DE2021629C - Ion exchange material for trapping metal ions from aqueous solutions - Google Patents

Ion exchange material for trapping metal ions from aqueous solutions

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Description

Eine Lösung, die Kupfer als Cu2+-Ionen enthält, passiert nach dem Ansäuern mit Salzsäure, Schwefelsäure oder Salpetersäure auf den pH-Wert 4 bzw. nach erfolgtem Abpuffern der eventuell stärker sauren Lösung auf diesen pH-Wert eine Säule von 1 kg PoIyäthylenimin-Cellulose. Dieses Material sorbiert hierbei Kupfer unter Blaufärbung. Nach dem Waschen der Säule mit Wasser behandelt man das Cellulosematerial mit einer verdünnten Mineralsäure, z. B. mit 2normaler Salzsäure. Hierbei wird das sorbierte Kupfer wieder eluiert. Aus Lösungen des Kupfers des pH-Wertes von 4 ist Cu2+ selektiv sorbierbar und kann von hohen Üoerschüssen in der Lösung befindlicher Ionen getrennt werden. Dies gilt für die Ionen Zn24, Ni2+, Co2+, Mg2+, Cd2+, Pb2+, Al3+, Fe3+. Cr3+.A solution that contains copper as Cu 2+ ions passes through a column of 1 kg of polyethyleneimine after acidification with hydrochloric acid, sulfuric acid or nitric acid to pH 4 or after the possibly more acidic solution has been buffered to this pH -Cellulose. This material sorbs copper and turns it blue. After washing the column with water, the cellulosic material is treated with a dilute mineral acid, e.g. B. with 2N hydrochloric acid. Here the sorbed copper is eluted again. From solutions of copper with a pH value of 4, Cu 2+ is selectively sorbable and can be separated from high excess ions in the solution. This applies to the ions Zn 24 , Ni 2+ , Co 2+ , Mg 2+ , Cd 2+ , Pb 2+ , Al 3+ , Fe 3+ . Cr 3+ .

Cu2+ wird im pH-Bereich 3 bis 12 durch Polyäthylenimin-Cellulose sorbiert, also auch aus stark aminoniakalischen Lösungen.Cu 2+ is sorbed by polyethyleneimine cellulose in the pH range 3 to 12, i.e. also from strongly aminoniacal solutions.

B e i s ρ i e 1 2B e i s ρ i e 1 2

Abfangen von Vanadium als Vanadat
aus wäßriger Lösung
Scavenging vanadium as vanadate
from aqueous solution

Eine Lösung, die Vanadium als Vanadat enthält, wird gegebenenfalls durch geeignete Zusätze einer Mineralsäure oder einer Lauge oder eines Pulvers, wie beispielsweise Alkalimetallacetat, auf einen pH-Wert von 4 eingestellt. Eine Säule, die 1 kg PoIyäthylenimin-Cellulose enthält, sorbiert aus dieser 6.« Lösung 8,8 g Vanadium. Dieses kann nach dem Waschen der Säule mit Wasser mit lnormaler Schwefelsäure oder Salzsäure oder auch mit Natron- oder Kalilauge mit einem pH-Wert von 9,5 eluiert werden.A solution that contains vanadium as vanadate is optionally made by suitable additives Mineral acid or an alkali or a powder, such as alkali metal acetate, to a pH value set of 4. A column containing 1 kg of polyethyleneimine cellulose contains, sorbs 8.8 g of vanadium from this 6th solution. This can be done after washing the column with water with normal sulfuric acid or hydrochloric acid or with sodium or potassium hydroxide solution with a pH value of 9.5.

Beispiel 3Example 3

Abfangen von Molybdän als Molybdat
aus wäßriger Lösung
Trapping of molybdenum as molybdate
from aqueous solution

Das Abfangen erfolgt wie im Beispiel 2 beschrieben. Eluiert \ ird mit 3normaler Salzsäure, welcher 1% Alkalimetallrhodanid zugesetzt ist. Aufnahmekapazität: 8,5 g Molybdän/kg Polyäthylenimin-Cellulose. Aus solchen schwachsauren Lösungen sorbiertes Molybdän kann auch mit Alkalilaugen oder Ammoniaklösung desorbiert werden, um das lonenaustauschermaterial zu regenerieren.The interception takes place as described in Example 2. It is eluted with 3 normal hydrochloric acid, which contains 1% Alkali metal rhodanide is added. Absorption capacity: 8.5 g molybdenum / kg polyethyleneimine cellulose. Molybdenum sorbed from such weakly acidic solutions can also be mixed with alkali lye or ammonia solution are desorbed in order to regenerate the ion exchange material.

