DE2753851A1 - IMPROVED METHOD FOR PRODUCING EXCHANGE RESINS AND THE USE THEREOF - Google Patents
IMPROVED METHOD FOR PRODUCING EXCHANGE RESINS AND THE USE THEREOFInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Harzen, die, wenn ihnen gewünschte funktionelle Gruppen eingebaut werden, als Ionenaustauscher- oder Llgandenaustauscherharze verwendet werden können und betrifft insbesondere die Herstellung von für die Verwendung in Gegenstrom Ionenaustauschersystemen geeignete Harze.The invention relates to the production of resins which, when desired functional groups are incorporated into them, can be used as ion exchange or ligand exchange resins and relates in particular to the production of resins suitable for use in countercurrent ion exchange systems.
In dieser Beschreibung wird der Ausdruck "Austauscherharze" für die zuvor beschriebenen Harze verwendet. Diese Harze haben eine Kornform, die sie von für andere Zwecke bestimmten Harze unterscheidet.In this specification the term "exchange resins" is used for the resins described above. These resins have a grain shape that distinguishes it from resins intended for other purposes.
In der Ionenaustauschertechnologie wurden in jüngerer Zeit Gegenstromionenaustauschersysteme entwickelt. Diese Systeme sind so aufgebaut, daß die zu behandelnde Lösung mit einem Fließbett aus Ionenaustauscherharz in Kontakt gebracht wird. Gemäß einem dieser bekannten Systeme, das der vorliegenden Erfindung als Stand der Technik zugrundeliegt, strömt die zu behandelnde Lösung von unten nach oben, und das Harz fließt aufgrund seines gegenüber der Lösung höheren spezifischen Gewichtes von oben nach unten. Dieses Verfahren kann absatzweise oder kontinuierlich durchgeführt werden. Bei einer anderen AusführungsformCountercurrent ion exchange systems have recently been used in ion exchange technology developed. These systems are constructed in such a way that the solution to be treated with a fluidized bed from ion exchange resin is brought into contact. According to one of these known systems, which the present invention is referred to as Based on the prior art, the solution to be treated flows from the bottom up, and the resin flows due to it compared to the solution of higher specific gravity from top to bottom. This process can be batch or continuous be performed. In another embodiment
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dieses Systems sind die Harzfließbetten in einer Reihe von horizontal angeordneten Tanks enthalten, und das Harz fließt entweder absatzweise oder kontinuierlich zwischen den Tanks im Gegenstrom zu der Strömungsrichtung der Lösung.this system are the resin fluidized beds in a number of horizontally arranged tanks, and the resin flows either intermittently or continuously between the tanks countercurrent to the direction of flow of the solution.
Die Kapazität eines solchen Gegenstrom-Ionenaustauschersystems in Relation zu den Anlagekosten wird weitgehend bestimmt durch den Expansionsgrad des Fließbettes aus Harzteilchen. Dieser Expansionsgrad, angegeben als —π— ist abhängig von der Auflockerung des BettesThe capacity of such a countercurrent ion exchange system in relation to the system costs is largely determined by the degree of expansion of the fluidized bed of resin particles. This degree of expansion, indicated as —π—, depends on the degree of loosening of the bed
H-Ho = j -to Ho 1-t. H-Ho = j -to Ho 1-t.
Die Auflockerung des Bettes ist ihrerseits bestimmt durch die Strömungsgeschwindigkeit der zu behandelnden Lösung und die Sedimentationsgeschwindigkeit der einzelnen Harzkörner. Diese Relation läßt sich durch die bekannte Richardson Zaki-Gleichung angebenThe loosening of the bed is in turn determined by the flow rate of the solution to be treated and the Sedimentation speed of the individual resin grains. This relation can be found in the well-known Richardson Zaki equation indicate
Unter praktischen Verfahrensbedingungen läßt sich die Sedimentationsgeschwindigkeit durch die Stokes-Gleichung angebenUnder practical process conditions, the sedimentation rate can be determined given by the Stokes equation
2 „ _ dp 2 "_ dp
U " U "
18/U 18 / U
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Bei konstanter Strömungsgeschwindigkeit wird die Expansion des Fließbettes demzufolge im wesentlichen durch die Dichte des Harzes, die Teilchengröße und die Dichte und Viskosität der zu behandelnden Lösung bestimmt. In Figur 1 der beigefügten Zeichnung ist die· Wirkung der Harzdichte auf die Expansion des Bettes für konstante Teilchengröße, Dichte der Lösung und Viskosität der Lösung veranschaulicht.At a constant flow rate, the expansion of the fluidized bed is therefore essentially due to the density of the Resin, the particle size and the density and viscosity of the solution to be treated is determined. In Figure 1 of the attached Drawing is the effect of resin density on bed expansion for constant particle size, solution density and viscosity the solution illustrated.
