DE482176C - Verfahren zur Herstellung einer stark porigen, adsorbierenden Masse - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung einer stark porigen, adsorbierenden lasse Gegenstand des vorliegenden Patents bildet ein Verfahren zur Herstellung stark adsorptionsfähiger Gele der Kieselsäure. Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, das in technisch bequemer, möglichst einfacher Weise durchgeführt werden kann, wobei ohne Komplikation des Verfahrens der erstrebte Effekt sicher erreicht werden kann. _ Das Verfahren ist ein Kombinationsverfahren, dessen einzelne Bestandteile aus den gegebenen Möglichkeiten ausgewählt sind, derart, daß das Ziel eines einfachen und sicheren Erfolg verbürgenden, vor allen Dingen aber für den technischen Großbetrieb geeigneten Verfahrens erreicht ist.
• Es ist bekannt, durch Mischen von löslichen Silikaten, insbesondere Wasserglas, und Säuren zunächst Hydrosole herzustellen, die insbesondere bei saurer Reaktion eine größere oder geringere Zeit zur Erstarrung gebrauchen.
• Graham hat bereits im Jahre 1861 derartige- stark saure Gele auf dem Dialysator zum Erstarren gebracht, indem er ihnen die Säuren und außerdem die gebildeten Salze entzog. Diese wissenschaftlichen Untersuchungen lassen sich wegen Umständlichkeit der Dialysatorarbeit nicht in den Großbetrieb überführen. Von einer Verwendung in der Praxis war mangels der Möglichkeit, die Gele in Massen herzustellen, nicht die Rede. Patrick und Anderson haben ebenfalls- für wissenschaftliche Zwecke Gelpräparate aus Hydrosolen hergestellt und zum Teil auch getrocknet. Letzterer hat die Adsorptionsverhältnisse für Alkohol- und Benzoldämpfe untersucht. Das Gel, das Patrick darstellte, war durch Dialyse hergestellt. Patrick beschreibt ferner die Adsorption von Kohlendioxyd, Schwefeldioxyd und Ammoniak. Beide Forscher beschäftigten sich nur mit dem Problem der statischen Adsorption, die ohne gegenseitige Bewegung des Adsorbens und Adsorbendums verläuft. Die Trocknung der nach dem Grahamverfahren gewonnenen Hydrogele geschah bei Patrick und Anderson in einem Exsikkator über Schwefelsäure, eine Arbeitsweise, die für den Großbetrieb selbstverständlich ausgeschlossen ist. Auch das direkte Auswaschen eines durch Erstarren eines Hydrosoles gebildeten Hydrogels ist an sich bekannt. Ullikhat das mit Chlorwasserstoff erzeugte Hydrogel bis zur Chlorfreiheit ausgewaschen und dann an der Luft getrocknet. Das Produkt, das er erzielt hat, nahm an der Luft 2,6 °/o seines Gewichtes an Wasser auf, war also in keinem Fall ein für die Praxis brauchbares, hochadsorptives Gel, von dem man etwa die zehnfache Adsorption verlangt. Ullik gibt für die Art der Herstellung seines Hydrosoles keine näheren Angaben; so daß nicht nachgeprüft werden kann, aus welchem Grunde kein hochadsorptives Gel entstand. Jedenfalls ist dort eine Anleitung für die Herstellung eines hochadsorptiven Gels nicht gegeben. Im übrigen dienten die Versuche mit dem getrockneten Gel im wesentlichen auch nur der Feststellung des spezifischen Gewichts, seine Arbeit galt der Herstellung und Untersuchung von Membranen aus dem ungetrockneten Hydrogel. Auch van Bemme 1 e n, der sein Hydrosol durch Mischung verdünnter Salzsäure und Natronwasserglaslösungen herstellt und im übrigen das Hydrosol durch Zusatz von Ammoniak zur Erstarrung bringt, trocknete sein gewaschenes Hydrosol im Exsikkator. Das so gewonnene Gel verliert aber sein Adsorptionsvermögen durch Erhitzen auf höhere Temperaturen, so daß es, was unbedingt notwendigist, nach der