DE3019615A1

DE3019615A1 - Poroeses, offenzelliges, fuellstoffhaltiges, reaktionsfaehiges material

Info

Publication number: DE3019615A1
Application number: DE19803019615
Authority: DE
Inventors: Sa&scaron;o Petrov Aleksandrov; Stanislav Vasilevi&ccaron; Leningrad Burinskij; Gadyl&scaron;a Mubarak&scaron;inovi&ccaron; Mubarak&scaron;in; Leonard Abramovi&ccaron; Volf
Original assignee: LE I TEKSTILNOJ I LEGKOJ PROMY
Current assignee: LE I TEKSTILNOJ I LEGKOJ PROMY
Priority date: 1980-05-22
Filing date: 1980-05-22
Publication date: 1981-12-03
Also published as: DE3019615C2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der
Herstellung von Materialien mit lonenaustauschere igenschaften, insbesondere auf poröse, offenzellige,füllstofShaltige,reaktionsfähige Materialien.
Die genannten Materialien können bei der Wasseraufbereitung, der Abwässerreinigung, der Sorption verschiedener Produkte aus flüssigen und gasförmigen Medien und zur selektiven Scheidung von Metallen breite Verwendung finden.
Es sind gegenwärtig Hunderte Marken von Ionenaustauscherharzen allgemeiner und spezieller Zweckbestimmung bekannt, die unter verschiedenen Bezeichnungen in den Handel kommen. Unlöshohe Ionenaustauscherharze mit dreidimensional vernetztem Gebilde der Mitromoleküle unterteilt man nach dem Ladungsvorzeichen der austauschenden lonen in xationenaustauscher, Anionenaustauscher und amphotere Ionenaustauscher. Zu der Gruppe der Ionenaustauscher zahlt man auch omplexbildende Sorptionsmittel, die die Stoffe aus den Lösungen nicht durchIonenaustausch, sondern durch Chemosorption adsorbieren. Der lonenaustausch unter Beteiligung der Ionenaustauscher kann als heterogene chemische Reaktion angesehen werden, an der bewegliche Ionen teilnehmen, während das unbewegliche makromolekulare Ion entgegengesetzten Vorzeichens die polymere Grundlage (Matrize) bildet.
Man stellt gewöhnlich Ionenaustauscher in Gestalt von sphärischen Teilchen oder Teilchen uncegelmäfjiger Form her. Optimal ist die sphärische Form der Teilchen, weil in diesem Falle der geringste hydraulische Widerstand in den Kolonnen gewshrleistet wird.
Nach dem Strakturmerkmal können die Ionenaustauscher in zwei Typen unterteilt werden, und zwar in gelförmige, die keine Ubergangsporen aufweisen, und makroporöse, in denen die feste Phase des Ionenaustauschers von Poren durchzogen ist, die einige Hundert Å im Querschnitt erreichen. Zu den Gelionenaustauschern zählen übliche oder Standardionenaustauscher, makrovernetzte und isoporöse Ionenaustauscher. Die üblichen festen Ionenaustauscher in Form von Körnern oder Granalien der Gelstruktur, erhalten durch Polymerisation oder Polykondensation, besitzen Quellungsvermögen, bestimmt durch die Häufigkeit und Starrheit der intermolekularen Vernetzungen. In trockenem oder schwachgequollenem Zustand zeigen diese Ionenaustauscher keine merkliche Porosität, was ihre Anwendung in nichtwässerigen Lösungen sowie für die Sorption von Ionen größeren Durchmessers, beispielsweise größerer organischer Ionen, begrenzt.
Die Permeabilität des polymeren Gerüstes des Ionenaustauschers ist eine der besonders wichtigen Eigenschaften, die seine praktische Verwendung bestimmt, weshalb in der letzten Zeit der Herstellung poröser Ionenaustauscher große Äufmerksankeit geschenkt wird. Auf korund der entwickelten Oberfläche sind sie in den Reaktionen der polymeranalogen Umwandlungen und den Sorptionsprozessen sehr aktiv. Jedoch weisen sie infolge des hohen Divinylbenzolgehaltes (bis 50%) eine gegenüber den gelform= gen Ionenaustauschern niedrigere Austauschkapazität auf und sind in Nasser nahezu nichtquellbar.