Die in den oben angegebenen Formeln vorhandenen Symbole haben die folgende Bedeutung:The symbols in the formulas given above have the following meanings:
Ho ist die Höhe des Harzfestbettes; H ist die Höhe des expandierten Harzbettes; ijo ist die Porosität des Harzfestbettes t_ ist die Porosität des expandierten Harzbettes; Uq ist die Anströmgeschwindigkeit;Ho is the height of the fixed resin bed; H is the height of the expanded resin bed; ijo is the porosity of the fixed resin bed t_ is the porosity of the expanded resin bed; Uq is the flow velocity;
U ist die unbehinderte Sedimentationsgeschwindigkeit;U is the unimpeded sedimentation velocity;
η ist 4,4 ReQ;η is 4.4 Re Q ;
Re istRe is
— /U - / U
cj(, ist die Dichte der Lösung; £S ist die Dichte des Harzes; £ ist die Erdbeschleunigung; -u ist die Viskosität der Lösung. cj (, is the density of the solution; £ S is the density of the resin; £ is the acceleration due to gravity; -u is the viscosity of the solution.
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Bekannter- und gebräuchlicherweise werden Austauscherharzkörner in einer Teilchengröße in der Größenordnung von 0,3 bis 1,0 nun und mit einem spezifischen Gewicht in der Größenordnung von 1,05 bis 1,1 eingesetzt. Man kann mit bekannten Methoden auch Harze höherer Dichte und Harze mit größeren Teilchengrößen herstellen, aber in beiden Fällen sind, wenn in bekannter Weise hergestellte Harze eingesetzt werden, die Absorptionsgeschwindigkeit der Ionen durch das Harz oder die Kapazität oder beide Eigenschaften vermindert. Dies wirkt sich nachteilig auf das Verfahren als Ganzes aus.It is known and customary to use exchanger resin granules in a particle size on the order of 0.3 to 1.0 well and with a specific gravity of the order of magnitude from 1.05 to 1.1 are used. Using known methods, resins of higher density and resins with larger particle sizes can also be used but in both cases, when resins prepared in a known manner are used, the rate of absorption is the rate of absorption of ions is reduced by the resin or the capacity or both properties. This adversely affects the Procedure as a whole.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Austauscherharzes höherer Dichte in Vorschlag zu bringen, dessen kinetische Eigenschaft nicht nennenswert aufgegeben und dessen Ionenaustauscherkapazität oder Ligandenaustauscherkapazität nicht wesentlich beeinträchtigt sind.The invention is based on the object of proposing a method for producing an exchange resin of higher density to bring, its kinetic property not given up appreciably and its ion exchange capacity or ligand exchange capacity are not significantly impaired.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren zur Herstellung eines Austauscherharzes durch Polymerisation der zur Bildung eines Austauscherharzes erforderlichen Ausgangssubstanzen, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß als wenigstens eine Ausgangssubstanz mit Brom und/oder Iod am Benzolring substituiertes Styrol verwendet wird.The present invention accordingly provides a process for producing an exchange resin by polymerization the starting substances required to form an exchange resin, which are characterized according to the invention is that styrene substituted with bromine and / or iodine on the benzene ring is used as at least one starting substance will.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Hauptmenge der Ausgangssubstanzen Bromstyrol zusammen mit irgendeinem gewünschten copolymerisierbaren Monomeren verwendet. Als Bromstyrol kann man zweckmäßig entweder Monobromstyrol oder Dibromstyrol oder ein Gemisch dieser beiden Substanzen einsetzen. Als copolymerisierbare Monomere lassen sich die üblichen Monomeren verwenden, und es lassen sich insbesondere auch Vernetzungsmittel, wie beispielsweise Divinylbenzol oder ein bromiertes oder iodiertes Divinylbenzol einsetzen.According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, the main amount of the starting substances is Bromostyrene is used together with any desired copolymerizable monomer. Either monobromostyrene or dibromostyrene or a mixture of these two substances can expediently be used as the bromostyrene. The usual monomers can be used as copolymerizable monomers, and in particular crosslinking agents such as divinylbenzene or a brominated or iodinated divinylbenzene can also be used.