Beispiel 4Example 4

Abfangen von Wolfram als Wblframat und Molybdän als Molybdat aus wäßriger LösungTrapping of tungsten as tungsten and molybdenum as molybdate from aqueous solution

Ein Volumer nner Probelö,ung zwischen 1 und 10 1, die 15 g Wolfram als Wolframat und 5 g Molybdän als Molybdat enthält, wird nach Einstellen des pH-Wertes auf 4 in einer Säule mit 1 kg Polyäthylenimin-Cellulose in Kontakt gebracht. Im Durchlauf werden durchschnittlich nur 0,5% des ursprünglich vorhandenen Wolframs und Molybdäns wiedergefunden. — Die beiden Metalle können gemeinsam mit Alkalilauge oberhalb pH 10 eluiert werden. Man kann jedoch zunächst das Molybdän mit 3normaler Salzsäure, die etwa 1% Alkalimetal'rhodanid enthält, sodann das nocii scrbierte Wolfram mit 0,01- bis lnormaler Alkalilauge eluieren Ebenso kann man mit einer Lösung verfahren, welche die Metalle Vanadium, Molybdän und Wolir'-m enthält.A volume test solution between 1 and 10 1, which contains 15 g of tungsten as tungstate and 5 g of molybdenum as molybdate, after adjusting the pH brought into contact on 4 in a column with 1 kg of polyethyleneimine cellulose. Be in the run on average only 0.5% of the originally present tungsten and molybdenum were recovered. - The two metals can be eluted together with alkali lye above pH 10. One can but first the molybdenum with 3N hydrochloric acid, which contains about 1% alkali metal thiocyanate, Then the eluted tungsten with 0.01 to 1 normal alkali lye can also be used proceed with a solution which contains the metals vanadium, molybdenum and Wolir'-m.

Beispiel 5
Abfangen von Palladium aus wäßriger Lösung
Example 5
Scavenging palladium from aqueous solution

Eine salzsaure Lösung, die Palladium als Palladium(II)-Salz enthält und deren Säuregehalt zwischen 0,1 und 10% HCl liegen kann, passiert eine Säule, die mit 1 kg Polyäthylenimin-Cellulose beschickt ist. Nach dem Waschen mit Wasser ist die erfolgte Sorption des Palladiums an einer Gelbfärbung des Cellulosematerials kenntlich. Die Eluierung des Palla-A hydrochloric acid solution containing palladium as a palladium (II) salt contains and the acidity of which can be between 0.1 and 10% HCl, passes through a column, which is charged with 1 kg of polyethyleneimine cellulose. After washing with water it is done Sorption of the palladium is recognizable by a yellow coloration of the cellulose material. The elution of the palla

S diums kann mit Ammoniak oder salzsaurer wäßriger Lösung von Thioharnstoff erfolgen. Die Bestimmung des eluierlen Palladiums nach erfolgter Sorption aus 10%ig salzsauren Lösungen ergibt eine kapazität von 10,4 g Pd/kg Polyäthylenimin-Cellulose.S diums can be done with ammonia or hydrochloric acid aqueous solution of thiourea. The determination of the eluted palladium after sorption from 10% hydrochloric acid solutions results in a capacity of 10.4 g Pd / kg polyethyleneimine cellulose.

ίο Palladium kann durch Sorption aus mindestens lnormal salzsauren Lösungen von den Ionen Cu2'. Ni2+, Co2+, Cd2+, Pb*+, Zn2+, Al3+, Fe3+, Cr3+ getrennt werden.
• Auch konnten die Ionen Pt44, Rh3+, Au3+ und Co2 · bzw. Co3+ abgefangen werden, um weitere Beispiele zu nennen. Kobalt wird ab pH 4,8 bis zum Neutralbereich sorbiert, die Elution des Co2+ gelingt mit Mineralsäure schon bei pH 4, die des Co3+ nicht einmal mit konzentrierten Mineralsäuren; es wird vor-
ίο Palladium can be separated from the ions Cu 2 'by sorption from at least normal hydrochloric acid solutions. Ni 2+ , Co 2 +, Cd 2+ , Pb * +, Zn 2+ , Al 3 +, Fe 3+ , Cr 3+ can be separated.
• The ions Pt 44 , Rh 3+ , Au 3+ and Co 2 · or Co 3+ could also be trapped, to name further examples. From pH 4.8 cobalt is sorbed down to the neutral range, the elution of the Co 2+ succeeds with mineral acid already at pH 4, that of the Co 3+ not even with concentrated mineral acids; it will be

ao teilhafterweise zuerst zu Co2+ reduziert, bevor es wie angegeben eluiert wird.ao advantageously first reduced to Co 2+ before it is eluted as indicated.

