DE2911308A1 - Chelatharze, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung - Google Patents
Chelatharze, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Chelatharze, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung zum Abtrennen von Schwermetallen
aus Lösungen oder Gasen, die diese Schwermetalle enthalten .
Seit einiger Zeit werden Chelatharze in großem Umfang zum
Abtrennen von Schwermetallen aus Abwässern oder zum Gewinnen von wertvollen Metallen aus diese Metalle enthaltenden Lösungen,
verwendet. Um z.B. Schwermetalle aus Lösungen, z.B. Abwässern, die diese Schwermetalle in einer Konzentration
von wenigen mg/Liter enthalten, abzutrennen, ist bereits die Verwendung eines Chelatharzes vorgeschlagen worden, das durch
Chlormethylierung eines Styrol-Divinylbenzol-Copolymerisats und anschließende Umsetzung mit Iminodiessigsäure erhalten
worden ist; vgl. Nikkakyo Geppo, Bd. 25, (1), S. 24 (1972).
Ferner ist die Verwendung von Chelatharzen bekannt, die durch Mannich-Reaktion in Gegenwart von Iminodiessigsäure, einem
Phenol und einem Aldehyd und anschließende Durchführung der Polykondensation durch Zugabe eines Aldehyds und eines Phenols
erhalten worden sind; vgl. z.B. JA-OSen 107 092/75,
25 1 01 490/75 und 103 590/75.
Diese Chelatharze werden jedoch durch andere, ebenfalls in den Abwässern vorliegenden Ionen leicht beeinflußt, so daß
sie verschiedene Nachteile aufweisen. So nimmt z.B. ihre Adsorptionsfähigkeit
im Falle von Industrieabwässern beträchtlich ab und sie weisen eine hohe Schwermetalladsorptions-Gleichgewichtskonzentration
auf, wenn sie zur Behandlung von wäßrigen Lösungen mit hoher Salzkonzentration eingesetzt
werden. 35
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, Chelatharze bereitzustellen, die im Vergleich zu bekannten Chelatharzen durch
andere, gleichzeitig vorliegende Ionen weniger beeinflußt werden und eine niedrige Schwermetalladisorptions-Gleichge-Wichtskonzentration
aufweisen, wenn man sie zur Behandlung von wäßrigen Lösungen mit hoher Salzkonzentration einsetzt.
Gegenstand der Erfindung sind neue Chelatharze, die erhältlich sind durch Umsetzen von
(A) einem Kunstharz mit einer oder mehreren primären und/ oder sekundären Aminogruppen im Molekül mit
(B) einer polyfunktionellen Verbindung mit mindestens zwei mit Aminen reaktiven Gruppen und
(C) einer Aminoverbindung mit einer oder mehreren primären
und/oder sekundären Aminogruppen . -.. ■ oder mit einem Reaktionsprodukt der polyfunktionellen
Verbindung (B) und.der Aminoverbiridung (C).
Gegenstand der Erfindung sind ferner ein Verfahren zur Herstellung
der Chelatharze und ein Verfahren zum Abtrennen eines oder mehrerer Schwermetalle aus Lösungen oder Gasen,
die diese Schwermetalle enthalten, bei dem man diese Lösungen oder Gase mit dem Chelatharz in Berührung bringt.
Als Kunstharze (A) können beliebige aminierte Kunstharze mit einer oder mehreren primären und/oder sekundären Aminogruppen
im Molekül verwendet werden. Hierbei sind aminierte Kunstharze bevorzugt, die durch Umsetzen eines halogenhaltigen
Kunstharzes mit einer Aminoverbindung erhalten worden
30 sind.
Beispiele für derartige halogenhaltige Kunstharze sind Polyvinylchlorid,
Polyvinylidenchlorid, Polyvinylbromid, PoIyvinylidenbromid,
Polyvinyljodid und halogenierte Kunstharze, die durch Halogenieren von halogenfreien Kunstharzen,
wie Polyäthylen oder Polypropylen, erhalten worden sind.
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Hierbei sind chlorhaltige Kunstharze bevorzugt und Polyvinylchlorid
besonders bevorzugt. Die halogenhaltigen Kunstharze können auch Copolymerisate der vorstehend genannten Kunstharzkomponenten
mit anderen copolymerisierbaren äthylenisch g ungesättigten Monomeren darstellen, z.B. Acrylnitril, Vinylacetat,
Acrylsäure, Methacrylsäure, Acrylester, wie Acryl-'Säuremethyl-
oder -äthylester, Methacrylester, wie Methacrylsäuremethylester, oder Olefine. Diese Kunstharze können z.B.
in Form von Pulvern, Granulaten, Formkörpern, Fasern, Filmen IQ oder Waben verwendet werden.
Zur Umsetzung mit dem halogenhaltigen Kunstharz eignen sich beliebige Aminoverbindungen, die mit dem halogenhaltigen
Kunstharz unter Einführung von primären und/oder sekundären Aminogruppen reagieren. Beispiele für derartige Aminoverbindungen
sind Ammoniak, aliphatische Mono- oder Polyamine, aromatische Mono- oder Polyamine und ihre Derivate, wie
Monomethylamin, Monoäthylamin, Äthylendiamin, Trimethylendiamin,
Tetramethylendiamin, Pentamethylendiamin, Hexamethylendiamin,
Octamethylendiamin, Nonamethylendiamin, Hydrazin, Diäthylentriamin, Triäthylentetramin, Tetraäthylenpentamin,
Anilin, o-Phenylendiamin, m-Phenylendiamin, ρ-Phenylendiamin,
p,p1 -Diaminodiphenylmethan, 2,4-Diaminotoluol oder 2,6-Diaminotoluol.