Wenn man erfindungsgemäß in dem Ausgangsgemisch unterschiedliche anteilige Mengen von beispielsweise Bromstyrol- und Styrolmonomeren einsetzt, kann man Copolymere mit spezifischen Gewichten im Bereich von 1,05 bis 1,35 oder sogar noch höher, abhängig von dem Feuchtigkeitsgehalt, herstellen. Die Änderung des spezifischen Gewichtes in Abhängigkeit der unterschiedlichen Gehalte an Bromstyrol in dem Ausgangsgemisch ist für Feuchtigkeitsgehalte von IO %, 3O %, 5O % und 6O % in der beigefügten Zeichnung in Figur 2 veranschaulicht.If you according to the invention in the starting mixture different proportional amounts of, for example, bromostyrene and Using styrene monomers, you can use copolymers with specific Make weights in the range of 1.05 to 1.35 or even higher depending on the moisture content. The change in specific gravity is a function of the different contents of bromostyrene in the starting mixture for moisture contents of IO%, 3O%, 5O% and 6O% in the accompanying drawing in Figure 2 illustrates.
Es können auf diese Weise erfindungsgemäß das spezifische Gewicht und die kinetischen Eigenschaften des fertigen Ionenoder Ligandenaustauscherharz nach Wunsch und den Erfordernissen des speziellen AnwendungsZweckes, für den das MaterialIn this way, according to the invention, the specific gravity and the kinetic properties of the finished ion or ligand exchange resin can be adjusted as desired and the requirements of the specific application for which the material is to be used
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bestimmt ist, angepaßt hergestellt und die Relation der Leistungscharakteristik des Harzes zu den Produktionskosten optimiert werden.is determined, manufactured adapted and the relation of the performance characteristics of the resin can be optimized to the production costs.
Die Polymerisation kann mittels beliebiger geeigneter Reaktionen vorgenommen werden; generell werden dazu Katalysatoren, wie beispielsweise Benzoylperoxid, eingesetzt. Solche Polymerisationstechniken sind in der Literatur beschrieben und gehören zum potentiellen Wissen des Fachmanns. Ein Beispiel für diese Literatur ist das Buch "Ion Exchange Resins" von Robert Kunin, 2. Ausgabe 1958, veröffentlicht von John Wiley & Sons Inc.The polymerization can be carried out by any suitable reaction; In general, catalysts are used for this purpose, such as benzoyl peroxide, used. Such polymerization techniques are described and owned in the literature to the potential knowledge of the specialist. An example of this literature is the book "Ion Exchange Resins" by Robert Kunin, 2nd edition 1958, published by John Wiley & Sons Inc.
Die erfindungsgemäß hergestellten Harze haben höhere Dichte als vergleichbare bekannte Harze. Dies ist auf den Einschluß der schweren Bromatome in der Matrix zurückzuführen.The resins produced according to the invention have a higher density than comparable known resins. This is due to the inclusion of the heavy bromine atoms in the matrix.
Die Anwesenheit solcher Atome beeinträchtigt die Selektivität von funktioneilen Gruppen, die an dem Harz ansitzen und die Ionenaustausch- oder Ligandenaustauscheigenschaften verleihen, nicht. Auch die Kinetik der Austauschreaktionen, die zwischen dem Harz und den damit in Kontakt kommenden Lösungen stattfindet, werden nicht beeinflußt, und ebenso wenig wird die Kapazität beeinträchtigt.The presence of such atoms affects the selectivity of functional groups attached to the resin and the Confer ion exchange or ligand exchange properties, not. Also the kinetics of the exchange reactions that take place between the resin and the solutions in contact with it are not affected, and neither is the Capacity impaired.
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Es kann die Harzmatrix auch mit iodhaltigem Styrol gefertigt werden. Erfindungsgemäße Harze können makroporös oder mikroporös sein.The resin matrix can also be manufactured with iodine-containing styrene. Resins of the invention can be macroporous or microporous be.
