergerissen (im allgemeinen einschließlich Loslösung der Xylanseitenketten) worden sind, so daß im Effekt ihr Molekulargewicht unter den für die Fällung kritischen Wert vermindert wird. Precipitation critical is increased. It is believed that this cross-linking effect is particularly important where the "hack-cellulose" or a hemicellulosehaltiges material in the alkaline solution has been cooked and the "hemicellulose n ~ polymer chains to some extent degraded as a result of such treatment or torn apart (in generally including detachment of the xylan side chains), so that in effect their molecular weight is reduced below the value critical for precipitation.
Außer der verbesserten Ausbeute werden durch die Verwendung des Vernetzungsmittels folgende weitere Vor« teile erzielt:In addition to the improved yield, the use of the crosslinking agent results in the following further advantages parts achieved:
a) der Niederschlag läßt sich schneller abfiltrierena) the precipitate can be filtered off more quickly
b) der getrocknete Niederschlag läßt sioh besser in Pulverform unwandeln undb) the dried precipitate can be converted better into powder form and
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c) das Produkt hat eine vergrößerte wirksame Oberfläche ein signifikanter Paktor — wo es für katalytische oder Absorptionszwecke verwendet werden soll.c) the product has an enlarged effective surface significant factor - where it is for catalytic or To be used for absorption purposes.
Es wurde auch "Hemicellulose" in Amnioniunihydroxyd gelöst und daraus ein Gel^tlurch Zusatz eines Ubergangsmetallsalzes gefällt.It also became "hemicellulose" in amniotic fluid dissolved and a gel from it by adding a transition metal salt pleases.
Vorzugsweise wird die "Hemicellulose" in überschüssigem Ammoniurahydroxyd gelöst und der Überschuß vor Zusatz des Übergangsmetallsalzes entfernt, beispielsweise durch Kochen oder Verdampfen.Preferably the "hemicellulose" is in excess Dissolved ammonium hydroxide and the excess before the addition of the Transition metal salt removed, for example by boiling or evaporation.
Im Falle, daß die "Hemicellulose11 verfärbt ist und diese Verfärbung in die Hemicellulose/Ammoniumhydroxyd-Lösung geht, kann die Lösung durch Aktivkohle entfärbt werden, wobei die Kohle anschließend, beispielsweise durch Filtration, vor Zusatz des Übergangsmetallsalzes entfernt wird.In the event that the "hemicellulose 11 is discolored and this discoloration goes into the hemicellulose / ammonium hydroxide solution, the solution can be decolorized by activated charcoal, the charcoal then being removed, for example by filtration, before the transition metal salt is added.
Nach Fällung kann das Gel isoliert und danach getrocknet werden, beispielsweise durch Erhitzen auf 80 1000C. After precipitation, the gel can be isolated and then dried, for example by heating to 80 100 ° C.
Zweckmäßig kann das Gel auf einem Träger dafür, bei spielsweise auf Silicagel, Aluniniumoxyd, Bimsstein, Kieselgur und Asbest, gehalten sein. Dieses kann erfolgen, indem man den Träger durch Erhitzen auf etwa 100 - 200°C trocknet, in Gegenwart eines wasserentziehenden Mittels, wie Phosphor- pentoxyd, kühlt und danaoh denselben zu der "Hemicellulose11/The gel can expediently be held on a carrier for this purpose, for example on silica gel, aluminum oxide, pumice stone, kieselguhr and asbestos. This can be done by impregnating the carrier by heating at about 100 - dried 200 ° C, in the presence of a dehydrating agent such as phosphorus pentoxide, cools and danaoh the same to the "hemicellulose 11 /
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Ammoniumhydroxyd-Lösung zusetzt, so daß wenigstens ein Teil der Lösung aufgenommen wird, worauf eine Lösung des Übergangsmetallsalzes zugesetzt wird.Ammonium hydroxide solution is added, so that at least a part the solution is taken up, whereupon a solution of the transition metal salt is added.
