-
Verfahren zur Regenerierung von lonenaustauschern
Die vorliegende Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zur Regenerierung von Ionenaustauschstoffen.
-
Die zum Entionisieren von Flüssigkeiten, z. B.
-
Zuckersäften, besonders in Form von Filterbetten verwendeten Ionenaustauscher,
müssen, wenn sie erschöpft sind, regeneriert werden. So hat man erschöpfte Filterbetten
z. B. regeneriert, indem man sie mit stark ionisierten Flüssigkeiten oder Lösungen
behandelte, d. h. mit Elektrolyten mit hohem Ionis ierungs- bzw. D issoziationskoeffizienten,
insbesondere mit Säurelösungen und basischen Lösungen. Die Regenerierung von Austauschbetten
fiir Kationen wird erzielt, indem man die erschöpften Betten mit einer sauren Lösung,
und zwar besonders mit einer Lösung von wäßriger Schwefelsäure, behandelt. Die Regenerierung
von Austauschbetten für Anionen wird erzielt, indem man die erschöpften Betten mit
einer basischen Lösung behandelt.
-
Aber derartige Behandlungen erfordern die Verwendung von so überaus
großen Mengen regenerierender elektrolytischer Stoffe, daß ihre Anwendung sich von
selbst verbietet oder wenigstens sich in engen Grenzen hält.
-
Die vorliegende Erfindung soll diesem Nachteil abhelfen. Zu diesem
Zweck wird in dem Verfahren gemäß der Erfindung zur Regenerierung von Ionenaustauschstoffen
die zu regenerierende Masse zwischen ein anodisches Halbelement und ein kathodisches
Halbelement einer Elektrolysieranlage gebracht, die dann mit den Klemmen einer elektrischen
Gleichstromquelle verbunden wird, wobei unter Halhelement ein System verstanden
wird,
das aus einer Elektrode (Anode bzw. Kathode) besteht, die
in einen Elektrolyt eingetaucht ist.
-
Weitere Besonderheiten der Erfindung gehen aus der Einzelbeschreibung
und der Zeichnung hervor, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutern.
-
Die Fig. I, 2 und 3 sind schematische Darstellungen von Elektrolysieranlagen
zur Verwirklichung des Verfahrens gemäß der Erfindung.
-
In den einzelnen Figuren bedeuten gleiche Bezeichnungen gleiche Teile
bzw. Teile mit gleichen Aufgaben.
-
Nachdem die zu regenerierende Masse erforderlichenfalls gewaschen
worden ist, um wenigstens einen Teil der Filtrierflüssigkeit, mit der sie durchtränkt
ist, zu entfernen, wird sie in einer Elektrolysieranlage zwischen ein anodisches
Halbelement und ein kathodisches Halbelement gebracht, d. h. zwischen zwei Systeme,
die aus einer in einenElek trolyt 4 getauchten Anode 2 bzw. einer in einen Elektrolyt
5 getauchten Kathode 3 bestehen. Die Elektrolysieranlage kann, wie in Fig. I und
2 dargestellt, aus einem einzigen Elektrodenpaar bestehen. Sie kann aber auch aus
mehreren parallel geschalteten Elementanordnungen gebildet sein, also z. B., wie
in Fig. 3 angegeben, aus zwei Anoden 2 und einer einzigen Kathode 3. Die Elektroden
des so hergestellten Systems werden dann mit den Klemmen einer elektrischen Gleichstromquelle
verbunden.
-
Zwecks größerer Klarheit und Genauigkeit wird unterstellt, daß es
sich bei der zu regenerierenden Masse um Kationenaustauschbetten handelt, wie sie
zum Entionisieren von Zudkersäften verwendet werden. Das zu regenerierende Bett
I wird in einen Elektrolysierbehälter bzw. Bottich 6, und zwar zwischen ein anodisches
Halbelement 2, 4 und ein kathodisches Halbelement 3, 5 gebracht. Der anodische Elektrolyt
4 besteht dann aus gesäuertem Wasser oder aus wäßriger Salzlösung. Der kathodische
Elektrolyt 5 kann gleicher Art sein wie der anodische Elektrolyt 4; er kann aber
auch aus Wasser bestehen.
-
In der Ausführungsform nach Fig. I ist eine Anode 2 im unteren Teil
des Behälters 6 unterhalb des Bettes I angeordnet, während eine Kathode 3 im oberen
Teil des Behälters 6 oberhalb des Bettes angeordnet ist. Selbstverständlich könnte
die Kathode 3 sich auch unterhalb des Bettes I befinden, während die Anode 2 dann
oberhalb des Bettes liegen würde. Zu- und Ableitungen für den Elektrolyt ergänzen
die Anlage, urrd Hähne 7 regeln die Zuleitung bzw. Hähne 8 die Ableitung. Die Elektroden
2 und 3 sind so in den Elektrolyt getaucht, daß sie ein anodisches Halbelement 2,
4 bzw. ein kathodisches Halbelement 3, 5 bilden. DerElektrolyt ist z. B. eine Lösung
von Schwefelsäure oder eines Sulfats in Wasser.
