DE944548C - Verfahren zur selektriven Adsorption einer nichtpolaren organischen Verbindung aus einem Gemisch nichtpolarer organischer Verbindungen - Google Patents

Verfahren zur selektriven Adsorption einer nichtpolaren organischen Verbindung aus einem Gemisch nichtpolarer organischer Verbindungen

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DE944548C
DE944548C DES29170A DES0029170A DE944548C DE 944548 C DE944548 C DE 944548C DE S29170 A DES29170 A DE S29170A DE S0029170 A DES0029170 A DE S0029170A DE 944548 C DE944548 C DE 944548C
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polar organic
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DES29170A
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Alfred E Hirschler
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Sunoco Inc
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Sun Oil Co
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D15/00Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
    • B01D15/08Selective adsorption, e.g. chromatography

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Description

  • Verfahren zur selektiven Adsorption einer nichtpolaren organischen Verbindung aus einem Gemisch nichtpolarer organischer Verbindungen Die Erfindung bezieht sich auf die Trennung von nichtpolaren organischen Verbindungen von anderen solchen Verbindungen durch selektive Adsorption mittels eines verbesserten Adsorbens, welches ein mit einer Silanverbindung behandeltes Kieselgel ist. Als Silanverbindungen eignen sich solche, die die Affinität des Kieselgels für polare Verbindungen ohne entsprechende Verminderung seiner Affinität für die aus dem Ausgangsgemisch zu adsorbierenden nichtpolaren Bestandteile verringern.
  • Die Trennung verschiedener nichtpolarer Verbindungen voneinander durch Verwendung bestimmter selektiver Absorbentien ist bekannt z. B. bei Kohlenwasserstoffen, wie Aromaten und gesättigten Kohlenwasserstoffen (Paraffinen und Naphthenen), Olefinen und gesättigten Kohlenwasserstoffen oder Aromaten und Olefinen. Die Trennungen wurden sowohl in flüssiger als auch in Dampfphase durchgeführt.
  • Kohlenwasserstoffmaterial, dessen Kohlenwasserstoffbestandteile mittels Kieselgel getrennt werden sollen, enthält polare Verbindungen mindestens in Spuren, die eine Abnahme der Aktivität des Kieselgels während der Verwendung verursachen. So enthalten Erdölfraktionen, wie Benzin, Leuchtöl, Gasöl und Schmieröl, geringe Mengen organischer Schwefel-, Sauerstoff- und Stickstoffverbindungen sowie Spuren Wasser. Diese Fraktionen werden im allgemeinen in einem Kreislaufverfahren behandelt, bei dem das Ausgangsmaterial zwecks selektiver Adsorption der ungesättigten Kohlenwasserstoffe mit Kieselgel in Berührung gebracht wird, wpnach das Kieselgel mit einem organischen flüssigen Desorbens behandelt wird, z. B. mit einem gesättigten oder aromatischen Kohlenwasserstoff, der unterhalb des Siedebereiches des Ausgangsmaterials siedet, um den adsotbierten Kohlen- -wasserstoff zu verdrängen sowie das Adsorbens wiederzubeleben. Im Laufe einer längeren Behandlung reichern sich die vorhandenen polaren Verbindungen an dem Adsorbens an, so daß seine Aktivität nach einer gewissen Zeit so stark sinkt, daß das Kieselgel entweder durch frisches Adsorbens'ersetzt oder rege: neriert werden muß.