Es kann wieder eine Modifizierung des Gels bewirkt werden. Übergangsmetallsalze, die sich in dieser Hinsicht der Erfindung als besonders geeignet erwiesen haben, umfassen Chromsulfat, Kobaltchlorid, Mangansulfat, Kupfer— sulfat, Nickelsulfat und Eisen(ll)-sulfat,It can again cause a modification of the gel will. Transition metal salts which have been found to be particularly useful in this regard of the invention include Chromium sulfate, cobalt chloride, manganese sulfate, copper sulphate, nickel sulphate and ferrous sulphate,
Um die katalytische Wirksamkeit der durch die vorliegende Erfindung geschaffenen Zusammensetzungen abzuschätzen, wu< t flüssige Abflüsse, die einen oxydierbaren organischen Ge- M halt aufweisen, behandelt, indem man einen Strom von Sauerstoff oder sauerstoffhaltigera Gas durch den Abfluß in Gegenwart einer Zusammensetzung nach eier Erfindung schickte oder fließen ließ.To assess the catalytic activity of the compositions provided by the present invention, wu <t liquid drains, which have a oxidizable organic overall M halt, treated by a stream of oxygen or sauerstoffhaltigera gas through the outlet in the presence of a composition according to the invention eggs sent or let flow.
Vorzugsweise wird aus wirtschaftlichen Erwägungen Luft als das sauerstoffhalt ige Gas verwendet, wobei die Luft unter Anwendung bekannter Belüftungstechniken durch den Abfluß geleitet wird.Preferably, for economic reasons, air is used as the oxygen-containing gas, the Air using known ventilation techniques the drain is directed.
Die Zusammensetzung kann durch Trägermittel in dem Strömungsweg des Sauerstoffs oder sauerstoffhaltigen Gases gehalten sein oder sie kann in dem Abfluß vorzugsweise in Pulverform suspendiert sein und man kann sie frei in dem Strömungsweg des oxydierenden Gases, beispielsweise durch eine Fließbettechnik, diffundieren lassen. The composition can be held in the flow path of the oxygen or oxygen-containing gas by carrier means or it can be suspended in the drain, preferably in powder form, and can be allowed to diffuse freely in the flow path of the oxidizing gas, for example by a fluidized bed technique.
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Vorzugsweise werden in diesem Behandlungsverfahren Zusammensetzungen verwendet, die Übergangsmetall ionen einschließen, oder solche Zusammensetzungen, die modifiziert worden sind, beispielsweise durch den vorerwähnten thermischen Prozeß.Compositions are preferably used in this method of treatment used that include transition metal ions, or those compositions which have been modified, for example by the aforementioned thermal process.
Um eine wirksamere Oxydation des Abflusses zu erhalten, wird der Abfluß vorzugsweise bei erhöhten Temperaturen behandelt, d.h. wo der Abfluß flüssig ist oder Flüssigkeit enthält, die vor Beseitigung erwärmt worden ist, wird die Behandlung vorzugsweise ausgeführt, während der Abfluß noch bei erhöhter Temperatur ist. Es muß jedoch beachtet werden, daß der Abfluß allein oder zusätzlich für das Behandlungsverfahren erwärmt werden kann, wo es wirtschaftlich tragbar ist.In order to obtain a more effective oxidation of the runoff, the runoff is preferably treated at elevated temperatures, i.e. where the drain is liquid or contains liquid that has been heated prior to disposal, the Treatment is preferably carried out while the effluent is still at an elevated temperature. However, it must be observed that the drain alone or in addition to the treatment process can be heated where it is economically feasible.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.
Beispiel 1 The invention is illustrated in more detail by the following examples.
example 1
Zu 1 Liter Abfluß von einem alkalischen Kocher von Grün— flachs wurden 100 ml einer 3%-igen KaliumpermanganaHösung,
anschließend 15 ml 50%-ige Schwefelsäure zugesetzt, um den
pH auf 2 herabzusetzen, wobei ein schwarzer gelatinöser Niederschlag gebildet wurde.