Wie die Beispiele zeigen, ist es mit Hilfe des erfindungsgemäßen Ionenaustauschermaterials möglich, sowohl Metall-Kationen als auch Metalle entha ;nde Anionen aus 'wäßriger Lösung abzufangen. Weitere große Vorteile dieses erfindungsgemäßen Ionenaustauschermaterials sind seine lanje Lebensdauer, da die Sorptionsfähigkeit auch nach zahlreichen Regenerierungsvorgängen nicht wesentlich absinkt, sowie die überraschend hohe Sorptionsgeschwindigkeit, die in der Größenordnung von 10 Minuten liegt.As the examples show, it is possible with the aid of the ion exchange material according to the invention to capture both metal cations and metal-containing anions from aqueous solution. Further great advantages of this ion exchange material according to the invention are its long service life, since the Sorption capacity does not decrease significantly even after numerous regeneration processes, as well as the surprisingly high sorption speed, which is of the order of 10 minutes.

Eine besondere Bedeutung erlangt das erfindungsgemäße Ionenaustauschermaterial zum Abfangen der genannten Metalle aus ihren wäßrigen Lösungen beispielsweise auf dem Gebiet der Abwasserreinigung. Auch hat es sich sehr gut für die Reingewinnung jeweils eines der vorgenannten Metalle aus wäßrigen Lösungen neben den anderen Metallen als Verunreinigungen bewährt.The ion exchange material according to the invention is particularly important for intercepting the said metals from their aqueous solutions, for example in the field of wastewater treatment. It has also proven to be very good for the purification of one of the aforementioned metals from aqueous Solutions alongside the other metals as impurities.

Claims (5)