-
Bei einer anderen Ausführungsform gemäß Fig. 3 umfaßt das System
zwei parallel geschaltete Anordnungen von Elektrolysierelementen. Auf diese Weise
kann man zwei anodische Halbelemente 2, 4 bilden, die mit einem kathodischen Halbelement
3, 5 vereinigt sind. Selbstverständlich könnte man in ähnlicher Weise zwei kathodische
Halbelemente mit nur einem anodischen Halbelement zusammenstellen. Der Behälter
6 ist wiederum ergänzt durch Elektrolytzu- und mableitungen, die zur Regelung dieser
Zu- und Ableitung mit Hähnen 7 und 8 versehen sind. Die Elektroden 2 und 3 der so
geschaffenen Systeme werden mit den zwei Klemmen einer elektrischen Gleichstromquelle
verbunden. Dadurch findet eine Elektrolyse statt. H+-Ionen wandern von jeder Anode
2 zu den zu regenerierenden Betten I, die dadurch bis dahin gebundene Kationen freigeben,
worauf sie mit den die Kathoden 3 umgebenden Lösungen in Reaktion treten. So wandern
bei der Anordnung, in welcher der anodische Elektrolyt 4 aus Wasser mit Schwefelsäurezusatz
besteht, H+-Kationen zu dem danebenliegenden Bett 1, während S04-Anionen mit den
die Anode 2 umgebenden Lösungen in Reaktion treten und die Schwefelsäure wiederherstellen,
wobei Sauerstoff frei wird. der sich an der Anode 2 bildet.
-
In der Ausführungsform nach Fig. 2 ist am unteren Teil des Behälters
6 oberhalb der Anode 2 eine Austrittsöffnung 9 für die Sammlung des frei werdenden
Sauerstoffes vorgesehen. Andererseits wenden sich die durch das Betts freigemachten
Kationen nach der Kathode 3 und lösen dort entsprechend den Elektrolysegesetzen
Reaktionen aus.
-
Wenn diese Kationen metallische Alkalikationen sind, werden sie in
dem kathodischen Elektrolyt 5 zur Bildung von alkalischen Hydroxyden führen, wobei
Wasserstoff an der Kathode 3 frei wird. Es ist also möglich, den an der Anode bzw.
Kathode frei werdendem Sauerstoff und Wasserstoff zurückzugewinnen: Außerdem erhält
man auf Grund der Elektrolyse einen kathodischenEle'ktrolyt 5, der aus einer Lösung
von alkalischen FIydroxyden in Wasser besteht, einer Lösung, die, wenn sie der Regenerierungsanlage
der Kationenaustauschbetten entnommen wird, zur Regenerierung von Anionenaustauschstoffen
verwendet werden kann.
-
Wenn es sich darum handelt, einen Anionenaustauschstoff zu regenerieren,
soll der kathodische Elektrolyt 5 aus der wäßrigen Lösung einer Base, vorzugsweise
einer Alkalibase oder aus einer wäßrigen Salzlösung bestehen. Zum Beispiel kommt
eine Lösung von kaustischer Soda oder eines Natriumsalzes in Frage. Die OH--Anionen
der Kathode 3 wandern dann auf das zu regenerierende Bett, welches dadurch die bis
dahin gebundenen Anionen freigibt, die ihrerseits sodann mit dem benachbarten anodischen
Elektrolyt 4 in Reaktion treten. So macht die Wanderung der OH--Anionen nach dem
zu regenerierenden Bett Na+-Kationen frei, die an der Kathode 3 eine Reaktion auslösen
und die kaustische Soda bzw. das Natriumsalz wiederherstellen, wodurch nach der
bekannten Erscheinung Wasserstoff frei wird, der sich an der Kathode 3 bildet.
-
Die Hauptvorzüge des Verfahrens gemäß der Erfindung sind also: Regenerierung
der Ionenaustauschstoffe bei sehr geringem Verbrauch von
elektrolytischen
Regenerierungsstoffen, insbesondere von Säuren oder Basen; bei der Regenerierung
von Kationenaustauschstoffen, Entstehung von wäßrigem Alkali- oder Erdalkalihydroxyd,
einer Lösung, die vorteilhaft für die Regenerierung von Anionenaustauschstoffen
verwendet werden kann.
-
Selbstverständlich ist die Erfindung keineswegs auf die vorbeschriebenen
Ausführungsformen beschränkt, und zahlreiche Abänderungen sind mögich, ohne daß
damit der Rahmen der vorliegenden Erfindung überschritten wird.
-
Besonderes könnte man die anodischen bzw. kathodischen Elektrolyte
aus jeder beliebigen Lösung bilden, die fähig ist, unter der Wirkung eines elektrischen
Stromes die Entstehung von 11+-Kationen bzw. die Entstehung von OH-Anionen hervorzurufen.
-
Man könnte auch Ionenaustauschfilter jeder beliebigen, z. B. röhrenförmigen
Gestalt regenerien.
-
PATENTANSPROCHE: 1. Verfahren zum Regenerieren von Ionenaustauschstoffen,
dadurch gekennzeichnet, daß die zu regenerierende Masse zwischen ein anodisches
l Halbelement und ein kathodisches Halhelement einer Elektrolysieranlage gebracht
wird, die dann mit den Klemmen einer elektrischen Gleichsttiomquelle verbunden wird,
wohei ein Halbelement ein System darstellt, das aus einer Elektrode, sei es eine
Anode oder Kathode, besteht, die in einen Elektrolyt eingetaucht ist.