  • Es wurde nun eine neue adsorbierende Kieselgelmasse gefunden, die eine verminderte Affinität für polare Verbindungen, wie Wasser, Schwefel, Sauerstoff oder Stickstoff enthaltende organische Verbindungen, hat und dadurch eine längere Lebensdauer aufweist.
  • Gemäß der Erfindung wird Kieselgel mit einer Silanverbindung der allgemeinen Formel Rk H,7. Si Xn behandelt. In dieser bedeutet R einen Alkyl- oder Alkoxyrest und k eine ganze Zahl von 1 bis 3; ist k größer als I, so können die Reste R gleich oder ungleich sein, jedoch enthält in jedem Falle ein R mindestens 3 Kohlenstoffatome. X bedeutet eine Aminogruppe oder 1 Halogenatom, n eine ganze.
  • Zahl von I bis 3 und m eine ganze Zahl von o bis 2.
  • Die Summe von k, m und n muß natürlich 4 sein, entsprechend den Valenzen des Silicinmatoms.
  • Die Verbindungen gemäß der obigen Formel können also Mono-, Di- oder Tri-aminosilane oder Mono-, Di-oder Trihalogensilane sein; bei Halogensilanen vorzugsweise Chlor- oder Bromsilane. Sie enthalten I bis 3 Alkyl- oder Alkoxygruppen . oder bis zu 3 beider Gruppen, von denen eine mindestens 3 Kohlenstoffatome hat, z. B. Alkyl-, Alkoxy-, Cycioalkyl-, Cycloalkoxy-, Aryl. und Aroxygruppen.
  • Die für die Herstellung der neuen Adsorptionsmittel gebrauchten Silanverbindungen sollen verhältnismäßig niedrigmolekular sein; damit sie slie Poren-des Kieselgels nicht verstopfen und dadurch das Adsorptionsvermögen vermindern. Dies hängt von der Zahl und Größe der an das Silicium gebundenen R-Gruppen ab. Die Eignung der Silane in dieser Hinsicht kann an ihrer Löslichkeit in Pentan bestimmt werden. Für die Erfindung sind Verbindungen geeignet, deren Löslichkeit in Pentan bei Raumtemperatur mindestens I Gewichtsprozent beträgt.
  • Die Adsorptionsmittel werden durch Inberührungbringen von Kieselgel mit Silan in flüssiger - oder in Dampfphase hergestellt. Feuchtes Gel ist erst durch vorsichtiges Erhitzen zu trocknen. Vorzugsweise wird die Behandlung mit dem Silan durch Lösen einer geringen Menge, z. B. 0,5 bis 15 Gewichtsprozent, des Silans in einem Kohlenwasserstofflösungsmittel, wie Pentan oder Benzol, durchgeführt. Das Kieselgel W;ird mit einer hinreichenden Menge der Lösung in Berührung gebracht, entweder unter Sättigung des Gels mit dem Silan oder mindestens bis zur Erzielung von wesentlich veränderten Adsorptionseigenschaften.
  • Vorzugsweise wird das Adsorptionsmittel auf 93° C oder höher erhitzt, um das Anhaften des Silans an den Gelflächen sicherzustellen. Dies kann durch Erhitzen des :Adsorbens nach der Behandlung mit dem Silan oder durch Vorerhitzung der Silan-Lösungsmittel-Mischung vor dem Inberührungbringen mit dem Kieselgel durchgeführt werden. Nach dem Festhaften an dem Gel wird der Überschuß durch Auswaschen mit einem organischen Lösungsmittel, wie Pentan, Benzol, Aceton, Alkohol od. dgl., entfernt. Vor der Verwendung kann das Adsorbens getrocknet werden.
  • Beispiele von Silanverbindungen der oben dargelegten Art sind Propyl-silicon-trichlorid, Amyl-silicontrichlorid, Octyl-silicon-trichlorid, Octadecyl-silicontrichlorid; Dichlorid- und Monochlorid-silane entsprechen den vorerwähnten, wobei jedoch I oder 2 Chloratome durch Kohlenwasserstoffgruppen, wie Methyl, Butyl, Octyl, Benzyl usw., ersetzt sind; Verbindungen, die Brom an Stelle von Chlor enthalten, und Verbindungen, die Aminogruppen an Stelle von Chlor enthalten. > Beispiele von besonders geeigneten Verbindungen sind Amyl-trichlorsilan, Octyl-trichlorsilan und Butoxy-octadecoxy-diaminosilan, wobei letzteres schon in geringer Menge die Eigenschaften des Kieselgels verbessert.