Das halogenhaltige Kunstharz kann nach üblichen Methoden zu dem Kunstharz (A) aminiert werden. Vorzugsweise setzt man
das halogenhaltige Kunstharz mit der Aminoverbindung in einer Menge von 1/20 Mol oder mehr, vorzugsweise 1/10 bis
6/1 Mol, pro Grammatom der Halogenatome in dem Kunstharz um.
Als Kunstharz (A) können neben den vorstehend genannten aminierten
Kunstharzen auch Aminoharze verwendet werden, z.B. Polyäthylenimin, Anilinharze und Melaminharze. Diese Kunstharze
werden im folgenden als "aminierte Kunstharze" bezeichnet.
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Das aminierte Kunstharz (A) wird mit der polyfunktionellen
Verbindung (B) und der Aminoverbindung (C) oder mit dem Reaktionsprodukt aus der polyfunktionellen Verbindung und
der Aminoverbindung umgesetzt. Im erstgenannten Fall verwendet man die polyfunktionelle Verbindung in einer Menge von
1/2Ο Mol oder mehr, vorzugsweise 1/1Ο bis 2/1 Mol, pro Äquivalentgewicht
der Aminogruppe des aminierten Kunstharzes, während die Aminoverbindung in einer Menge von 1/20 Mol oder
mehr, vorzugsweise 1/10 bis 2/1 Mol, pro Äquivalentgewicht der Aminogruppe des aminierten Kunstharzes verwendet wird.
Im letztgenannten Fall verwendet man das Reaktionsprodukt in einer Menge von 1/20 Mol oder mehr, vorzugsweise 1/1Ο bis
2/1 Mol, pro Äquivalentgewicht der Aminogruppe des aminierten Kunstharzes. Die Umsetzung der polyfunktionellen Verbin-
dung (B) und der Aminoverbindung (C) kann in Gegenwart oder Abwesenheit eines Lösungsmittels, wie Wasser, N,N-Dimethylformamid,
Dioxan, Chloroform, Äthanol oder Methanol, etwa 1 Minute bis 10 Stunden bei einer Temperatur von etwa
10 bis 2000C durchgeführt werden. Die Mengenverhältnisse
der polyfunktionellen Verbindung und der Aminoverbindung in dem Reaktionsprodukt betragen 0,1 bis 1 Mol, vorzugsweise
0,5 bis 1 Mol, der Aminoverbindung pro Mol der polyfunktionellen Verbindung.
Bei Verwendung von geringeren Mengen der polyfunktionellen
Verbindung, der Aminoverbindung oder ihres Reaktionsprodukts wird die Abtrennfähigkeit des erhaltenen Chelatharzes
für Schwermetalle beeinträchtigt und die Schwermetall— adsorptions-Gleichgewichtskonzentration kann nicht gesenkt
30 werden.
Die Umsetzung des aminierten Kunstharzes (A) mit der polyfunktionellen
Verbindung (B) und der Aminoverbindung (C) oder mit dem Reaktionsprodukt aus der polyfunktionellen
Verbindung und der Aminoverbindung erfolgt üblicherweise bei etwa 30 bis 200°C, vorzugsweise 40 bis 150°C. Bei Reaktions-
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temperaturen von unterhalb etwa 3O°C wird die Reaktionszeit
unerwünscht verlängert,während bei Reaktionstemperaturen oberhalb 2OO°C eine Zersetzung der funktioneilen Gruppen auftreten
kann. Die Umsetzung erfordert im allgemeinen etwa 5 Minuten bis 24 Stunden. Sie kann unter vermindertem Druck, Atmosphärendruck
oder erhöhtem Druck durchgeführt werden. Ferner kann die Reaktion ohne Lösungsmittel oder in Gegenwart eines Lösungsmittels
durchgeführt werden, z.B. in Wasser oder einem organischen Lösungsmittel, wie N,N-Dimethylformamid, Formamid,
Ν,Ν-Dimethylsulfoxid, Chloroform, Kohlenstofftetrachlorid,
1,2-Dichloräthan, Perchloräthylen, Dioxan, Methanol, Äthanol,
Propanol, Butanol, Benzol, Toluol oder Chlorbenzol.
Als polyfunktionelle Verbindungen (B) eignen sich Verbindungen mit mindestens zwei mit Aminen reaktiven Gruppen, z.B.
Halogenatomen, Epoxy- oder Isocyanatgruppen. Spezielle Beispiele sind Epihalogenhydrine, wie Epichlorhydrin, Epibromhydrin,
Epijodhydrin, 1,2-Epoxy-4-chlorbutan, 1,2-Epoxy-4-brombutan,
1,2-Epoxy-4-jodbutan, 2,3-Epoxy-4-chlorbutan,
2,3-Epoxy-4-brombutan, 2,3-Epoxy-4-jodbutan, 2,3-Epoxy-5-chlorpentan,
2,3-Epoxy-5-brompentan und 1,2-Epoxy-5-chlorpentan, Epoxyverbindungen, wie 2,2-Bis-(p-1,2-epoxypropoxyphenyl)-propan,
1,4-Bis-(1,2-epoxypropoxy)-benzol, Ν,Ν'-Bis-(2,3-epoxypropyl)-piperazin,
Äthylenglykoldiglycidyläther,
25 Propylenglykoldiglycidylather, Glycerindiglycidyläther,
Polyäthylenglykoldiglycidylather, Polypropylenglykoldiglycidylather
und 1,2,3,4-Diepoxybutan, Halogenverbindungen, wie Thiophosgen, Glycerindichlorhydrin, Phthaloylchlorid, Succinylchlorid,
Chloracetylchlorid und Chlorsuccinylchlorid, Ketone, wie Chloraceton und Bromaceton, Aldehyde, wie Glyoxal, Isocyanate,
wie Hexamethylendiisocyanat, Toluylendiisocyanat, m-Xylylendiisocyanat und Cyclohexylmethan-4,4-diisocyanat,
sowie Derivate dieser Verbindungen. Hierbei sind Epihalogenhydrine, wie Epichlorhydrin, Epibromhydrin und Epijodhydrin,
35 bevorzugt.
