DE265628C

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Publication number: DE265628C
Application number: DE1911265628D
Authority: DE
Priority date: 1911-06-20
Filing date: 1911-06-20
Publication date: 1913-10-15

Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 265628 -■ KLASSE 12 d. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 20. Juni 1911 ab.

Es ist eine bekannte Tatsache, daß Adsorptionen meist sehr fest mit der Oberfläche der feinsten, ihnen als Träger dienenden Teilchen verbunden sind, so daß sie fast als chemische Verbindungen erscheinen und häufig auch als solche aufgefaßt werden. So wird z. B. kolloidales Eisenhydroxyd fest von Ton gebunden, so daß es bisher nur durch chemische Mittel davon getrennt werden konnte. Kolloidales ίο Platin oder Gold werden von feinstverteiltem Karborund und Ton so fest adsorbiert, daß sie weder durch Säuren noch durch Alkalien vom

»Karborund getrennt werden können, mit Ausnahme der Behandlung durch Königswasser, welches zur Auflösung des Metalles führt.

Während daher eine Trennung von kolloidalen Körpern oder Suspensionskolloiden von ihren Trägern bisher nur auf chemischem Wege möglich war, der in der Regel jedoch eine Veränderung der Substanz hervorruft bzw. eine andere Adsorption, herrührend vom chemischen Agens, an die Substanz ansetzt, bietet vorliegende Erfindung einen zweiten Weg, eine solche Trennung vorzunehmen, und zwar unter vollständiger Erhaltung des Charakters der kolloidalen Körper bzw. der> Suspensionskolloide und ihrer Träger, ohne daß eine andere Substanz an einen oder beide Körper herantritt. Die Erfindung besteht darin, daß die adsorbierten Körper von ihren Trägern und umgekehrt mittels Elektroosmose getrennt werden., Es ist bereits bekannt, Substanzgemische, also z. B. in Suspension befindliche Gemenge von Ton und Sand oder von feinen und gröberen Anteilen ein und derselben Substanz elektroosmotisch zu trennen und zu entwässern, derart, daß die elektrisch stärker geladenen Teilchen sich an einem Pol zuerst ansetzen, während die schwächer geladenen bzw. indifferenten Teilchen sich erst später bzw. gar nicht ansetzen. Während also das bekannte Verfahren Suspensionen behandelt, die aus Gemengen verschieden gearteter Teilchen zusammengesetzt sind und diese Teilchen je nach Ladefähigkeit, Korngröße usw. trennt, bezieht sich das vorliegende Verfahren darauf, kolloidale Körper oder Suspensionskolloide von Adsorptionen zu befreien unter vollständiger Erhaltung ihres Charakters.

Das neue Verfahren bietet die Möglichkeit, entweder fein verteilte Körper von unliebsamen Adsorptionen zu befreien, die Körper also zu reinigen, oder — was oft von großer Wichtigkeit ist (z. B. für die Serumtherapie) — gerade die adsorbierten Körper abzuscheiden'und zu gewinnen. So läßt sich nach vorliegender Erfindung z. B. von Tonsubstanz, adsorbiertes kolloidales Eisenhydroxyd von dem Ton trennen und dieser sich also reinigen. Oder es läßt sich z. B. das oben erwähnte kolloidale Gold oder Platin von dem es adsorbiert haltenden Karborund trennen und so gewinnen. Von erheblicher Bedeutung ist das Verfahren ferner für die Behandlung von Eiweißkörpern und damit

für die Serumtherapie.. Es ist bekannt, daß ganz besonders Eiweißkörper die Eigenschaft besitzen, Substanzen an ihrer Oberfläche außerordentlich fest zu adsorbieren. Durch das neue Verfahren ist es nun nicht nur möglich, die Eiweißkörper von den Adsorptionen zu befreien, sondern auch die einzelnen Bestandteile voneinander zu trennen.