Benutzung zu Adsorptionszwecken nicht reaktivierbar ist. Es ist in fast allen Fällen notwendig, die adsorbierten Stoffe durch Erhitzen aus dem Gel wieder zu entfernen und zu diesem Zwecke das Gel hoch zu erhitzen. Ein brauchbares Gel muß daher ohne bemerkenswerte Abnahme seines Adsorptionsvermögens sich auf höhere Temperaturen erhitzen lassen. Dies ist bei den von van Bemmelen untersuchten Gelen nicht der Fall. Aus allen diesen und noch anderen Vorschlägen läßt sich daher ein Verfahren, das in wirtschaftlich günstiger, fabrikatorisch unkomplizierter und bezüglich des Effektes zuverlässiger Weise die Herstellung von Hydrogelen gestattet, nicht ableiten. Das Verfahren muß, wie eingangs erwähnt, lediglich in einem Mischprozeß mit darauffolgendem Erstarrungsvorgang, einem Wasch- und einem Trockenprozeß durchgeführt werden, und zur Erfüllung dieser Aufgaben gibt das Verfahren des vorliegenden Patentes die technische Regel.
• Zunächst ist es notwendig beim Mischen des Silikates und der Säure, daß keine flockige Ausfällung der Kieselsäure stattfindet, sondern daß ein homogenes Hydrosol entsteht. Alsdann ist es notwendig, daß dieses Hydrosol möglichst schnell zu einem ebenso homogenen Hydrogel erstarrt. Die Erstarrungszeit hängt von der Mischtemperatur, von der Konzentration der gemischten Lösungen und auch sehr wesentlich von der Acidität des frischgemischten Hydrosoles ab. Es ist bemerkenswert, daß die Zeitkurve für die Erstarrung bei den verschiedenen Aciditäten des Hydrogels zunächst einen steilen Aufstieg etwa in dem Aciditätsgebiet von o bis o,o8 N nimmt, dann wiederum etwa bis o,2 N steil abfällt, um sich von 0,3 N ganz langsam zu senken. Das hat technisch insofern eine wichtige Bedeutung: plan kann ein schnell erstarrendes Hvdrosol herstellen, z. B. mit einer Acidität von o,o25 N. Das Hydrosol erstarrt dann in ungefähr zwei Stunden. Aber eine bloße Verschiebung der Acidität auf 0,04 N gibt bereits Erstafrungszeiten von etwa 13 Stunden, eine Verschiebung auf o,o8 N bereits Erstarrungszeiten von 23 Stunden. Angesichts der Tatsache; daß das Wasserglas niemals eine chemisch gleich zusammengesetzte, reine Verbindung darstellt, sondern in seiner Alkalinität schwankt, außerdem es aber im Großbetriebe nicht möglich ist, solche kleinen Differenzen in der Acidität mit Sicherheit zu vermeiden, ist eben die Herstellung eines Hydrogels'mit derart geringenAciditäten des Hydrosoles für den Großbetrieb ungeeignet, da der Großbetrieb ein immer gleich verlaufendes Verfahren voraussetzt. Nimmt man dagegen Aciditäten, die sich um o,5 N herum bewegen, so liegen die entsprechenden Erstarrungszeiten innerhalb des flachen Teiles der Kurve, so daß z. B. bei derselben Temperatur einer Acidität von o,5 N eineErstarrungszeitvonetwafünf Stunden, einer solchen von 0,4 N eine Erstarrungszeit von 6 bis 7 Stunden und einer solcher von o,6 hT eine Erstarrungszeit- von etwa q.1/2 Stunden entspricht. Damit ist aber eine größere Sicherheit in der Fabrikation gegeben, denn eine Einstellung der Acidität innerhalb dieser Größenordnung ist auch im Großbetriebe ohne weiteres möglich. Im übrigen wurde auch noch gefunden, daß die durch Trocknen aus sehr schnell erstarrenden Hydrosolen gewonnenen Gele nicht so adsorptionsfähig sind als die Gele, die einige Stunden zum Erstarren gebrauchen. Dies dürfte darauf zurückzuführen sein, daß zu schnell .erstarrtes Hydrosol einen Teil der Kieselsäure als Fällung und nicht als Hydrogel enthält. Die gefällte Kieselsäure ist, wie bekannt, nur schwach adsorptionsfähig.