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« Beispiele für geeignete Aminoverbindungen (C) sind Ammoniak,
aliphatische Amine, wie Monomethylamin, Monoäthylamin, Äthylendiamin, Trimethylendiamin, Tetramethylendiamin,
Pentamethylendiamin, Hexamethylendiamin, Octamethylendiamin, Nonamethylendiamin, Diäthylentriamin, Triäthylentetramin, .
Tetraäthylenpentamin, Hydrazin, Dimethylamin und Diäthylamin.
Alkanolamine, wie Äthanolamin und Diäthanolamin, aromatische
Amine, wie Anilin und p-Phenylendiamin, alicyclische Amine, wie Cyclohexylamin, Piperidin, Piperazin, Pyrrolidin,
•jQ Diaminocyclobutan, Diaminocyclopentan, Diaminocyclohexan,
Diaminocycloheptan und Diaminocyclooctan, Sauerstoff, Stickstoff oder Schwefel enthaltende Amine, wie Diaminofuran,
Diaminothiophen, Diaminopyran, Diaminothiopyran, Aminopyridin
und Diaminopyridin, Aminosäuren, wie Iminodiessigsäure, Iminodipropionsäure, Iminodi-(α-methyl)-propionsäure, Glutaminsäure
und Asparaginsäure, sowie deren Natrium-, Kalium-, Lithium- oder Ammoniumsalze und Alkylester, z.B. der Methyl-,
Äthyl- oder Propylester. Hierbei sind Diäthylamin, Aminopyridin, Diäthanolamin, Anilin, p-Phenylendiamin, Iminodiessigsäure,
Iminodiessigsäuremethylester, Iminodipropionsäure und Iminodipropionsäuremethylester besonders bevorzugt.
Die erfindungsgemäß erhaltenen Chelatharze zeigen überraschenderweise
eine besonders ausgeprägte Fähigkeit zum Abtrennen von Schwermetallen. Vermutlich wirken das Sauerstoff-,
Schwefel- oder Stickstoffatom der Aminoverbindung und das Stickstoffatom der Aminogruppen des aminierten Kunstharzes
unter Erhöhung der Chelat-Bindungskraft zusammen.
Die Chelatharze können entweder als solche oder nach dem Waschen und Trocknen für die jeweiligen Anwendungszwecke eingesetzt
werden. Gegebenenfalls kann man das Chelatharz vor der Verwendung mit einer Base oder einer Säure behandeln.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zinn Abtrennen von Schwermetallen
aus Lösungen oder Gasen, die diese Schwermetalle enthalten, durch Kontaktieren der Lösungen oder Gase mit dem
Chelatharz kann auf übliche Weise durchgeführt werden. Das Kontaktverfahren unterliegt keiner Beschränkung. Im Falle
von schwermetallhaltigen Lösungen ist es jedoch bevorzugt, das Chelatharz in die Lösung einzutauchen oder die Lösung
durch eine Säule zu leiten, die mit dem Chelatharz gefüllt ist. Andererseits ist es im Falle von Gasen, die Schwermetalle
enthalten, bevorzugt, das Gas durch eine Säule zu leiten, die mit dem Chelatharz gefüllt ist.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Chelatharze können beliebige Schwermetalle abgetrennt werden, die an das Chelatharz
gebunden werden. Spezielle Beispiele sind Quecksilber, Cadmium, Blei, Chrom, Zink, Kupfer, Gold, Silber, Platin,
Uran, Nickel, Vanadium und Palladium.
Die mit Schwermetallen beladenen Chelatharze können dadurch regeneriert werden, daß man sie mit einer Mineralsäure, wie
Salzsäure, Schwefelsäure oder Salpetersäure, oder einem Sulfid oder einem Chelatbildner, wie Natriumsulfid, Natriumpolysulfid
oder Äthylendiamintetraessigsäure, behandelt, oder sie einer Elektrolysebehandlung unterwirft.
Andererseits können die an dem Chelatharz adsorbierten Schwermetalle z.B. durch Verbrennen des beladenen Chelatharzes
gewonnen werden.
Die erfindungsgemäßen Chelatharze eignen sich insbesondere
zum Entfernen von Schwermetallen aus wäßrigen Lösungen, die eines oder mehrere dieser Schwermetalle enthalten. Darüberhinaus
können die erfindungsgemäßen Chelatharze zum Rückgewinnen von wertvollen Metallen eingesetzt werden, z.B. von
Uran aus Meerwasser, Abwässern aus der Uranextraktion oder Abfallprodukten von kerntechnischen Anlagen. Die Chelatharze
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.« eignen sich ferner für die Analyse, zum ^ Trennen und Reinigen
von organischen Materialien, für katalytische Zwecke oder als Ausgangsmaterialien zur Herstellung von chemikalienbeständigen
Kunstharzen.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Chelatharze besteht darin, daß sie im Vergleich zu herkömmlichen Chelatharzen
durch gleichzeitig vorliegende Ionen wenig beeinflußt werden und eine beträchtlich niedrigere Schwermetalladsorptions-Gleichgewichtskonzentration
in wäßrigen Lösungen mit hoher Salzkonzentration aufweisen. Ferner lassen sie sich
leicht und billig herstellen.
Die Beispiele erläutern die Erfindung. Alle Teile und Prozen-Ί5
te beziehen sich auf das Gewicht, falls nichts anderes angegeben ist.