Die Geschwindigkeit der Austauschprozesse wird praktisch durch die Diffusionsgeschwindigkeit des Gegenions in die Körner des Ionenaustauschers bestimmt. Bei verhältnismäßig großen Abmessungen und relativ geringer spezifischer Oberfläche der Granalien quellen die Ionenaustauscherharze infolge räumlicher Vernetzungen schwach, wodurch dis Difrusion sich verlangsamt und folglich die Austauschgeschwindigkeit der Ionen gesenkt wird.
Ein weiterer Nachteil vieler synthetischer Ionenaustauscher ist im allgemeinen deren niedrige chemische und thermische Stabilität sowie geringe mechanische hestigkeit. Die Verluste an Ionenaustauschern infolge der Aufspaltung der Körner nach den bei der Zerkleinerung des Harzes erhaltenen Rissen, beim Schwinden aesselben während der iårmebehandlung oder beim Einwässern des Ionenaustauschers erreichen in einigen Fällen 10 bis 15 %.
Zur Verhinderung der Aufspaltung der Teilchen sollen die Ionenaustauscher eine elastischere Struktur aufweisen. In die sem Zusammenhang gewinnen lonenaustauscherfasern immer mehr an Bedeutung. In der Tat bewirken die bedeutend stärker entwickelte Oberfläche der Fasern, die in der Oberflächenschicht mit aktiven funktionellen Gruppen maximal angereichert ist, die schnelle Benetzbarkeit und die hohe Kapillarität der Fasermaterialien eine höhere Geschwindigkeit der ablaufenden Prozesse gegenüber den granulierten Materialien ermöglicht. Außerdem beträgt die wirksame Größe der Körner der granulierten Ionenaustauscher 0,43 bis 0,63 mm, während der Querschnitt der meisten reaktionsfähigen Fasermaterialien 20 bis 30 mal kleiner ist und 0,02 bis 0,03 mm beträgt. Folglich ist der Diffusionsweg der Ionen in den Fesermaterialien ebenfalls ungefähr 20 bis 30mal kürzer. Dieser Umstand ist die Hauptursache für die höhere Kinetik der reaktionsfåhigen Fasern gegenüber den granulierten Materialien, Wesentlich ist es auch, dass die meisten modifizierten Fasern mit reaktionsfähigen Gruppen eine hohe Porosität aufweisen, die häufig 100 bis 200 m2/g erreicht. Die Umwandlungsgeschwindigkeit der funktionellen Gruppen solcher Fasern ist besonders hoch.
Jedoch ballen sich die reaktionsfähigen Fasern wie auch die nichtgewebten Materialien auf ihrer Basis, eingebracht in die Kolonne, verhältnismässig schnell zusammen und erhöhen stark den hydrodynamischen Widerstand der Filterschicht.
Zum Vermeiden dieses Nachteils ist es notwendig, dass die Filterschicht die Elastizität der elastischen geschlossenzelligen Schaumkunststoffe aufweist.
Es ist gegenwärtig ein Verfahren zur Rerstellung von Polyurethanschaumkunststoffen, die ionogene Gruppen enthalten, bekannt (US-PS 3 988 268).
amphotere Schaumkunststoffe erhält man aus Reagenzien, die Kationen- ilnd Anionengruppen enthalten. So ist die Berstellung eines Polyurethanschaumkuntstoffes durch Umsetzung der Isocyanate, beispielsweise von 1-ethyl-2,4-diisocyanat, mit organischen Verbindungen, beispielsweise mit Rizinuspolyglykoläther, bekannt. Das Gemisch wird auf eine gemperatur;von 170°C erhitzt, 3 Stunden lang gehalten und danach auf Zininiertemperatur abgekühlt. Ein Nachteil dieser Materialien ist es, dass sie einen unbedeutenden Gehalt an ionogenen Gruppen aufweisen und aus diesem Grunde für die Chemosorption ungeeignet sind. Sie eignen sich als Bodengrundlage beim Züchten von Pflanzen.