Beispiel 2 To 1 liter of effluent from a green flax alkaline cooker was added 100 ml of 3% potassium permangana solution, followed by 15 ml of 50% sulfuric acid to lower the pH to 2, forming a black gelatinous precipitate.
Example 2
Zu 1 Liter eines ähnlichen Abflusses, wie er in Beispiel 1 verwendet wurde, wurden 100 ml einer 6%-igen Kaliumpermanganatlösung zugesetzt, anschließend 7 ml einer 50%-igen Sohwefel-To 1 liter of a drain similar to that used in Example 1 was added 100 ml of a 6% potassium permanganate solution added, then 7 ml of a 50% Sohwefel-
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ORiGiNAL INSPECTEDORiGiNAL INSPECTED
säure, um den pH auf 5 zu vermindern, wobei sich ein schwarzer
gelatinöser Niederschlag bildete.
Beispiel 3 acid to reduce the pH to 5 at which point a black gelatinous precipitate formed.
Example 3
Zu einem weiteren Liter Abfluß wurden 100 ml einer 30%-« igen Kaliumpermanganatlösung zugesetzt. Es bildete sich ein schwarzes Gel, ohne daß Ansäuern erforderlich war.100 ml of a 30% - « added potassium permanganate solution. A black gel formed without the need for acidification.
Die Produkte der Beispiele 1 bis 3 wurden abfiltriert, gewaschen und getrocknet) um glänzend schwarze QeIe
von "Hemicellulose1* mit darin eingebrachten Manganionen zu
ergeben. Gravimetrische Analyse zeigte einen Mangangehalt von etwa kO%,
Beispiel k The products of Examples 1 to 3 were filtered off, washed and dried) to give glossy black cells of "Hemicellulose 1 * with manganese ions incorporated therein. Gravimetric analysis showed a manganese content of about kO%,
Example k
Der Abfluß von einem Kocher wurde durch Zusatz einer Lösung von Eisen(ll)-sulfat behandelt« Es bildete sich ein gelatinöser Niederschlag, der abfiltriert und getrocknet wurde. Dieses Gel enthielt hauptsächlich "Hemicellulose" mit darin eingebrachten Eisen(ll)~Ionen, enthielt aber basische Hydroxyde von Eisen als Verunreinigung. Trotz der Verunreinigung eignete sich das Gel jedoch zur Verwendung als Eisenlieferant in der Landwirtschaft und im Gartenbau. ™The drain from a digester was treated by adding a solution of ferrous sulfate. Imagine gelatinous precipitate which was filtered off and dried. This gel mainly contained "hemicellulose" with iron (II) ions introduced therein, but contained basic hydroxides of iron as an impurity. However, despite the contamination, the gel was acceptable for use as an iron supplier in agriculture and horticulture. ™
Der Abfluß von einem alkalischen Kocher von Grünflachs— faser wurde behandelt, indem man ihm eine Lösung von Calcium— Chlorid zusetzte. Ee wurde sofortige Gelbildung beobachtet und weiteres Calciumchlorid zugesetzt, bis kein weiteres Gel erzeugt wurde. Das Gel wurde dann von der überstehendenThe drain from an alkaline digester of green flax fiber was treated by adding a solution of calcium chloride. Immediate gel formation was observed and additional calcium chloride was added until no further gel was formed. The gel was then removed from the supernatant
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- Ik - - Ik -
Flüssigkeit abfiltriert, mehrere Male mit Wasser gewaschen, getrocknet und zerkleinert, um kleine Brocken zu bilden. Beispiel 6 Filtered off liquid, washed several times with water, dried and crushed to form small chunks. Example 6