  • Das Verfahren kann unter Anwendung einer festen Adsorbens-Schüttung durchgeführt werden, durch welche das iu behandelnde Kohlenwasserstoffgemisch und das desorbierende Mittel nacheinander geleitet werden oder unter Anwendung einer Wanderschicht des Adsorp;tionsmittels, die sich im Gegenstrom zu dem Behandlungsgut und dann zum Verdrängungsmittel bewegt.
  • Beispiel 1 Eine Charge Kieselgel wurde etwa I Stunde mit einer Lösung von 0,5 Gewichtsprozent eines handelsüblichen Silanproduktesvermischt, das im wesentlichen aus tertiär-Butoxyoctadecoxy-diaminosilan, gelöst in Pentan, besteht, wobei überschüssige Lösung verwendet wurde. Das Gel wurde dann durch Abdampfen des Pentans getrocknet, danach während etwa 11/2 Stunden auf 1200 C erhitzt und bei Raumtemperatur mit Benzol und Pentan bis zur Entfernung des überschüssigen Silans ausgewaschen. Es wurde dann durch Erhitzen auf etwa 2100 C und Durchblasen von Stickstoff getrocknet. Das behandelte Gel wurde qualitativ bezüglich seiner wasserabstoßenden Eigenschaften durch Vermengen einer Probe mit Wasser und Feststellen der auf der Oberfläche schwimmenden Menge geprüft. Nur ein kleiner Teil sank zu Boden, während das unbehandelte Gel vollständig unterging.
  • Das behandelte Adsorbens -wurde in einem Kreislaufverfahren zur Abtrennung von Aromaten aus einer Benzinfraktion mit einem Siedebereich - von etwa I49 bis 2040 C und einem Aromatengehalt von etwa I4 Volumprozent, das etwa 47 Teile Wasser je Million Teile gelöst enthielt, verwendet. Es wurde eine Kolonne von etwa 2,5 cm Innendurchmesser und 83 cm Höhe, gefüllt mit 100 g des Adsorptionsmittels, verwendet. Bei jedem Kreislauf wurde zu dem Adsorptionsmittel eine konstante Menge Benzin und danach eine konstante Menge Benzol zur Verdrängung der adsorbierten Benzin-Aromaten zugesetzt. Das Adsorptionsmittel wurde dann im nächsten Kreislauf benutzt, wobei unmittelbar nach der Benzolbehandlung eine weitere konstante Menge Benzin aufgegeben wurde. Zu verschiedenen Zeiten während des Verfahrens wurde die Adsorptionskapazität des Adsorptionsmittels, verglichen mit der bei Beginn des Verfahrens, festgestellt, um die Vergiftung des Adsorptionsmittels durch polare Bestandteile des Ausgangsmaterials zu ermitteln. Das ursprüngliche unbehandelte Kieselgel wurde ebenfalls in einem Kreislaufverfahren, das in der gleichen Art durchgeführt wurde, verwendet.
  • Als Adsorptionskapazität, bezogen auf die als 100 angenommene Aktivität des Adsorptionsmittels bei Beginn jedes Kreislaufverfahrens, wurde festgestellt: Relative Adsorptionskapazität unbehandeltes Gel behandeltes Gel nach 300 Kreisläufen 78 94 nach 500 Kreisläufen - 91 Die Resultate zeigen, daß das behandelte Adsorbens bei einem stetigen Verfahren beträchtlich länger als das unbehandelte Kieselgel brauchbar bleibt.
  • Beispiel 2 Eine andere Partie Kieselgel wurde mit einer svolumprozentigen Lösung von Di-tertiär-Butoxydiaminosilan in Pentan behandelt, dann getrocknet und 11/2 Stunden auf 1200 erhitzt, dann zur Entfernung des überschüssigen Silans mit Pentan gewaschen und schließlich mit Stickstoff bei etwa I55"C geblasen. Das behandelte Gel hatte gute wasserabweisende Eigenschaften; es'war nicht in dem gleichen Maße wasserabstoßend wie das behandelte Adsorptionsmittel des ersten Beispiels.