Beispiel 1
Zu 124 Teilen Emulsions-Polyvinylchlorid mit einer Teilchengröße von O,25 bis 1,6 mm werden 240 Teile Äthylendiamin und 80 Teile Wasser gegeben, worauf man 4 Stunden bei 110 bis 132 C umsetzt. Das erhaltene Reaktionsprodukt wird abfiltriert, mit Wasser gewaschen und getrocknet. Hierbei erhält man 1O8,4 Teile eines braunen aminierten Kunstharzes. Ein Reaktor wird mit 25 Teilen des erhaltenen aminierten Kunstharzes, 11,8 Teilen 3-Aminopyridin, 11,8 Teilen Epichlorhydrin und 94 Teilen Wasser beschickt, worauf man 1 Stunde bei 60 bis 700C umsetzt. Das Produkt wird mit Wasser gewaschen, filtriert und getrocknet und ergibt dabei 29,7 Teile eines braunen Chelatharzes. Die Elementaranalyse zeigt, daß 3,2 Teile Epichlorhydrin und 2,9 Teile 3-Aminopyridin umgesetzt worden sind.
Zu 124 Teilen Emulsions-Polyvinylchlorid mit einer Teilchengröße von O,25 bis 1,6 mm werden 240 Teile Äthylendiamin und 80 Teile Wasser gegeben, worauf man 4 Stunden bei 110 bis 132 C umsetzt. Das erhaltene Reaktionsprodukt wird abfiltriert, mit Wasser gewaschen und getrocknet. Hierbei erhält man 1O8,4 Teile eines braunen aminierten Kunstharzes. Ein Reaktor wird mit 25 Teilen des erhaltenen aminierten Kunstharzes, 11,8 Teilen 3-Aminopyridin, 11,8 Teilen Epichlorhydrin und 94 Teilen Wasser beschickt, worauf man 1 Stunde bei 60 bis 700C umsetzt. Das Produkt wird mit Wasser gewaschen, filtriert und getrocknet und ergibt dabei 29,7 Teile eines braunen Chelatharzes. Die Elementaranalyse zeigt, daß 3,2 Teile Epichlorhydrin und 2,9 Teile 3-Aminopyridin umgesetzt worden sind.
Beispiel 2
76 Teile chloriertes Polyäthylen mit einem Chlorgehalt von 53 % und einer Teilchengröße von 0,297 bis 0,707 mm werden
mit 17Ο Teilen Diäthylentriamin und 43 Teilen Wasser ver-
setzt, worauf man 3 Stunden bei 120 bis 14O°C umsetzt. Das er
haltene Produkt wird abfiltriert/ mit Wasser gewaschen und getrocknet. Hierbei erhält man 69 Teile eines braunen
aminierten Kunstharzes.
In einem Reaktor werden 25 Teile des erhaltenen aminierten
Kunstharzes, 22,3 Teile des Dinatriumsalzes von Iminodipropionsäure,
11,5 Teile Epichlorhydrin und 1OO Teile Wasser 3 Stunden bei 50 bis 1000C umgesetzt. Das erhaltene Kunst-IQ
harz wird mit Wasser gewaschen, filtriert und getrocknet und ergibt dabei 31 Teile eines gelblich braunen Chelatharzes.
Die Elementaranalyse zeigt, daß 3,9 Teile Epichlorhydrin und 3,4 Teile des Dinatriumsalzes von Iminodipropionsäure
umgesetzt wurden.
100 Teile chloriertes Polypropylen mit einem Chlorgehalt von 45 % und einer Teilchengröße von 0,25 bis 1,6 mm werden
mit 150 Teilen Tr iäthylen te tramin und 17 Teilen Wasser versetzt, worauf man 4 Stunden bei 120 bis 1550C umsetzt. Das
' erhaltene Produkt wird filtriert, mit Wasser gewaschen und getrocknet. Hierbei erhält 97 Teile eines braunen aminierten
Kunstharzes.
In einem Reaktor werden 25 Teile des erhaltenen aminierten Kunstharzes, 4,6 Teile Anilin, 7,5 Teile Epibromhydrin und
100 Teile Äthanol 3 Stunden bei 60 bis 750C umgesetzt.
Das erhaltene Kunstharz wird mit Wasser gewaschen, filtriert und getrocknet und ergibt dabei 32 Teile eines braunen
Chelatharzes. Die Elementaranalyse zeigt, daß 6,6 Teile Epibromhydrin und 4,1 Teile Anilin umgesetzt wurden.
214 Teile eines Vinylbromidharzes mit einer Teilchengröße
von 0,25 bis 1,6 mm werden mit 700 Teilen Hexamethylendiamin und 70 Teilen Wasser versetzt, worauf man 15 Stunden
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bei 80 bis 950C umsetzt. Das erhaltene Reaktionsprodukt wird
filtriert und mit Wasser gewaschen. Hierbei erhält man 317 Tei le (Naßgewicht) eines braunen aminierten Kunstharzes.
50 Teile des erhaltenen, nicht getrockneten aminierten Kunstharzes
werden 30 Minuten bei 50 bis 60°C mit 4,7 Teilen Epichlorhydrin in Gegenwart von 100 Teilen N,N-Dimethylformamid
umgesetzt, worauf man 8 Teile Iminodiessigsäuremethy!ester
zugibt und die umsetzung 2 Stunden fortsetzt. Anschließend
IQ gibt man 13 Teile einer 30prozentigen Natronlauge zu und
setzt eine weitere Stunde bei 80 bis 1OO°C um. Das erhaltene
Kunstharz wird abfiltriert und mit Wasser gewaschen, wobei 57 Teile (Feuchtgewicht) eines trockenen Chelatharzes erhalten
werden. Die Elementaranalyse zeigt, daß 3,5 Teile Epi-
.J5 chlorhydrin und 4,3 Teile Iminidiessigsäuremethylester umgesetzt
wurden.