Die erfindungsgemäß hergestellten neuen Harze lassen sich für viele Anwendungszwecke einsetzen. Man kann sie beispielsweise für die Wasserbehandlung und in der Hydrometallurgie zur Rückgewinnung von Wertstoffen aus Lösungen oder Slurrys einsetzen. Einige spezielle Beispiele für mögliche Anwendungszwecke sind die folgenden:The novel resins prepared according to the invention can be used for have many uses. You can, for example for water treatment and in hydrometallurgy for the recovery of valuable substances from solutions or slurries. Some specific examples of possible uses are as follows:
(i) Man kann erfindungsgemäß hergestellte neue Harze für die Rückgewinnung von Uran aus wäßrigen Lösungen oder Slurrys, die beim Auslaugen von uranhaltigen Materialien mit Säuren oder Alkali anfallen, einsetzen. Gebräuchlicherweise behandelt man solche Lösungen oder Slurrys im kontinuierlichen Gegenstromionenaustauschverfahren (CIX). Wenn bekannte Ionenaustauscherharze dabei zur Extraktion des Urans aus Lösungen eingesetzt werden, hat dieses Verfahren Grenzen. Man kann vorteilhaft das erfindungsgemäß hergestellte Harz, das für diesen Zweck aus einer bromstyrolhaltigen, eine hohe Dichte aufweisenden Matrix mit daran ansitzenden kationischen Austauschergruppen (wie beispielsweise einer quaternären Ammoniumverbindung) besteht, als Ionenaustauschermaterial verwenden, das Uran als anionischen Komplex aus der Lösung adsorbieren kann. Man erreicht damit die folgenden speziellen Vorteile:(i) New resins prepared according to the invention can be used for Recovery of uranium from aqueous solutions or slurries by leaching uranium-containing materials with acids or alkali accumulate. Such solutions or slurries are usually treated continuously Countercurrent Ion Exchange Process (CIX). If known ion exchange resins are used to extract the If uranium is used from solutions, this process has its limits. One can advantageously use that produced according to the invention Resin, which for this purpose consists of a bromostyrene-containing, high-density matrix with it existing cationic exchange groups (such as a quaternary ammonium compound), use as ion exchange material that can adsorb uranium as an anionic complex from solution. One achieves thus the following special advantages:
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a) Infolge der relativ hohen Dichte der erfindungsgemäßen Harze läßt sich mit höheren Fließgeschwindigkeiten und dementsprechend größeren Durchsatzmengen an Uran enthaltender zu behandelnder Lösung in einer CIX-Anlage gleichen Durchmessers, als bei Verwendung üblicher Harze, arbeiten. Dies läßt sich veranschaulichen anhand der Figur 1 der beiliegenden Zeichnung. Darin ist die Expansion des Harzbettes —tj— gegen die Anströmgeschwindigkeit graphisch veranschaulicht und für ein Harz mit einem spezifischen Gewicht von 1,05 (das ist ein im Handel erhältliches Standardharz) und für ein Harz mit einem spezifischen Gewicht von 1,35 angegeben. Man erkennt, daß in diesem Fall die Differenz zwischen der Anströmgeschwindigkeit, mit der man arbeiten kann, für das erfindungsgemäß hergestellte Harz nahezu das 10-fache, verglichen mit dem handelsüblichen Harz, ausmacht.a) As a result of the relatively high density of the resins according to the invention, higher flow rates and correspondingly greater throughputs of uranium-containing solution to be treated can be used in a CIX system of the same diameter than when using conventional resins. This can be illustrated with reference to FIG. 1 of the accompanying drawing. Therein the expansion of the resin bed —tj— is graphically illustrated against the flow velocity and given for a resin with a specific gravity of 1.05 (that is a standard commercially available resin) and for a resin with a specific gravity of 1.35. It can be seen that in this case the difference between the flow velocity with which one can work is almost 10 times as much for the resin produced according to the invention as compared with the commercially available resin.
b) Wenn man erfindungsgemäß hergestelltes Harz einsetzt/ wird es möglich, Lösungen oder Slurrys zu behandeln, die einen höheren Gehalt an löslichen oder unlösli chen Stoffen haben (die Anwesenheit dieses Materials erhöht das gesamtspezifische Gewicht der zu behandelnden Lösung oder des Slurrys), als man sie bei Verwendung handelsüblicher Harze behandeln kann. Infolge dieses Vorteils wird es möglich, die Feststoff-Flüssigkeitstrennung, die man gewöhnlich vornimmt, um b) When one resin according to the invention manufactured using / it is possible to treat solutions or slurries that have a higher content of soluble or unlösli chen substances (the presence of this material increases the overall specific gravity of the solution be treated or the slurry) increases as you can treat them using commercially available resins. As a result of this advantage, it becomes possible to do the solid-liquid separation that is usually done
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uranhaltige Lösungen aus Abiaugeslurrys abzutrennen, damit die Gesamtanlagekosten für eine Anlage zur Rückgewinnung von Uran aus uranhaltigen Materialien reduziert werden, ganz beträchtlich zu vereinfachen.to separate uranium-containing solutions from waste slurry, thus reducing the overall investment costs for a plant for the recovery of uranium from uranium-containing materials will be to simplify quite considerably.
c) Bei Verwendung der erfindungsgemäß hergestellten Harze in CIX-Anlagen wird es darüber hinaus möglich, die CIX-Installation in geringerer Abmessung vorzusehen, als sie für die Verwendung handelsüblicher Harze zur Behandlung von äquivalenten Volumina von Auslauglösung oder Slurry erforderlich ist.c) When using the resins prepared according to the invention In CIX systems it is also possible to provide the CIX installation with smaller dimensions, than they do for using commercially available resins to treat equivalent volumes of leach solution or slurry is required.
Beliebige Kombinationen dieser Vorteile können für eine zum Einsatz der CIX-Techniken bestimmten Urananlage in Betracht gezogen werden.Any combination of these advantages can be used for a uranium plant designed to use CIX techniques be considered.