  • Beispiel 3 Ein anderes Silicagelausgangsmaterial wurde mit einer 5volumprozentigen Lösung von Amyl-trichlorsilan in Pentan behandelt, getrocknet und 11/2 Stunden auf 1200 C erhitzt, dann mit Benzol und darauf mit Pentan gewaschen und endlich mit Stickstoff bei etwa I75"C geblasen. Die wasserabstoßenden Eigenschaften des behandelten Gels waren etwa die gleichen wie die des nach Beispiel I hergestellten Adsorptionsmittels.
  • Ein Kreislaufverfahren wurde unter Verwendung des behandelten Adsorptionsmittels unter den im BeispielI beschriebenen Bedingungen durchgeführt.
  • Die Resultate waren folgende: Relative Adsorptionskapazität unbehandeltes Gel behandeltes Gel nach 300 Kreisläufen 78 98 nach 500 Kreisläufen - 97 nach 750 Kreisläufen - 92 Diese Resultate zeigen, daß durch die Behandlung die Lebensdauer des Adsorptionsmittels beträchtlich verlängert wird.
  • Beispiel 4 Eine andere Probe Kieselgel wurde nach Beispiel 3 mit . einer 7,8volumprozentigen Lösung von .Octyltrichlorsilan behandelt. Das erhaltene Adsorptionsmittel war stark wasserabstoßend; es schwamm selbst nach langer Zeit auf Wasser.
  • Ein Kreislaufverfahren mit Benzin gemäß Beispiel 1 und unter den dort mitgeteilten Bedingungen ergab folgende Resultate: Relative Adsorptionskapazität unbehandeltes Gel behandeltes Gel nach 300 Kreisläufen 78 86 Diese Resultate zeigen, daß die Lebensdauer des Gels verlängert wurde, jedoch nicht so wirksam, als wenn Amyl-trichlorsilan benutzt wurde, auch wenn das mit Octyl-trichlorsilan behandelte Gel stärker wasserabstoßend war. Offenbar war das letztgenannte Adsorptionsmittel gegen Vergiftung anfälliger.
  • Beispiel 5 Eine andere Probe Kieselgel wurde mit Phenyl-trichlorsilan nach der im Beispiel 3 beschriebenen Art mit einer 6,3volumprozentigen Lösung in Pentan behandelt. Die Behandlung erhöhte die wasserabweisenden Eigenschaften in beträchtlichem Maße, jedoch nicht derart, wie bei der Verwendung von Amyl-trichlorsilan gemäß Beispiel 3.
  • PATENT.ANSPRÜCHE: I. Verfahren zur selektiven Adsorption einer nichtpolaren organischen Verbindung aus einem Gemisch nichtpolarer organischer Verbindungen, z. B. aus Kohlenwasserstoffen, gekennzeichnet durch Behandeln mit einem Kieselgel, das mit einem Silan der allgemeinen Formel Rk Hm Si Xn behandelt wurde, in der R eine Alkyl-, Cycloalkyl-, Aryl-, Alkoxy-, Cycloalkoxy- oder Aryloxygruppe darstellt, wobei mindestens ein R 3 Kohlenstoffatome enthalten muß, X 1 Halogenatom oder eine Aminogruppe darstellt, k und n ganze Zahlen von I bis 3 sind und m eine ganze Zahl von o bis 2 ist, wobei die Summe von k, n und m 4 ist, und das in Pentan bei Raumtemperatur zu mindestens 1 Gewichtsprozent löslich ist.

Claims (1)

  1. 2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Kieselgel verwendet, das mit einem Diaminosilan mit 2 R-Gruppen aus Alkoxygruppen mit 4 bis 18 Kohlenstoffatomen behandelt wurde, z. B. Butoxy-octa-decoxy-diaminosilan.
    3. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Kieselgel verwendet, das mit einem Trichlorsilan, dessen R eine Alkylgruppe mit 5 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeutet, behandelt wurde,. z. B. Amyl-trichlorsilan oder Octyl-trichlorsilan.
DES29170A 1952-07-05 1952-07-05 Verfahren zur selektriven Adsorption einer nichtpolaren organischen Verbindung aus einem Gemisch nichtpolarer organischer Verbindungen Expired DE944548C (de)

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