Beispiele 5 bis 1O
124Ο Teile eines Emulsions-Vinylchloridharzes mit einer Teil-2Q
chengröße von 0,25 bis 1,6 mm werden mit 1890 Teilen Tetraäthylenpentamin und 21Ο Teilen Wasser versetzt und 1 Stunde
bei 130 bis 170°C umgesetzt. Das erhaltene Produkt wird abfiltriert,
mit Wasser gewaschen und getrocknet. Hierbei erhält man 1030 Teile eines braunen aminierten Kunstharzes.
Anschließend setzt man 25 Teile des erhaltenen aminierten Kunstharzes gemäß Beispiel 1 unter den in Tabelle I genannten
Bedingungen zu einem braunen Chelatharz um.
909840/071«
Γ | ο | Beispiel | ω to ο cn |
Wasser | 3,7 | 8 | cn | I | 7 | O | 8 | 9 | Dioxan | cn -» |
(α
ω |
Reaktionsbedingungen | 100 | Tabelle | 100 | ||||||||||
**· ο |
Epihalogenhydrin (Teile) |
5 | 50 - 70 | Epijodhydrid | Epijodhydrin | 1,2-Epoxy- 4-brombutan |
50 - 80 | |||||||
*** | 3 . | 6 | 18,3 | 36,0 | 30,2 | 6 | 10 | |||||||
Aminoverbindung (Teile) |
Epiohlorhydrin | Mononatrium- L-gJutamat |
Dinatrium- iminodi acetat |
Cyclohexyl- amin |
||||||||||
φ | 9,4 | 31,8 | Epichlorhydrin | 16,6 | 34,4 | 17,0 | 35,3 | l,2-Epoxy-5- chlorpentan |
||||||
Lösungsmittel | Diäthylamln | umgesetztes Epihalogen hydrin (Teile) 4,9 |
9,4 | Wasser | Wasser | 9,2 | 24,0 | |||||||
(Teile) | 7,4 | umgesetzte Aminover bindung (Teile) |
Diäthanolamin | 100 | 100 | 5,9 | Piperidin | |||||||
O Reaktionstemp., C |
7,0 | 80 - 100 | 60 - 100 | 15,0 | ||||||||||
Reaktionszeit, h | Äthanol | 6 | 4 | 1-Propanol | ||||||||||
Reaktionsergebnisse | 100 | 100 | ||||||||||||
Chelatharz (Teile) | 100 - 117 | 31,7 | 32,4 | 80 - 97 | ||||||||||
1 | 9,8 | 15,3 | 5 | |||||||||||
3,6 | 2,5 | |||||||||||||
32,2 | 33,7 | |||||||||||||
4,1 | 6,3 | |||||||||||||
4,6 | 4,3 |
CO CD OD
! Beispiel 11
Ein Gemisch aus 8,6 Teilen 1,2,3,4-Diepoxybutan und 100 Teilen
Äthanol wird mit 9,3 Teilen Anilin versetzt und 30 Minuten bei 70 bis 780C umgesetzt. Hierauf gibt man 25 Teile
des aminierten Kunstharzes aus Beispiel 5 zu und setzt weitere 4 Stunden bei 70 bis 780C um. Das erhaltene Produkt wird abfiltriert,
mit Wasser gewaschen und getrocknet. Hierbei erhält man 32,2 Teile eines Chelatharzes. Die Elementaranalyse
zeigt, daß 3,6 Teile 1,2,3,4-Diepoxybutan und 3,7 Teile Anilin
^q umgesetzt wurden.
Beispiel 12
Ein Gemisch aus 16,1 Teilen Iminodiessigsäuremethylester und
100 Teilen Äthanol wird mit 13 Teilen Thiophosgen versetzt und 1 Stunde bei 60 bis 730C umgesetzt. Hierauf gibt man
25 Teile des aminierten Kunstharzes aus Beispiel 5 zu und setzt eine weitere Stunde bei 70 bis 80°C um. Anschließend
versetzt man mit 50 Teilen einer 30prozentigen Natronlauge und führt die Umsetzung 1 Stunde bei 70 bis 80°C fort. Das
erhaltene Produkt wird abfiltriert, mit Wasser gewaschen und getrocknet. Hierbei erhält man 33,4 Teile eines braunen
Chelatharzes. Die Elementaranalyse zeigt, daß 4,4 Teile Thiophosgen und 6,0 Teilen Iminodiessigsäuremethylester umgesetzt
wurden.
Beispiel 13
25 Teile des aminierten Kunstharzes aus Beispiel 5 werden mit 15,5 Teilen Succinylchlorid, 100 Teilen Tetrachloräthylen
als Lösungsmittel und 20,2 Teilen Triäthylamin als Reaktionsbeschleuniger versetzt und 3 Stunden bei 70 bis 90°C
umgesetzt. Hierauf gibt man 16,2 Teile p-Phenylendiamin zu und setzt weitere 5 Stunden bei 70 bis 900C um. Das erhaltene
Produkt wird abfiltriert, mit Wasser gewaschen und getrocknet. Hierbei erhält man 34,3 Teile eines braunen Chelatharzes.
Die Elementaranalyse zeigt, daß 8,1 Teile Succinylchlorid
und 5,6 Teile p-Phenylendiamin umgesetzt wurden.
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1 Beispiel 14
Ein Gemisch aus 25 Teilen des aminierten Kunstharzes aus Beispiel
5, 8,6 Teilen Piperazin und 100 Teilen Wasser wird mit 15,6 Teilen Hexamethylendiisocyanat versetzt und 8 Stunden
bei 50 bis 800C umgesetzt. Das erhaltene Produkt wird abfiltriert,
mit Wasser gewaschen und getrocknet. Hierbei erhält man 34,7 Teile eines braunen Chelatharzes, dessen Elementaranalyse
zeigt, daß 6,3 Teile Hexamethylendiisocyanat und 3,4 Teile Piperazin umgesetzt wurden.