5 g getrocknetes "IIemicellulose"-Gel wurden zu 800 ml einer 1%~igen Natriumcarbonatlösung unter Rühren zugesetzt, bis sie vollständig gelöst war. Es wurden 3 g Kaliumchromat in 5 ml Wasser gelöst und die resultierende Lösung wurde unter gründlichem Rühren zu der alkalischen "Hemicellulose11-Lösung zugesetzt. Es wurde 10 η Schwefelsäure zu der vereinigten Lösung zugesetzt, bis vollständige Fällung bewirkt worden war. Das gefällte Gel wurde dann von der überstehenden Flüssigkeit abgetrennt und gewaschen, filtriert und getrocknet. Beispiel 7 5 g of dried "IIemicellulose" gel were added to 800 ml of a 1% sodium carbonate solution with stirring until it was completely dissolved. 3 g of potassium chromate was dissolved in 5 ml of water and the resulting solution was added to the alkaline "Hemicellulose 11" solution with thorough stirring. 10 η sulfuric acid was added to the combined solution until complete precipitation was effected . The precipitated gel became then separated from the supernatant liquid and washed, filtered and dried. Example 7
Zu 10 Litern des Abflusses, der durch Kochen von Grün— flachsfaser erzeugt worden war, wurden 200 ml konzentrierte Schwefelsäure zugesetzt, anschließend 1 Liter 40%-iges Formaldehyd (Vernetzungsmittel) und das Gemisch wurde 2 Stunden am Kochen gehalten. Es wurde Natriummolybdat (50g) zugesetzt und das Kochen eine weitere Stunde fortgesetzt. Es wurde ein Molybdän/Hemicellulose-Koraplex gefällt, indem man 100 ml konzentrierte Schwefelsäure zusetzte. Der Niederschlag wurde abfiltriert, gewaschen und getrocknet, um 120 g eines gelblioh grünen, hellen Feststoffes zu ergeben. To 10 liters of the drain created by boiling green flax fiber was added 200 ml of concentrated sulfuric acid, followed by 1 liter of 40% formaldehyde (crosslinking agent) and the mixture was kept boiling for 2 hours. Sodium molybdate (50g) was added and cooking continued for an additional hour. A molybdenum / hemicellulose coraplex was precipitated by adding 100 ml of concentrated sulfuric acid. The precipitate was filtered off, washed and dried to give 120 g of a yellowish green, light solid.
Die Hälfte des Niederschlags wurde in 300 ml Natrium— Silikat (500Tw) gelöst und ein Cogel von Silicagel/Molybdänhenloellulose gefällt, indem man 50 ml 12%-ige SchwefelsäureHalf of the precipitate was dissolved in 300 ml of sodium silicate (50 0 Tw) and a cogel of silica gel / molybdenum cellulose was precipitated by adding 50 ml of 12% strength sulfuric acid
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zusetzte, um den pH auf 1,5 zu bringen. Dieses wurde abfiltriert, gewaschen und getrocknet, um 300 g festes Material zu ergeben.added to bring the pH to 1.5. This was filtered off, washed and dried to give 300 g of solid material to surrender.
Dieses letztere Material wurde thermisch bei 5000C
modifiziert, um in dem ganzen Silicagel fein niedergeschlagenes Molybdänoxyd zu ergeben.
Beispiel 8 This latter material was thermally modified at 500 ° C. to give finely precipitated molybdenum oxide throughout the silica gel.
Example 8
Zu einem Liter eines dem in Beispiel i bis 3 verwendeten ähnlichen Abflusses wurden 3 ml konzentrierte Schwefelsäure zugesetzt, anschließend 50 ml Natriumsilikat (500Tw) und 300 ml 10% Gew./Vol. Kaliunipermanganat. Nach gründlichem Rühren wurden 50 ml 10% Gew./Vol Schwefelsäure zugesetzt, um Gelbildung zu verursachen. Das Gel wurde 5 Stunden gealtert, dann mit Wasser aufgeschlämmt, filtriert und gewaschen. Nach Trocknen bei 90°C wurde das Gel erneut gewaschen und wieder getrocknet. Die Ausbeute betrug 75 g eines schwarzen Gels von kristallinem Aussehen, das eine wirksame Oberfläche von 100 — 200 m /g und einen Mangan— gehalt von 15% hatte.To one liter of a drain similar to that used in Examples 1 to 3, 3 ml of concentrated sulfuric acid were added, then 50 ml of sodium silicate (50 0 Tw) and 300 ml of 10% w / v. Potash permanganate. After stirring well, 50 ml of 10% w / v sulfuric acid was added to cause gelation. The gel was aged for 5 hours, then slurried with water, filtered and washed. After drying at 90 ° C., the gel was washed again and dried again. The yield was 75 g of a black gel of crystalline appearance which had an effective surface area of 100-200 m / g and a manganese content of 15%.