(ii) Man kann erfindungsgemäß hergestellte Harze bei der Verarbeitung von Lösungen oder Slurrys benutzen, die beim Auslaugen von Kupfer enthaltenden Materialien (beispielsweise Erzen oder Abfallmetall) mit geeigneten auf Säure oder Alkalieinwirkung basierenden Auslaugtechniken angefallen sind. Auch dabei erreicht man die gleichen Vorteile, wie sie vorstehend in (i) beschrieben worden sind.(ii) Resins prepared in accordance with the present invention can be used in processing Use of solutions or slurries that occur when leaching copper-containing materials (for example Ores or scrap metal) using appropriate acid or alkali exposure based leaching techniques are. Here too, the same advantages are achieved as have been described in (i) above.
(iii)Man kann erfindungsgemäß hergestellte Harze bei der Verarbeitung von Lösungen oder Slurrys einsetzen, wie sie beim(iii) Resins prepared according to the invention can be used in processing of solutions or slurries, as used in
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Auslaugen von goldhaltigen Erzen oder Materialien mittels Cyanid anfallen. Auch dabei ergeben sich die gleichen Vorteile, wie sie oben in (i) beschrieben sind.Leaching of gold-containing ores or materials by means of cyanide occur. The same advantages result here too, as described in (i) above.
(iv) Man kann erfindungsgeraäß hergestellte Harze mit den gleichen wie zuvor in (i) beschriebenen Vorteilen für die Aufarbeitung von Lösungen einsetzen, die beim Auslaugen von Metalle der Platingruppe enthaltenden Materialien angefallen sind.(iv) Resins produced according to the invention can be mixed with the same as previously described in (i) advantages for the work-up of solutions used when leaching Metals of the platinum group containing materials are incurred.
(v) Die erfindungsgemäß hergestellten Harze können auch zur Aufarbeitung von Metalle, wie beispielsweise Zink, Nickel, oder Kobalt enthaltenden Auslauglösungen oder -slurrys, verwendet werden. Man erreicht die gleichen Vorteile, wie sie unter (i) beschrieben sind.(v) The resins prepared according to the invention can also be used for Processing of metals such as zinc, nickel or cobalt-containing leaching solutions or slurries, be used. The same advantages are achieved as described under (i).
(vi) Erfindungsgemäß hergestellte Harze können weiterhin benutzt werden, um bei der Verarbeitung von Wertstoffe enthaltenden Lösungen oder Slurrys unerwünschte Verunreinigungen (z.B. Ferri-Ionen) daraus zu entfernen, wenn solche Verunreinigungen mittels der CIX-Techniken an entweder einem anionischen oder einem kationischen Austauscherharz adsorbiert werden können.(vi) Resins made in accordance with the present invention can still be used in the processing of solutions or slurries containing valuable substances to avoid undesirable impurities (e.g. ferric ions) if such impurities are detected using the CIX techniques either an anionic or a cationic exchange resin can be adsorbed.
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(vii) In Form von Anionen- oder Kationenaustauscherharzen können erfindungsgemäß hergestellte Harze für die Wasserbehandlung eingesetzt werden. Sie sind beispielsweise dort besonders zweckmäßig, wo die Behandlung zur Entfernung von Verunreinigungen durchgeführt werden soll, um das Wasser zum Einspeisen in Kessel für Dampferzeugung geeignet zu machen. Man kann sie auch für beliebige andere industrielle Anwendungszwecke einsetzen, bei denen das kontinuierliche Austauscherverfahren nützlich ist, speziell dann, wenn man die Anwesenheit von Feststoffteilchen in dem zu behandelnden Wasser tolerieren kann.(vii) In the form of anion or cation exchange resins, resins prepared according to the invention for water treatment can be used can be used. For example, they are particularly useful where the treatment is to remove impurities should be carried out in order to make the water suitable for feeding into boilers for steam generation. They can also be used for any other industrial application in which the continuous exchange process is useful, especially when considering the presence of particulate matter in the treatment Can tolerate water.
(viii) Erfindungsgemäß hergestellte Harze können auch zur Behandlung von Lösungen mittels üblicher Festbettionenaustauschermethoden eingesetzt werden.(viii) Resins produced according to the invention can also be used for treatment of solutions can be used by means of conventional fixed-bed ion exchange methods.