Beispiel 15
46,4 Teile Anilin und 376 Teile Wasser werden auf 80 bis 1OO°C erhitzt und mit 4 6 Teilen Epichlorhydrin versetzt. Nach
1 stündiger Umsetzung bei 80 bis 1000C gibt man 100 Teile des
aminierten Kunstharzes aus Beispiel 5 zu und setzt weitere .3 Stunden bei 80 bis 990C um. Das erhaltene Produkt wird abfiltriert,
mit Wasser gewaschen und getrocknet. Hierbei erhält man 154,6 Teile eines braunen Chelatharzes, dessen
Elementaranlyse zeigt, daß 34 Teile Epichlorhydrin und
20 33 Teile Anilin umgesetzt wurden.
Beispiel 16
62 Teile eines Emulsions-Vinylchloridharzes mit einer Teilchengröße
von 0,42 bis 1,6 mm werden mit 120 Teilen Äthylendiamin
und 40 Teilen Wasser versetzt und 4 Stunden bei 110 bis 132°C umgesetzt. Das erhaltene Produkt wird filtriert,
mit Wasser gewaschen und getrocknet. Hierbei erhält man 54,2 Teile eines braunen aminierten Kunstharzes.
In einem Reaktor werden 25 Teile des erhaltenen aminierten Kunstharzes, 17,8 Teile Iminodiessigsäure, 18,6 Teile Epichlorhydrin
und 195 Teile Wasser 1 Stunde bei 8O bis 90°C umgesetzt. Hierauf gibt man 55 Teile einer 30prozentigen
Kalilauge zu und führt die Basenbehandlung 1 Stunde bei 40 bis 900C durch. Das erhaltene Produkt wird mit Wasser gewaschen,
filtriert und getrocknet. Hierbei erhält man 29,5 Tei-
le eines braunen Chelatharzes, dessen Elementaranalyse zeigt,
daß 1,8 Teile Epichlorhydrin und 2,5 Teile Iminodiessigsäure umgesetzt wurden.
5 Beispiel 17.
111 Teile eines chlorierten Phenylchlorxdharzes mit einem Chlorgehalt von 63 % und einer Teilchengröße von O,595 bis
1,6 mm werden mit 400 Teilen Triäthylentetramxn und 45 Teilen Wasser versetzt und 4 Stunden bei 140 bis 16O°C umgesetzt.
Das erhaltene Produkt wird abfiltriert, mit Wasser gewaschen und getrocknet. Hierbei erhält man 103 Teile eines braunen,
aminierten Kunstharzes.
Ein Reaktionsprodukt, das durch 1 stündige Umsetzung von 26,7 Teilen Iminodiessigsäure mit 23 Teilen Epichlorhydrin
in Gegenwart von 400 Teilen Wasser bei 40 bis 60°C erhalten worden ist, wird mit 50 Teilen des vorstehend erhaltenen
aminierten Kunstharzes versetzt und 60 Minuten bei 60 bis 700C umgesetzt. Das erhaltene Produkt wird abfiltriert,
mit Wasser gewaschen und von nicht umgesetzter Iminodiessigsäure und Epichlorhydrin befreit. Hierauf taucht man das Reaktionsprodukt
1 Stunde bei Raumtemperatur in 54 Teile einer 15prozentigen Natronlauge, um die Basenbehandlung durchzuführen.
Durch Waschen des Reaktionsprodukts mit Wasser, Abfiltrieren und Trocknen erhält man 58 Teile eines braunen
Chelatharzes, dessen Elementaranalyse zeigt, daß 3,2 Teile Epichlorhydrin und 4,4 Teile Iminidiessigsäure umgesetzt
wurden.
30 Beispiel 18
50 Teile einer wäßrigen Lösung mit einem pH von 5,5, die CdCl2 in einer Cd-Konzentration von 1,7 mg/Liter und NaCl
in einer Na-Konzentration von 39,3 g/Liter enthält, werden mit 0,25 Teil auf Trockenharzbasis der in den vorangehenden
Beispielen erhaltenen und in Tabelle II genannten Chelatharze bzw. einem Chelatharz auf Phenolharzbasis oder dem
aminierten Kunstharz aus Beispiel 1 versetzt und 1 Stunde
909840/0716
Ι geschüttelt. Die Cd-Konzentrationen der jeweiligen behandelten
wäßrigen Lösungen sind in Tabelle II wiedergegeben.
Versuch Chelatharz Cd-Konzentration der
behandelten wäßrigen Lösung (mg/1)
1 Beispiel 2 1 ,2
2 Beispiel 4 1,0 3 Beispiel 7 2,3
4 Beispiel 8 Of9
5 Beispiel 12 1,1
6 Beispiel 16 1,8
7 Beispiel 17 1 ,1 8 Chelatharz auf Phenolharzbasis 49,0
9 aminiertes Kunstharz aus Beispiel 1 13,2
Das Chelatharz auf Phenolharzbasis wurde folgendermaßen hergestellt.
20
20
Eine gemischte wäßrige Lösung aus 47,0 Teilen Phenol, 66,5 Teilen Iminodiessigsäure und 40,5 Teilen 37prozentigem
Formalin wird innerhalb 40 Minuten von Raumtemperatur auf 70°C erwärmt und dann 2 Stunden bei 70 bis 730C gerührt.