t ! ι Patentansprüche:t! ι Claims: 1. lonenaustauschermaterial zum Abfangen von Metallionen und/oder Metalle enthaltenden Ionen, insbesondere von Metallen der I., V., VI. und/oder VIII. Nebengruppe des Periodensystems der Elemente, aus wäßrigen Lösungen, gekennzeichnet durch ein Trägermaterial aus Cellulose, an die Polyäthylenimin als abfangendes Agens gebunden ist und das allenfalls noch eine vernachlässigbar kleine, durch Waschen mit Wasser nicht mehr zu entfernende Menge an nichtgebundenem Polyäthylenimin enthält 1. Ion exchange material for scavenging Metal ions and / or ions containing metals, in particular of metals of the I., V., VI. and or VIII. Subgroup of the Periodic Table of the Elements, from aqueous solutions, marked through a carrier material made of cellulose, attached to the polyethyleneimine as an intercepting one Agent is bound, and at most a negligibly small one, by washing with water Contains no longer to be removed amount of unbound polyethyleneimine 2. lonenaustauschermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Cellulose natürliche, von Lignin befreite Cellulose ist.2. ion exchange material according to claim 1, characterized in that the cellulose is natural, is lignin-depleted cellulose. 3. lonenaustauschermaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Cellulose Viskose-Cellulose (Zellwolle) ist.3. ion exchange material according to claim 2, characterized in that the cellulose is viscose cellulose (Rayon) is. 4. Ionenaustauschermaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Cel'ulose nach Kupferoxid-Ammoniak-Verfahren hergesteilte Kupferseide ist.4. ion exchange material according to claim 2, characterized in that the Cel'ulose according to Copper silk is produced using the copper oxide-ammonia process. 5. lonenaustauschermaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Cellulose Chardonnetseide ist, die aus Nitrocellulose durch re !uzierende Abspaltung von Nitrogruppen hergestellt worden ist.5. ion exchange material according to claim 2, characterized in that the cellulose Chardonnese silk which is produced from nitrocellulose by reducing nitro groups has been. terialien mit den gewünschten Ionenaustauscheigenschaften ist Cellulose. Vorzugsweise werden natürliche, von Lignin befreite Cellulose oder auch regenerierte Cellulosen wie Viskose-Cellulose (Zellwolle) oder nach dem Kupferoxid-Ammoniak-Verfahren hergestellte »Kupferseide« sowie auch die durch reduzierende Abspaltung der Nitrogruppen aus Nitrocellulose erhaltene »Chardonnetseide« verwendet.
Das Ausgangsmaterial der vorgenannten Art be-
Cellulose is a material with the desired ion exchange properties. Natural, lignin-free cellulose or regenerated celluloses such as viscose cellulose (rayon) or "copper silk" produced by the copper oxide-ammonia process as well as the "Chardonnese silk" obtained from nitrocellulose by reducing the splitting off of nitro groups are preferably used.
The starting material of the aforementioned type is
to handelt man mit einer wäßrigen, beispielsweise 5%igen Lösung des Polyäthylenimins. Die Reaktion zwischen Ausgangsmaterial und Polyäthylenimin verläuft in saurer, neutraler oder alkalischer Lösung. Die Geschwindigkeit der Reaktion zwischen dem Ausgangsmaterial und dem Polyäthylenimin hän^t von der Konzentration, dem pH-Wert der Lösung, der Art des Ausgangsmaterials und dessen Verteilung ab, denn es kann fadenförmig, pulverig, schwammig oder kompakt vorliegen.to deal with an aqueous, for example 5% Solution of polyethyleneimine. The reaction between the starting material and polyethyleneimine takes place in acidic, neutral or alkaline solution. The rate of reaction between the starting material and the polyethyleneimine depends on the Concentration, the pH of the solution, the type of starting material and its distribution, because it can be thread-like, powdery, spongy or compact. ao Nach der Behandlung mit der wäßrigen Polyäthylenimin-Lösung wird das entstandene Produkt mit Wasser gut durchgewaschen, um das nichtgebundene Polyäthylenimin daraus zu entfernen.
Das so hergesteilte, Polyäthylenimin gebunden enthaltende lonenaustauschermaterial eignet sich in hervorragender Weise zur Lösung der gestellten Aufgabe, nämlich zum Abfangen von Metallionen und/oder Metalle enthaltenden Ionen, insbesondere von Metallen der I., V., VI. und/oder VIII. Nebengruppe des Periodensystems der Elemente, aus wäßrigen Lösungen, was durch die folgenden Beispiele belegt sei:
ao After the treatment with the aqueous polyethyleneimine solution, the resulting product is washed thoroughly with water in order to remove the unbound polyethyleneimine from it.
The ion exchange material produced in this way and containing bound polyethyleneimine is outstandingly suitable for solving the problem, namely for trapping metal ions and / or ions containing metals, in particular metals of the I., V., VI. and / or VIII. Subgroup of the Periodic Table of the Elements, from aqueous solutions, which is demonstrated by the following examples:
Beispiel 1example 1 Zum Abfangen von in wäßrigen Lösungen enthaltenen Metallionen werden in der Regel Fällungsreaktionen durchgeführt. Daneben erlangen, besonders für sehr verdünnte Lösungen, Ionenaustauschverfahren zunehmend Bedeutung. Es ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift 1808 707 bekannt, Rhenium aus einer Lösung, die Rhenium und andere Metalle in einem wäßrigen Lösungsmittel enthält, zu gewinnen. Das Rhenium wird hierbei selektiv in jin Ionenaustausch-Medium übergeführt, danach mit einer wäßrigen Thiocyanatlösung abgestreift.To trap metal ions contained in aqueous solutions, precipitation reactions are usually carried out. In addition, gain, especially for very dilute solutions, ion exchange processes are becoming increasingly important. For example, it is from the German Offenlegungsschrift 1808 707 known rhenium from a solution, the rhenium and others Contains metals in an aqueous solvent to win. The rhenium is here selectively in jin Ion exchange medium transferred, then stripped with an aqueous thiocyanate solution. Weiterhin ist es auch aus der USA.-Patentschrift 2 876 065 bekannt, ein geeignetes Anionenaustauschermaterial, wie ein stark basisches synthetisches Harz vom Alkylamintyp, mit Rhenium und anderen verunreinigenden Metallen zu beladen, um schließlich Rhenium in reiner Form zu gewinnen. Nach geeigneten alkalischen Elutionsverfahren zur Entfernung von Molybdän und anderen Verunreinigungen wird das Harz gespült und erneut mit einer verdünnten Lösung einer starken Mineralsäure zur Entfernung von Rhenium eluiert.Furthermore, it is also known from US Pat. No. 2,876,065, a suitable anion exchange material, such as a strongly basic synthetic resin of alkylamine type, with rhenium and other contaminants To load metals in order to finally obtain rhenium in its pure form. According to suitable alkaline elution process is used to remove molybdenum and other contaminants the resin is rinsed and reapplied with a dilute solution of a strong mineral acid for removal eluted by rhenium. Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, Metallionen und/oder Metalle enthaltende Ionen, insbesondere von Metallen der I., V., VI. und/oder VIII. Nebengruppe des Periodensystems der Elemente, aus wäßrigen Lösungen abzufangen.The object of the present invention is to provide ions containing metal ions and / or metals, especially of metals of the I., V., VI. and / or VIII. subgroup of the Periodic Table of the Elements, intercept from aqueous solutions. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Trägermaterial aus Cellulose gelöst, an das Polyäthylenimin als abfangendes Agens gebunden ist und das allenfalls noch eine vernachlässigbar kleine, durch Waschen mit Wasser nichi mehr zu entfernende Menge an nichtgebundenem Polyäthylenimin enthält.This object is achieved according to the invention by a carrier material made of cellulose, the polyethyleneimine is bound as an intercepting agent and that at most a negligibly small one, through Wash with water no longer contains an amount of unbound polyethyleneimine that can be removed. Ausgangsmaterial für die erfindungsgemäßen Ma-Starting material for the Ma- Abfangen von Kupfer aus wäßriger LösungTrapping of copper from aqueous solution
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