Es sind Iononaustauscher-Schaumkunststoffe bekannt (US-PS 3 867 319, 1975; US-PS 3 947 387), die durch Vemschäumen eines Polymers erhalten werden, das in gegenwart einer als Weichmacher für die ionogenen Gruppen dienenden flüchtigen polaren Verbindung erhalten wird. Das Polymer enttiäit O,t+ ois 10 Molprozent aufgepfropfte saure Gruppen, hauptsächlich Sulfogrppen und stellt stilfiertes Polystyrol dar.
Das nach diesem Verfahren erhaltene Material besitzt eine niedrige Austauschkapazität (die Anzahl der ionogenen Gruppen, insbesondere der Sulfogruppen, beträgt 0,2 bis 20 Molprozent) und niedrige mechanische Festigkeit. Außerdem werden solche Materialien durch Härte und Sprödigkeit gekennzeichnet.
In einer anderen Patentschrift (US-PS 3 094 494) werden Iolenaustauscher-Zellenmaterialien beschrieben, welche aus geschäumtem Polyurethan, das die Rolle der polymeren Matrize erfüllt, und Ionenaustauscherkunstharz als Füllmittel in einer Menge von 0,5 bis 160 Gewichtsteile äe 100 Gewicntsteile Matrize bestehen. Für die Herstellung solcher Materialien gibt man zu 100 Gewichtsteilen des Oligomers von Polypropylenglykol Eerhalten durch Erhitzen von 2 Teilen eines Gemisches aus 100 g Polypropylenglykol von der Molekularmasse 2000 und 35 Teilen Toluoldiisocyanat (isomeres Gemisch 80/20) 67 Teile feingemahlenes Ionenaustauscherharz auf der Basis von Sulfosäure (sulfiertes Styrol und Divinylbenzol in der Natriumform) hinzu und verrührt bis zum Erzielten einer homogenen Masse. Dann'gibt man ein Gemisch aus 2,4 Teilen nasser, 1 Teil Methylmorpholin, 1 Teil Triätnylamin, 0,6 Teilen Dimethylpolysiloxan zu und verrührt zum Verschäumen. Das geschäumten Gemisch gießt man in eine Form und läßt in ruhigem Zustand bis zum Abschluß des Verschäumens stehen. Die nach diesem Verfahren erhaltenen Materialien sind biegsam, elastisch und für Gase und Flüssigkeiten durchlässig. Das Ionenaustauscherharz ist für Flüssigkeiten zugänglich. Jedoch kommt es unter der Einwirkung der Gebrauchslösungen ZWIL Auswaschen des feingemahlenen Ionenaustauscherharzes aus dem Material, was sich wesentlich auf die Austauschkapazität im Betrieb auswirkt und zu einer Senkung der Lebensdauer solcher Materialien führt. AuSerdem weist das Material verhältnismäßig niedrige kinetische Kennverte auf.
Infolge dieser Besonderheiten erscheint die Verwendung der Ionenaustauscher-Zellenmaterialien und der mit Harz gefüllten Schaumstoffe für die Lösung solcher Probleme wie der Schutz der Umwelt vor Verunreinigung unwirksam. Auf Grund niedriger Werte der Austauschkapazitat, der Hydrophobie und der niedrigen Gescfrindigkeit der Austauschprozesse kann ihre Verwendung nicht die Reinigung von Abwässern von den Schadstoffen bis zu den notwendigen çverten der höchstzulässigen Konzentrationen gewährleisten. Außerdem ist die Möglichkeit, die Eigenschaften der Alaterialien zum Zwecke einer Erweiterung ihrer Anwendungsgebiete zu variieren, erschwert oder gar ausgeschlossen.