Die zur Ausführung des Verfahrens notwendige Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem die Suspension oder die zu behandelnde Masse aufnehmenden Gefäß, das als eine Elektrode dienen kann und einer^p zweiten Elektrode, wobei eine oder beide Elektroden noch von Diaphragmen umgeben sein können.

Die Adsorption kann entweder ausgesprochen umgekehrte Ladung besitzen wie das betreffende Kolloid. Dann kann dieses in fester Form an einer Elektrode oder an einer dieser vorgeschal-"20 teten Zwischenwand abgeschieden werden, und es befindet sich dann in der Regel die Adsorption in der Flüssigkeit. Ist die Adsorption ein wirkliches Kolloid oder ein löslicher Körper, so kann man sie durch ein Diaphragma durchwandern lassen und so von dem Raum, in dem sich die Substanz, von der sie getrennt wird, befindet, trennen.

Es kann aber auch die Adsorption aus dem Vorzeichen nach gleichnamigen und nur der Stärke nach verschieden hoch geladenen Kollodien bestehen. Wegen der Gleichnamigkeit der Ladung werden diese Körper sämtlich nach demselben Pol hinwandern, sich aber wegen der verschiedenen Ladungsgröße hinsichtlich der Ablagerung gegeneinander verschieben. Bei Behandlung einer Suspension, die z. B. eine bestimmte Sorte Ton enthält, der Berlinerblau adsorbiert hat, sind beide Substanzen elektronegativ, das Berlinerblau jedoch stärker wie der Ton. Bei dem Verfahren nach vorliegender Erfindung zeigt es sich, daß der erstgenannte Stoff sich unmittelbar an der Elektrode ansetzt, während der Ton sich darüber lagert. Dabei wirkt dieser teilweise als Diaphragma, durch das sich die herankommenden Teilchen des Berlinerblau hindurchdrängen. In der Regel ist die adsorbierte Substanz bei Suspensionskolloiden eine wirkliche kolloidale Substanz oder gar in dem betreffenden Flüssigkeitsmedium löslich.

In diesem Fall kann man die Trennung vorteilhaft in ähnlicher Weise, wie oben erwähnt, dadurch zur vollständigen machen, daß man die adsorbierten kolloidalen Körper durch ein Diaphragma, das dem Pol vorgeschaltet ist, zu dem die beiden Substanzen wandern, durchwandern läßt. Die Fraktionierung kann dann noch weiter unterteilt werden, indem man Diaphragmen verschiedener Porengröße verwendet. Es ist auf diese Weise möglich, z". B. aus Eiweißkörpern, die verschiedene Substanzen adsorbiert haben, diese Substanzen jede für sich getrennt zu erhalten.

Das dem Pol vorgeschaltete Diaphragma muß indifferent oder dem betreffenden Pol gleichnamig sein.

Es kann der Fall eintreten, daß die Entladung der Ionen am Pol die Substanz, welche getrennt werden soll, zersetzen würde. Um dies zu vermeiden, kann vorteilhaft der Pol hinter ein zweites Diaphragma gesetzt werden und die Substanz in dem Zwischenraum zwischen den beiden Diaphragmen abgefangen werden.

Beispiel A.

Üie Aufgabe ist, Elektrolyte von einem Kolloid zu trennen.

Es ist eine bekannte Tatsache, das fein verteilte Körper, z. B. amorphe Kieselsäure, die chemisch dargestellt wird, Salze, wie z. B. Na- 8Λ triumsulfat oder Natriumchlorid, welche bei ihrer Herstellung entstehen, mit der größten Festigkeit adsorbieren, so daß sie auf keine Weise entfernt werden können.