An die erfindungsgemäßen Austauscherharze können viele verschiedene organische und anorganische Substanzen angebaut werden, um dem so gebildeten resultierenden Ionen- oder Ligandenaustauscherharz vielfältige Fähigkeiten zum Austausch von Kationen oder Anionen oder zur Komplexbildung aus Lösungen zu vermitteln. Beispiele für solche organischen Substanzen sind die als primäre, sekundäre, tertiäre oder quaternäre Amine bekannten Substanzen, die üblicherweise eingesetzt werden, um dem HarzMany different types of resin can be used with the exchange resins according to the invention Organic and inorganic substances are grown to produce the resulting ion or ligand exchange resin to impart diverse skills for the exchange of cations or anions or for the formation of complexes from solutions. Examples of such organic substances are those known as primary, secondary, tertiary or quaternary amines Substances that are commonly used to make the resin
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Anionenaustauschereigenschaften zu vermitteln, Carbonsäurereste, die dem Harz Kationenaustauschereigenschaften verleihen, auch Sulfonsäurereste, die Kationenaustauschereigenschaften vermitteln, und komplexbildende Verbindungen, die das Harz zur selektiven Adsorption von Metallen geeignet machen.To impart anion exchange properties, carboxylic acid residues, that give the resin cation exchange properties, including sulfonic acid residues that impart cation exchange properties, and complexing compounds that make the resin suitable for the selective adsorption of metals.
Zur Illustration der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden eine Anzahl Ionenaustauscherharze nach dem erfindungsgemäßen Verfahren synthetisiert, und deren Adsorptionseigenschaften wurden gemessen.To illustrate the advantages of the method according to the invention a number of ion exchange resins according to the invention Methods were synthesized and their adsorption properties were measured.
In den nachfolgenden Beispielen bezieht sich der Ausdruck "Bromstyrol" auf Monobromstyrol, bei dem der Brom an dem Benzolring ansitzt.In the examples below, the term " bromostyrene" refers to monobromostyrene in which the bromine is attached to the benzene ring.
Zur Synthese von Anionenaustauscherharzen wurde die folgendeFor the synthesis of anion exchange resins, the following was used
Verfahrensstufen aufweisende Methode verwendet:Method showing process stages used:
(i) Es wurde eine Emulsionscopolymerisation mittels einer Suspension von Bromstyrol oder Gemischen von Styrol und Bromstyrol als Ausgangssubstanzen und Divinylbenzol unter Verwendung von Benzoylperoxid als Polymerisations-(i) An emulsion copolymerization was carried out using a suspension of bromostyrene or mixtures of styrene and bromostyrene as starting substances and divinylbenzene using benzoyl peroxide as the polymerization
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katalysator durchgeführt. Die Bedingungen wurden so gewählt, daß entweder ein Harzgel oder unter Zusatz eines Porenbildners ein makroporöses Harz hergestellt wurde und die Polymerteilchen eine Größe im Bereich von 3OO bis 500 Mikron aufwiesen.catalyst carried out. The conditions were chosen so that either a resin gel or with the addition of a Pore former a macroporous resin was produced and the polymer particles have a size in the range of 3OO up to 500 microns.
(ii) Durch Reaktion dieses Grundkörpers mit Chlormethyläther unter für die Bildung von Harzen üblichen Bedingungen wurden diese Harzteilchen chlorraethyliert.(ii) By reacting this basic body with chloromethyl ether under the usual conditions for the formation of resins these resin particles were chloroethylated.
(iii) Die chlormethylierten Harze wurden mit Triethylamin umgesetzt, und auf diese Weise wurde eine Anionenaustauschergruppe in Form der starken Base eingeführt, die Uran als anionische Komplexverbindung aus Lösungen zu adsorbieren vermag, oder es wurde mit Dimethylamin umgesetzt und so eine schwachbasische Anionenaustauschergruppe eingeführt.(iii) The chloromethylated resins were reacted with triethylamine, and in this way an anion exchange group was introduced in the form of the strong base, the uranium as able to adsorb anionic complex compounds from solutions, or it was reacted with dimethylamine and so on introduced a weakly basic anion exchange group.
An Proben des so hergestellten Harzes wurde das spezifische Gewicht des Produktes und dessen Kapazität bestimmt. Als ein Beispiel für die Adsorptionsfähigkeit für Metall wurden die Kapazität der Uranaufnahme und die entsprechende Aufnahmegeschwindigkeit geprüft. In derselben Weise und unter den gleichen Bedingungen, wie sie für die Herstellung des erfindungs-The specific weight of the product and its capacity were determined on samples of the resin produced in this way. As a The capacity of uranium uptake and the corresponding uptake rate were examples of the adsorption capacity for metal checked. In the same way and under the same conditions as for the production of the invention
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gemäßen Harzes eingesetzt worden waren, wurde unter Verwendung von nur Styrol als Ausgangsmaterial zu Vergleichszwecken ein übliches Harz hergestellt. Die Versuchsbedingungen und die erzielten Resultate sind in Tabelle 1 zusammengestellt.resin according to the invention was made using only styrene as the starting material for comparison purposes a common resin made. The test conditions and the results obtained are summarized in Table 1.