Die Hälfte dieses Gels wurde thermisch modifiziert, indem man es 3 Stunden in einem Muffelofen auf 5000C erhitzte. Die katalytische Wirksamkeit des unmodifizierten und thermisch modifizierten Produkts dieses Beispiels wurde durch das in Beispiel 11 angegebene Verfahren abgeschätzt. Beispiel 9 Half of this gel was thermally modified by heating it to 500 ° C. in a muffle furnace for 3 hours. The catalytic effectiveness of the unmodified and thermally modified product of this example was assessed by the method given in example 11. Example 9
Es wurden 40 g Hemicellulose in 2 Liter destilliertem Wasser aufgeschlämmt und genügend Ammoniak zugesetzt, umThere were 40 g of hemicellulose in 2 liters of distilled Slurried water and added enough ammonia to
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die suspendierte Hemicellulose zu lösen. Es wurde überschüssiges Ammoniak ausgekocht und zu der siedenden Lösung Entfärbungskohle zugesetzt. Die Lösung wurde filtriert und in Portionen von je 250 nil geteilt, die jeweils wie folgt behandelt wurden:to dissolve the suspended hemicellulose. It became excess Boiled ammonia and added decolorizing charcoal to the boiling solution. The solution was filtered and divided into portions of 250 nil each, each treated as follows:
a. 100 ml 5%-iges Kupfersulfat wurden zugesetzt, um ein grün~es, lichtdurchlässiges Gel zu erzeugen. Nach Waschen und Trocknen ergab thermogravimetrische Analyse einen Kupfergehalt von 13,5 %.a. 100 ml of 5% copper sulfate was added to a green ~ it to create translucent gel. After washing and drying, thermogravimetric analysis gave a copper content of 13.5%.
b. 60 ml 5%-iges Kobaltsulfat wurden zugesetzt, um ein rosa, lichtdurchlässiges Gel zu erzeugen.b. 60 ml of 5% cobalt sulfate was added to give a pink, translucent gel.
c. 90 ml 5%-iges Manganchlorid wurden zugesetzt, um ein weißes, lichtdurchlässiges Gel zu erzeugen.c. 90 ml of 5% manganese chloride was added to give a to produce white translucent gel.
d. 70 ml 5%-iges Chromsulfat wurden zugesetzt, um ein bl«iuei, lichtdurchlässiges Gel zu erzeugen. Dieses hatte einen Chromgehalt von 12,5 oh» d. 70 ml of 5% chromium sulfate were added to produce a blue, translucent gel. This had a chromium content of 12.5 o h »
e. 95 ml 55ο—iges Nickelsulfat wurden zugesetzt, um ein grünes, lichtdurchlässiges Gel zu erzeugen.e. 95 ml of 55% nickel sulfate was added to give a generate green, translucent gel.
f. 50 ml 5%-iges Eisen(ll)-sulfat wurden zugesetzt, um ein bernsteinfarbenes lichtdurchlässiges Gel zu erzeugen. Dieses enthielt 12 % Eisen.f. 50 ml of 5% ferrous sulfate was added to produce an amber translucent gel. This contained 12 % iron.