Anschließend senkt man die Temperatur auf 400C und gibt
100 Teile entsalztes Wasser zu, in dem 60 Teile NaOH gelöst sind, um den pH auf 12,8 einzustellen. Das Reaktionssystem
wird dann mit 162,0 Teilen 37prozentigem Formalin versetzt und innerhalb 40 Minuten allmählich auf 70°C erwärmt, worauf
man die Umsetzung 3 Stunden bei 70 bis 90°C fortführt. An-30
schließend wird das Reaktionssystem mit 47,0 Teilen Phenol
versetzt und 1 Stunde bei 70 bis 90°C umgesetzt. Durch Abdestillieren von 115,0 Teilen Wasser unter vermindertem
Druck bei 90 bis 100°C erhält man 249 Teile einer viskosen rötlich-braunen Harzmasse, die beim 3-stündigem Erhitzen
in einem Heißlufttrockner auf 130°C härtet. Durch Mahlen der Masse erhält man ein Chelatharz auf Phenolharzbasis mit
einer Teilchengröße von 0,42 bis 1,6 mm.
909840/0716
1 Beispiel 19
100 Teile einer wäßrigen Lösung mit einem pH von 6,O, die
CdCl2 in einer Cd-Konzentration von 100 mg/Liter, NaCl in
einer einer Na-Konzentration von 11,79 g/Liter und NaClO in einer Cl-Konzentration von 500 mg/Liter enthält, werden
mit O,5 Teil auf Trockenharzbasis der in den vorangehenden
Beispielen erhaltenen und in Tabelle III genannten Chelatrharze bzw. dem Chelatharz auf Phenolharzbasis aus Beispiel
oder dem aminierten Kunstharz aus Beispiel 1 versetzt und 1 Stunde geschüttelt. Die Cd-Konzentrationen der jeweiligen
behandelten wäßrigen Lösungen sind in Tabelle III wiedergegeben .
. .
Versuch Chelatharz Cd-Konzentration der
behandelten wäßrigen Lösung (mg/ 1)
1 Beispiel 2 9,7
2 Beispiel 4 8,9 20 3 Beispiel 7 11 ,7
4 Beispiel 8 8,7
5 Beispiel 12 9,1
6 Beispiel 16 9,3
7 Beispiel 17 8,6 25 8 Chelatharz auf Phenolharzbasis 73,0
9 aminiertes Kunstharz aus
Beispiel 1 32,3
Beispiel 20
100 Teile einer wäßrigen Lösung mit einem pH von 8,2, die Na4(UO)2(CO3)- in einer U-Konzentration von 1OO mg/Liter
und NaCl in einer Na-Konzentration von 13,1 g/Liter enthält, werden mit O,5 Teil auf Trockenharzbasis der in den
vorangehenden Beispielen und in Tabelle IV genannten Chelatharze bzw. dem Chelatharz auf Phenolharzbasis aus Beispiel
18 oder dem aminierten Kunstharz aus Beispiel 4 ver-
90384Q/Q71«
- 20 -
setzt und 1 Stunde geschüttelt. Die U-Konzentration der jeweiligen
behandelten wäßrigen Lösungen sind in Tabelle IV wiedergegeben.
Chelatharz | U-Konzentration der behandelten wäßrigen Lösung (mg/ "I) |
|
Versuch | Beispiel 1 | < 0,1 |
1 | Beispiel 3 | < 0,1 |
2 | Beispiel 5 | <0,1 |
3 | Beispiel 6 | ■< 0,1 |
4 | Beispiel 9 | < 0,1 |
5 | Beispiel 10 | <0,1 |
6 | Beispiel 11 | <"0,1 |
7 | Beispiel 13 | *0,1 |
8 | Beispiel 14 | το, 1 |
9 | Beispiel 15 | < 0,1 |
10 | Chelatharz auf Phenolharzbasis | 82 |
11 | aminiertes Kunstharz aus Beispiel 4 |
73 |
12 | ||
Beispiel 100 Teile einer wäßrigen Lösung mit einem pH von 3,0, die
CuCl,, in einer Cu-Konzentration von 100 mg/Liter enthält,
werden mit 0,5 Teil auf Trockenharzbasis der in den vorangehenden Beispielen erhaltenen und in Tabelle V genannten
Chelatharze bzw. dem Chelatharz auf Phenolharzbasis aus Beispiel 18 oder dem aminierten Kunstharz aus Beispiel 1 versetzt
und 1 Stunde geschüttelt. Die Cu-Konzentrationen der jeweiligen behandelten wäßrigen Lösungen sind in Tabelle
V wiedergegeben.
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Versuch Chelatharz Cu-Konzentration der
behandelten wäßrigen Lösung (mg/ .1)
1 Beispiel 1 1,2
2 Beispiel 2 1,4
3 Beispiel 3 3,3
4 Beispiel 4 0,8
5 Beispiel 16 2,1 6 Beispiel 17 1 ,8
7 Chelatharz auf Phenolharzbasis 23,0
8 aminiertes Kunstharz aus 12,3 Beispiel 1
15 Beispiel 22
1OO Teile einer wäßrigen Lösung mit einem pH von 5,0, die
K3Cr3O7 in einer Cr-Konzentration von 100 mg/Liter und
NaCl in einer Na-Konzentration von 13,1 g/Liter enthält,
werden mit 0,5 Teil auf Trockenharzbasis der in den vorangehenden Beispielen erhaltenen und in Tabelle VI genannten
Chelatharze bzw. dem Chelatharz auf Phenolharzbasis aus Beispiel 18 oder dem aminierten Kunstharz aus Beispiel 1
versetzt und 1 Stunde geschüttelt. Die Cr-Konzentrationen der jeweiligen behandelten wäßrigen Lösungen sind in Ta-
25 belle VI wiedergegeben.