Durch die Elektroosmose nach vorstehendem Verfahren lassen sich diese als Verunreinigungen wirkenden Salze auf einfache und billige Weise entfernen. Man verfährt wie folgt:

In einem Becherglas α (Fig. 1) befindet sich eine Zelle b aus elektronegativem Material, z. B. aus feinstverteilter Kieselsäure, gebrannt; um diese ist fest anliegend ein Drahtnetz als Kathode gelegt. In diese . Zelle b wird eine zweite Zelle c von geringerem Durchmesser gestellt, so daß zwischen Zelle b und Zelle c ein Zwischenraum entsteht; diese Zelle c besteht aus. elektropositivem Material, ist z. B. aus fein verteiltem, geglühtem Aluminiumoxyd oder feinstverteiltem Korund gebrannt. An der inneren Wandung dieser Zelle liegt der positive Pol an. Er kann aus Platindrahtnetz bestehen oder aus Hartblei oder aus Elektrodenkohle, je nach den Umständen, unter denen man arbeitet.

Zu Beginn des Verfahrens werden das Becherglas und die innere Zelle mit destilliertem Wasser gefüllt, während man in den Mittelraum die Suspension des feinverteilten Kieselsäurehydrogels durch die Zuleitung d, wie es nach der chemischen Fällung und Auswaschung entsteht, einlaufen läßt. Bei der Einschaltung des Stromes verläuft der Reinigungsvorgang folgendermaßen :

Das Kieselsäurehydrogel wandert als ausgesprochen elektronegative Substanz nach der ^; Anode und setzt sich unter diesen Bedingungen als feste Schicht an der anodischen Zelle ab. Die basischen Reste werden von der Kieselsäure getrennt und wandern nach der Kathode durch die Zellwand unter gleichzeitiger kataphorischer Überführung des Wassers. Das Wasser strömt

] aus dem Becherglas durch die Abführung e ab. ' Die Säurereste dagegen werden ebenfalls aus i ihrer adsorbierten Verbindung mit der Kieselsäure gelöst und wandern durch die elektropositive Zellwand nach der Anode, ebenfalls unter kataphorischer Mitführung von Wasser. j Die Flüssigkeit strömt durch die Abführung f I ab. ■ Die kataphorische Wasserüberführung ist ' so stark, daß die Suspension beständig zulaufen ίο kann. Ist der Ansatz an der Anodenzelle genügend stark, so kann noch einmal mit destilliertem Wasser nachgewaschen werden, um die letzten Reste der Adsorptionen zu entfernen. Die Anodenzelle wird sodann herausgehoben und der vollständig feste Ansatz entfernt. Die so gewonnene Kieselsäure ist frei von Adsorptionen ' und ergibt, mit Flußsäure abgeraucht, keinen ψ Rückstand.

Die Stromrelation ist verschieden, je nach der .Reinheit des zur Behandlung kommenden Materials ; sie beträgt z. B. bei einem Versuch von 2 qdm Kathodenfläche 1 Ampere bei 100 Volt, die abgeschiedene Menge amorpher Kieselsäure von etwa 40 Prozent Trockengehalt betrug 100 g in 5 Minuten.

Beispiel. B.

Es handelt sich um die Trennung adsorbierter kolloidaler Körper, vgl. Fig. 1.
Wenn man Kaolin mit kolloidaler Eisenhydroxydlösung und Berlinerblau-Lösung behandelt, so wird sowohl das kolloidale Eisenhydroxyd wie das Berlinerblau von Kaolin adsorbiert, und die Körper lassen sich nicht mehr voneinander trennen, ohne daß die Substanzen durch die angewandten Chemikalien zerstört oder verändert werden.

Man verfährt nun bei der Ausführung wie

B bei Beispiel A. Die Suspension des mit den Adsorptionen versehenen Kaolins läuft in den