• Das Verfahren bis zur Entstehung des Hydrogels gestaltet sich also zunächst derart, daß man der Einfachheit wegen etwa gleiche Raumteile einer ioprozentigen Salzsäure und einer Natriumsilikatlösung von _spezifischem Gewicht i,i bis 1,3, insbesondere i,285 unter starkem Rühren mischt, wobei man die Temperatur beim Mischen, um nicht zu schnelles Erstarren herbeizuführen, möglichst nicht über 8o° steigen läßt, sondern etwa zwischen 35' und 8o° hält. An Stelle von Salzsäure kann eine andere geeignete Säure in gleicher Wasserstoffionenkonzentration verwendet werden. Das homogene Hydrosol soll eine Acidität von etwa 0,5 N aufweisen. Das Hydrosol wird dann sich selbst überlassen und erstarrt in etwa 3 bis 5 Stunden zu einem homogenen Hydrogel. Das erstarrte Hydrogel wird dann in Stücke zerlegt und ausgewaschen. Das Hydrogel wird danach sorgfältig getrocknet, insbesondere ist darauf zu achten, daß das Wasser zunächst langsam ausgetrieben wird, da die Gele bei zu plötzlicher Erhitzung zu feinem Sand zerknistern und außerdem in ihrer Adsorptionsfähigkeit geschädigt werden. Nach dem vorliegenden Verfahren wird derart vorgegangen, daß das Gel zunächst in einem Luftstrom von etwa 75 bis zao' C vorgetrocknet wird. Alsdann kann man, ohne die Qualität des Gels zu schädigen, die Temperatur auf 3oo bis 400' bringen, evtl. kann auch nach der ersten Vortrocknung bei 75 bis zao ° das Gel im Vakuum oberhalb 75' fertiggetrocknet werden. Das so erzielte Produkt ist ebenso beständig wie das durch Erhitzen auf 3oo bis 400' entwässerte Gel. Es ist wie dieses auch bei Temperaturen von 7oo' noch beständig. Letzteres ist wichtig, da die Gele das wiederholte Erhitzen auf derartige Temperaturen bei der Reaktivierung aushalten müssen, ohne merklich an Adsorptionsfähigkeit einzubüßen. Das Endprodukt des Verfahrens stellt eine harte, durchscheinende, glasähnliche Substanz dar von außerordentlich hohem, auf der Anwesenheit sehr zahlreicher ultramikroskopischer Poren beruhendem Adsorptionsvermögen. Es ist auch in hohem Maße schütt- und druckfest, so daß beim Gebrauch, insbesondere auch bei der Durchleitung von Gasen oder Flüssigkeiten, ein Zerkrümeln oder Verschlammen nicht stattfindet.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung einer stark porigen, adsorbierenden Masse, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Temperatur von etwa 35 bis 8o' C unter starkem Rühren etwa gleiche Raumteile einer zoprozentigen Salzsäure oder einer dieser entsprechenden Wasserstoffionenkonzentration einer anderen Säure und eine Natriumsilikatlösung vom spezifischen Gewicht z,= bis =,3 zu einem Hydrosol gemischt werden, das insbesondere bei einem spezifischen Gewicht des Wasserglases von etwa r,185 und einer Acidität der Mischung von etwa 0,5 N in etwa 3 bis 5 Stunden zum Hydrogel erstarrt, welches gewaschen, in einem Luftstrom zunächst bei etwa 75 bis zzo' C im wesentlichen entwässert und sodann durch Erhitzen auf 3oo bis 400' C oder im Vakuum oberhalb 75' C fertiggetrocknet wird.