Man erkennt, daß die erfindungsgemäß hergestellten Harze ein erheblich höheres spezifisches Gewicht als das konventionelle Vergleichsharz haben und daß im allgemeinen ihre Kapazität und ihre kinetischen Eigenschaften ganz ähnlich denjenigen des konventionellen Harzes sind. Man erkennt weiterhin, daß durch Abänderung der prozentualen Anteile an Bromstyrol und Styrol in dem Ausgangsmaterial das spezifische Gewicht und die Kapazität und kinetischen Eigenschaften der Harze in gewünschter Weise je nach der verwendeten Produktionstechnik variiert werden können. Es ist bekannt, daß durch Vernetzung (d.h. die verwendete anteilige Menge an Divinylbenzol) die Dichte des Harzes durch Veränderung des Feuchtigkeitsgehaltes beeinflußt werden kann. Aber dies ist bei weitem nicht so signifikant wie der Effekt des Bromstyrols, wie aus Tabelle 2 ersichtlich.It can be seen that the resins prepared according to the invention are a have significantly higher specific gravity than the conventional comparative resin and that in general their capacity and their kinetic properties are very similar to those of the conventional one Resin. It can also be seen that by changing the percentages of bromostyrene and styrene in depending on the starting material, the specific gravity and the capacity and kinetic properties of the resins in a desired manner can be varied according to the production technology used. It is known that by crosslinking (i.e. the proportion used Amount of divinylbenzene) the density of the resin can be influenced by changing the moisture content. But this is nowhere near as significant as the effect of the bromostyrene, as can be seen from Table 2.
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Experimentelle Ergebnisse für Anionenharze Experimental results for anion resins
HarztypResin type
übliches Styrolharz (starke Base)common styrene resin (strong base)
j Bromstyrolharζ (starke Base)j bromostyrene resin (strong base)
1:2 Styrol/Bromstyrolharz (be2ogen auf Molfraktion) (starke Base)1: 2 styrene / bromostyrene resin (based on mole fraction) (strong base)
Bromstyrolhar2 (schwache Base)·Bromostyrolhar2 (weak base)
DVB-Gehalt %DVB content%
lchloridformchloride form
3,5 (Gew.%)3.5 (wt.%)
3,5 (Gew.%)3.5 (wt.%)
3,0 (MoI.%)3.0 (MoI.%)
3,3 spezifische Dich-r Kapazität
te des Harzes in j Äquivalente3.3 specific dich-r capacity
te of the resin in j equivalents
1,221.22
1,201.20
1,241.24
je Liter von
Harz in
Chloridformper liter of
Resin in
Chloride form
1,411.41
1,301.30
1,4:1.4:
1,341.34
Urankapazität
g U3O8 proUranium capacity
g U 3 O 8 per
Literliter
5151
5252
si.si.
relative Beladungsgeschwin
digkeitrelative loading speed
age
1,021.02
0,7'0.7 '
Tabelle 2 Wirkung der Vernetzung auf die DichteTable 2 Effect of crosslinking on density
ArtArt
% DVB Dichte g/ml% DVB density g / ml
BromstyrolBromostyrene
Styrol
StyrolStyrene
Styrene
handelsübliches |
Harz auf Basis
von Styrolcommercially available |
Resin based
of styrene
10 8 6 6 4 2 1,29 1,23 1,25 1,24 1,21 .1,11 1,1710 8 6 6 4 2 1.29 1.23 1.25 1.24 1.21 .1.11 1.17
1,121.12
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Wie vorstehend unter (i) auf Seite 16 beschrieben und mit anschließender üblicher Chlorsulfonierung wurde ein erfindungsgemäßes Harz hergestellt, und zu Vergleichszwecken wurde ein übliches Sulfonsäureharz gefertigt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 angegeben.As described above under (i) on page 16 and with subsequent A resin according to the present invention was prepared using conventional chlorosulfonation, and a resin was used for comparison common sulfonic acid resin made. The results are given in Table 3.
35
3
1,201.46
1.20
(Na-Form)density
(Na form)
1 ,291, 18
1, 29
% Äquivalente/1
(Na-Form)DVB content capacity +
% Equivalents / 1
(Na form)
BromstyrolStyrene
Bromostyrene
3,4,
3,
bestimmt durch Titration der Wasserstoffkationen an der Wasserstoff orm des Harzes; die Titration wurde mit einer mit Natriumchlorid angesetzten Standard-Natriumhydroxidlösung, wie sie in der zuvor angegebenen Referenz beschrieben ist, durchgeführt.determined by titration of the hydrogen cations on the hydrogen form of resin; the titration was carried out with a standard sodium hydroxide solution made up with sodium chloride, as described in the reference given above.