Silicagel von 100 — 200 Maschen wurde zu 250 ml einer Lösung von Hemicellulose in Ammoniak zugesetzt, bis die gesamte IlemicelluJ oselösung auf dem Silicagel absorbiert war. Es wurden 10'J irI 10%-iges Chromsulfat zugesetzt und das sich100-200 mesh silica gel was added to 250 ml of a solution of hemicellulose in ammonia until all of the ilemicellulose solution was absorbed onto the silica gel. There were 10'J irI 10% chromium sulfate added and that
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ergebende blaue, mit Trägerstoff versehene Gel wurde gewaschen und getrocknet, um ein deutlich homogenes grünes Gel zu erzeugen. Thermische Modifikation erzeugte die folgenden Farbänderungen,resulting blue, supported gel was washed and dried to produce a clearly homogeneous green gel. Thermal modification produced the following color changes,
20O0C - apfelgrün20O 0 C - apple green
3000C - gelblich braun 5000C - leuchtend gelb 600°C - orange300 0 C - yellowish brown 500 0 C - bright yellow 600 ° C - orange
7000C - erbsengrün700 0 C - pea green
10000C - dunkelgrün ^1000 0 C - dark green ^
Es wurden drei Abflußchargen, die von einem Flachs— kocher stammten und verschiedene B.O.D. Werte hatten, isoliert. Die erste wurde 5 Stunden lang behandelt, indem man in Gegenwart des unmodifizierten Produkts des Beispiels (Katalysator A) Luft durch sie hindurchleitete; die beiden anderen wurden in ähnlicher Weise 3 Stunden lang behandelt, erstens in Anwesenheit von Katalysator A und zweitens in Anwesenheit des thermisch modifizierten Produkts des Λ Three batches of drainage, which came from a flax cooker and had different BOD values, were isolated. The first was treated for 5 hours by bubbling air through it in the presence of the unmodified product of Example (Catalyst A); the other two were treated in a similar manner for 3 hours, firstly in the presence of catalyst A and secondly in the presence of the thermally modified product of the Λ
Beispiels 8 (Katalysator B).Example 8 (Catalyst B).
Die Resultate dieser Behandlungen sind in der folgenden Tabelle verzeichnet:The results of these treatments are shown in the following table:
-18--18-
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strukturcatalyst
structure
zeit
StundenTreatment—
Time
hours
tiger
B.O.D.final
tiger
BOD
keit der
B.O.D. Vermin
derungFast
speed of
BOD Vermin
change
B.O.D.initial
BOD
BA.
B.
33
3
11 11th
11
1,3001,300
BA.
B.
33
3
1111th
2,2002,200
2,200
350500
350
13366
133
650650
650
100100
Behandlung des Abflusses lediglich durch Hindurchleiten von Luft in Abwesenheit von Katalysator A oder B hatte keinen Einfluß auf die entsprechenden B.O.D. Werte. Treatment of the effluent simply by bubbling air through it in the absence of catalyst A or B did not affect the corresponding BOD values.
Es muß betont werden, daß die Erfindung nicht auf die obigen Beispiele beschrankt ist, vielmehr sind mannigfache Abwandlungen, die sich dem Fachmann ohne weiteres darbieten, möglich, ohne den Rahmen des der Erfindung zugrundeliegenden Gedankens, wie er in den Ansprüchen definiert ist, zu überschreiten.It must be emphasized that the invention is not limited to the above examples, rather they are manifold Modifications, which are readily apparent to the person skilled in the art, are possible without departing from the scope of what the invention is based on Thought as defined in the claims to exceed.
So können beispielsweise Zusammensetzungen hergestellt werden, die andere Halbmetallionen und Metallionen als die in den vorstehenden Beispielen beschriebenen enthalten. For example, compositions can be prepared which contain semimetal ions and metal ions other than those described in the preceding examples.
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-19--19-
Weiterhin, können die Zusammensetzungen pelletisiert oder in Tablettenform überführt werden» Wenn das Verfahren eine Heniieellulose/Amraoniumhydroxyd-Losmig einsehließt, können die Zusammensetzungen leicht in Faser- oder Filinform durch Extrudieren der Lösung in ein Bad der Übergangsmetallsalzlösung verarbeitet werden.Furthermore, the compositions can be pelletized or put into tablet form »If the procedure a heniieellulose / amraoniumhydroxyd-Losmig includes, The compositions can easily be converted into fiber or Filinform by extruding the solution into a bath of the Transition metal salt solution can be processed.
- 20 - - 20 -
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