Versuch Chelatharz Cr-Konzentration der
behandelten wäßrigen Lösung (mg/ 1)
30 1 Beispiel 1 0,2
2 Beispiel 3 0,6
3 Beispiel 5 0,1
4 Beispiel 6 0,1
5 Chelatharz auf Phenolharzbasis 63,8
35 6 aminiertes Kunstharz aus 11,3
Beispiel 1
0984 0/071S
1 Beispiel 23
Eine Absorptions säule mit 2 cm Durchmesser und 50 cm Höhe
wird mit den in den Beispielen 5, 6 bzw. 10 erhaltenen Chelatharzen gefüllt. Ein Luftstrom, der Quecksilberdampf
g in einer Konzentration von 10 mg/m3 enthält, wird mit
einem Durchsatz von 10 Liter/min durch die Säule geleitet, wobei man die Quecksilberkonzentration der aus der Säule
austretenden Luft mit Hilfe der Atomabsorptionsspektrophotometrie
mißt. Zum Vergleich verwendet man das Chelat-.jO
harz auf Phenolharzbasis aus Beispiel 18 bzw. das aminierte
Kunstharz aus Beispiel 1 anstelle der in den vorangehenden Beispielen erhaltenen und in Tabelle VII genannten Chelatharze.
Die Ergebnisse sind in Tabelle VII wiedergegeben. Die Permeabi lit äts vergrößerung beträgt in jedem Fall 2500.
Versuch Chelatharz Hg-Konzentration der
behandelten wäßrigen , Lösung (mg/m3 )
20 1 Beispiel 5 0,003
2 Beispiel 6 0,002
3 Beispiel 10 O,OO4
4 Chelatharz auf Phenolharzbasis 8,73
5 aminiertes Kunstharz aus
Beispiel 1 0,152
Wie aus den Beispielen 18 bis 23 hervorgeht, sind die erfindungsgemäßen
Chelatharze den bekannten Chelatharzen in der Schwermetall-Adsorptionsfähigkeit überlegen und werden
hierbei durch andere, gleichzeitig vorliegende Ionen wenig beeinflußt. Außerdem ist die Schwermetall-Adsorptions-Gleichgewichtskonzentration
in wäßrigen Lösungen, die ein Oxidationsmittel, wie Natriumhypochlorit enthalten, niedriger.
909840/0716
ORIGINAL
Claims (11)
1. Chelatharze, erhältlich durch Umsetzen von
(A) einem Kunstharz mit einer oder mehreren primären und/oder
sekundären Aminogruppen im Molekül mit
(B) einer polyfunktionellen Verbindung mit mindestens zwei mit Aminen reaktiven Gruppen und
(C) einer Aminoverbindung mit einer oder mehreren primären und/oder sekundären Aminogruppen oder mit dem Reaktionsprodukt aus der polyfunktionellen Verbindung (B) und der
Aminoverbindung (C).
2. Verfahren zur Herstellung der Chelatharze nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß man
(A) ein Kunstharz mit einer oder mehreren primären und/oder sekundären Aminogruppen im Molekül mit
(B) einer polyfunktionellen Verbindung mit mindestens zwei mit Aminen reaktiven Gruppen und
(C) einer Aminoverbindung mit einer oder mehreren primären und/oder sekundären Aminogruppen oder mit einem Reaktions-
909840/0716
produkt aus der polyfunktionellen Verbindung (B) und der Aminoverbindung (C) umsetzt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die polyfunktionelle Verbindung (B) und die Aminoverbin-
dung (C) in einer Menge von 1/20 Mol oder mehr bzw. 1/20 Mol
oder mehr pro Äquivalentgewicht der Aminogruppe(η) des
Kunstharzes (A) verwendet.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
man die polyfunktionelle Verbindung (B) und die Aminoverbindung (C) in einer Menge von 1/10 bis 2/1 Mol bzw. 1/1Ο bis
2/1 Mol pro Äquivalentgewicht der Aminogruppe (n) in dem Kunstharz (A) verwendet.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
man das Reaktionsprodukt der polyfunktionellen Verbindung
(B) und der Aminoverbindung (C) in einer Menge von 1/20 Mol oder mehr pro Äquivalentgewicht der Aminogruppe(n) in dem
Kunstharz (A) verwendet.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das Reaktionsprodukt in einer Menge von 1/10 bis 2/1 Mol
pro Äquivalentgewicht der Aminogruppe (n) in dem Kunstharz
25 (A) verwendet.
7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz (A) durch Umsetzen eines halogenhaltigen Kunstharzes
mit einer Aminoverbindung erhalten worden ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
man als halogenhaltige Kunstharze Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid,
Polyvinylbromid, Polyvinylidenbromid, Polyvinyljodid oder halogenierte Kunstharze verwendet, die
durch Halogenieren von halogenfreien Kunstharzen erhalten worden sind.
INSPECTED 909840/0716 .»—■*
9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in einem Lösungsmittel bei 30 bis 2OO°C
durchführt.
1O. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
man als polyfunktionelle Verbindungen Epihalogenhydrine, Epoxyverbindungen, Halogenide, Ketone, Aldehyde, Isocyanate
oder entsprechende Derivate verwendet.
•jO
11. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
man als Aminoverbindung Ammoniak, aliphatische Amine, Alkanolamine,-
aromatische Amine, alicyclische Amine, Sauerstoff, Stickstoff oder Schwefel enthaltende Amine oder Aminosäuren
verwendet.
12. Verfahren zum Abtrennen eines oder mehrerer Schwermetalle
aus Lösungen oder Gasen, die diese Schwermetalle enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lösung oder das Gas
mit einem Chelatharz nach Anspruch 1 in Berührung bringt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
man die Lösung oder das Gas mit dem Chelatharz in einer Säule in Berührung bringt, die mit dem Chelatharz gefüllt ist.
90 984 0/0716
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