•Mittelraum durch das Zuführungsrohr d zwischen Zelle b und c. Unter der Einwirkung des Potentialgefälles trennt sich das elektropositive kolloidale Eisenhydroxyd vom Kaolin, wandert mit dem kataphorisch übergeführten Wasser durch die Zellwand l·'] wenn die feinsten Poren derselben groß genug sind, um das Eisenhydroxyd durchzulassen, und schlägt sich im Gelzustand in dem Kathodenraum zwischen a und b nieder. Das Kaolin und das Berlinerblau wandern unter dem Potentialgefälle gemeinschaftlich nach der Anode und setzen sich an der anodischen Zellwand an. Das Berlinerblau hat jedoch eine stärkere elektronegative Ladung als das Kaolin und wandert stärker nach der Anode. Es findet eine Verschiebung der Ablagerung statt, und das Berlinerblau befindet sich in einer Schicht dicht an der Zellwand und wandert, wenn die Poren der anodischen ZeIlwand groß genug sind, durch die Zelle hindurch und erscheint im Anodenraum, in welchem es getrennt gewonnen werden kann.

Befürchtet man eine Zersetzung des in den Anodenraum gewanderten Kolloids durch die am positiven Pol sich entladenden Anionen, so kann der Pol selbst noch einmal hinter ein Diaphragma gestellt werden, welches vorteilhaft aus indifferentem Material besteht, z. B. aus vegetabilischem oder animalischem Pergament, vgl. Fig. 2, wo das Diaphragma mit g bezeichnet ist.

Die Stromrelation und die Zeitdauer hängt von der Art des Materials ab. Bei einem Versuch betrug bei 2 qdm Kathodenfläche die Stromrelation 0,5 bis 1 Ampere bei 100 bis 200 Volt, und der Trennungsprozeß der Körper ist in etwa 10 bis 5 Minuten beendet.

Durch verschiedene Verfahren ist es in neuerer Zeit gelungen, Metalle, wie Platin, Gold, Silber, Wolfram, Vanadin.Tantal oder Metalloide, wie Silicium oder Carbide, wie Borcarbid oder Karborund auf mechanischem, chemischem oder einem kombinierten Wege oder durch elektrische Zerstäubung in so feine Verteilung zu bringen, daß die Körper in die sogenannte kolloide Form übergehen. In diesem Zustande haben die Körper eine vielseitige Anwendung gefunden, indem man sie infolge ihrer Plastizität zu festen Körpern formen, pressen, ja sogar zu Fäden ziehen und durch Erzeugung des Solzustandes auch gießen kann. Diese Körper in kolloider Form zeigen zudem die überraschende Eigenschaft, daß sie sich in der Regel zu festen Scherben brennen lassen.

Diese wertvollen Eigenschaften der kolloiden Körper werden jedoch durch den Umstand beeinträchtigt, daß es nicht gelingt, sie frei von Adsorptionen zu erhalten. Denn gerade der kolloidale Zustand ergibt durch seine große Oberfläche die Möglichkeit, daß Fremdkörper in verhältnismäßig großer Menge adsorbiert werden, so daß diese Körper nach den bisherigen Verfahren nicht in reinem Zustand gewonnen werden konnten. Von der Reinheit hängt aber häufig der Erfolg bei der Weiterverarbeitung ab. So ist es bekannt, daß gerade die Eigenschaften der Metalle durch Spuren von Verunreinigungen stark beeinflußt werden.

Wenn man aber nach vorliegender Erfindung je nach den Umständen nach Beispiel A oder B verfährt, lassen sich auch Metallkolloide von den schädlichen Verunreinigungen befreien.

Claims

Patent-An Sprüche:

1. Verfahren zur Trennung adsorbierter, kolloidaler, löslicher oder fein verteilter Körper von den ihnen als Träger dienenden Stoffen, gekennzeichnet durch die Anwendung der Elektroosmose.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Pol ein indiffe-

rentes oder gleichnamiges Diaphragma vorgeschaltet wird, durch welches die wirklichen Kolloide oder die löslichen Körper hindurchwandern, und wobei außerdem durch Wahl der Porengröße eine Fraktionierung der Korngröße nach erhalten werden kann.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pol, nach dem die Substanzen wandern, mit einem Diaphragma umgeben wird, zum Zweck, eine Zersetzung der zu isolierenden, nach dem Pol wandernden Substanz durch die Entladung der Ionen am Pol zu vermeiden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.