Es wurde ein erfindungsgemäß mit Bromstyrol hergestelltes Harz als chelatbildendes Harz mit Iminodiacetatresten durch Behandlung von chlormethylierten Polybromstyrolharzkornern mit Hexamin, Hydrolysierung des resultierenden Produktes mit konzentrierterA resin made with bromostyrene in accordance with the present invention was obtained as a chelating resin with iminodiacetate residues by treating chloromethylated polybromostyrene resin grains with hexamine, Hydrolyze the resulting product with concentrated
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Salzsäure unter Rückflußtemperatur und Umsetzung des Produktes mit Natriumchloracetat hergestellt. Dieses Harz wurde für Kupferadsorption verwendet und mit einem auf Styrolbasis hergestellten üblichen Harz verglichen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 aufgeführt.Hydrochloric acid at reflux temperature and reaction of the product made with sodium chloroacetate. This resin was used for copper adsorption and made with a styrene-based one compared to usual resin. The results are shown in Table 4.
KupferadsorptionComparison of chelating resins
Copper adsorption
11.
1
% g/l (Na-Form)DVB content Cu 2+ capacity +
% g / l (Na form)
,36, 12
, 36
BromstyrolStyrene
Bromostyrene
3,9 326.5 40
3.9 32
bestimmt durch 4-stündiges in Kontakt bringen von 10 ml des
Harzes mit 40 ml Kupfersulfatlösung (15 g/l Cu in Wasser).determined by bringing 10 ml of des into contact for 4 hours
Resin with 40 ml copper sulfate solution (15 g / l Cu in water).
Ein erfindungsgemäß auf Bromstyrol basierendes chelatbildendes Harz des Picolylamintyps wurde wie folgt hergestellt:A chelating agent based on bromostyrene according to the invention Picolylamine type resin was prepared as follows:
Wie in dem vorstehenden Beispiel wurde die Polybromstyrolmatrix hergestellt und chlormethyliert. Diese Matrix wurde mit 6,8
Gew.% Divinylbenzol als Vernetzungsmittel hergestellt.As in the previous example, the polybromostyrene matrix was prepared and chloromethylated. This matrix was rated at 6.8
% By weight divinylbenzene produced as a crosslinking agent.
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12 ml Methylalkohol wurden zu 0,05 Molen des Harzes in einem mit Rückflußkühler, Thermometer und Rührer bestückten Rundbodenkolben zugegeben, und man ließ das Harz 15 Minuten lang quellen. Dann wurde der überschüssige Alkohol entfernt, und während einer Zeitspanne von 3 Minuten wurden unter Rühren bei einer Temperatur von 100C 30 ml einer wäßrigen Aminomethylpyridin(AMP)-lösung, die 21,6 g AMP enthielt, zugegeben. Das Gemisch wurde dann 8,5 Stunden lang unter Rückfluß auf 40°C erhitzt und anschließend nach Entfernung des Rückflußkühlers 3 Stunden lang bei 80 C erhitzt. Die resultierenden Harzkörner wurden zunächst mit Wasser, dann mit 1-molarer HCl gewaschen und anschließend wurde wieder mit Wasser gewaschen, bis der HCl-Uberschuß entfernt war.12 ml of methyl alcohol was added to 0.05 moles of the resin in a round bottom flask equipped with a reflux condenser, thermometer and stirrer, and the resin was allowed to swell for 15 minutes. The excess alcohol was then removed and, over a period of 3 minutes, 30 ml of an aqueous aminomethylpyridine (AMP) solution containing 21.6 g of AMP were added with stirring at a temperature of 10 ° C. The mixture was then refluxed at 40 ° C. for 8.5 hours and then heated at 80 ° C. for 3 hours after the reflux condenser was removed. The resulting resin grains were washed first with water, then with 1 molar HCl and then washed again with water until the excess HCl was removed.
Das spezifische Gewicht der resultierenden Körner wurde zu 1,31 bestimmt. Die Kapazität des Harzes wurde zu 1,83 Äquivalenten je kg oder, auf Kupfer bezogen angegeben, zu 0,6 ÄquivalentenThe specific gravity of the resulting granules was found to be 1.31. The capacity of the resin became 1.83 equivalents per kg or, based on copper, to 0.6 equivalents
2+
Cu je Liter des feuchten sedimentierten Harzes (Chloridform)2+
Cu per liter of the moist sedimented resin (chloride form)
gemessen.measured.
Die vorstehenden Ergebnisse zeigen, daß die erfindungsgemäß hergestellten Austauscherharze sehr stark verbesserte spezifische Gewichte hatten. Dies erkennt man auch aus den in Figur 2 der beiliegenden Zeichnung ersichtlichen Kurven.The above results show that those made in accordance with the present invention Exchange resins had very much improved specific gravity. This can also be seen from the in Figure 2 of curves visible in the accompanying drawing.
me:büme: bü
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