Der vorliegenden Erfindung wurde die Aufgabe zugrundegelegt, durch Zugabe zu einer polymeren Grundlage eines reaktionsfähien faserförmigen Füllstoffes ein reaktionsfähiges Material zu entwickeln, welches durch hohe Geschwindigkeiten der Austauschprozesse, hohe osmotische Stabilität, hohe mechanische Festigkeit und biegsamelastische Eigenschaften gekennzeichnet wird.
Die gestellte Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch die Entwicklung eines aus einer polymeren Grundlage und einem reaktionsfähigen Füllstoff bestehenden porösen, offenzelligenJ füllstoffhaltigen) reaktionsfähigen Materials gelöst, in dem man als polymere Grundlage Schaumpolyvinyformal oder Schaumpolyurethan und als reaktionsfähigen füllstoff Ionenaustauscher-- und/oder komplexbildende Fasern bei einem Gehalt an masern von 10 bis 80 %, bezogen auf dies tasse des fertigen Materials, verwendet.
Es ist zweckmäßig, daß der Gehalt an reaktionsfähigen Fasern 50 bis 70%, bezogen auf die Masse des fertigen Materials, beträgt. Dabei besitzt das Material maximale Kapazität, mechanische Festigkeit und behält die biegsamelastischen Eigenschaften bei.
Als reaktionsfähige lonenaustauscherfasern verwendet man stark- und schwachsaure, stark- und schwachbasische Ionenaustauscher und Polyampholyte auf der Basis von Polyvigylalkoholfasern. Die Polyvinylalkoholfasern weisen einen besonderen Eompix von Eigenschaften auf, die für die Herstellung und den Betrieb der reaktionsfähigen Fasern besonders wichtig sind. In die Polyv inylalkoholfasern können Sulfosäuregruppen eingeführt, die Veresterung der Fasern mit bifunktionellen Carbonsäuren durchgeführt und die Pfropfung der ionogenen Kationen- und Anionenaustauschergruppen über d ie Carboxyl- und Hydroperoxydgrtippen vorgenommen werden. Dadurch gelingt es, reaktionsfähige Fasern mit einer Austauschkapazität bis zu 6 mval/g zu erhalten.
Man verwendet als reaktionsfähige lonenaustauscherfasern auch stark- und schwachsaure, stark- und schwachbasische Ionenaustauscher und Polyampholyte auf der Basis strukturierter Polyacrylfasern. Das Vorliegen von reaktionsfähigen Nitril- und Carboxylgruppen in diesen lasern macht es möglich, Ionenaustauscher zu erhalten, die sich durch eine Vielfalt von Eigenschaften und Werten der Austauschkapazität auszeichnen. Durch alkalische Verseifung der Nitrilgruppen erhält man Polyampholyte mit einer Austauschkapazität von 8 bis 9 mval/g. Die Polyacrylionenaustauscherfasern zeichnen sich durch hohe chemische Bestandigkeit aus. Ihre Verwendung macht es möglich, die Sorption-Desorption in einem breiten Bereich der pH-Werte bei erhöhten Temperaturen durchzuführen.
Als reaktionsfähige lonenaustauscherfasern verwendet man auch stark- und schwachsaure, stark- und schwachbasische Ionenaustauscher und Polyampholyte auf der Basis von Hydratzellulosefasern. Diese lonenaustauscher zeichnen sich durch hohe Hydrophilie aus, wodurch es möglich wird, die Diffusionsprozesse mit hoher Weschwindigteit durchzuführen. Die Eydratzelluloseionenaustauscherrasern weisen eine hinreichend hohe mechanische Festiggeit, besonders in neutralen Lösungen, auf, das eine wesentliche Bedeutung bei der Verwendung der Materialien beispielsweise in der Nnhrungsmittelindustrie hat. Die geringen Kosten der reaktionsfähigen Ilydratzellulosefasern machen es möglich, diese für die Herstellung von Ionenaustauschermaterialien für eine einmalige Benutzung zur Sorption besonders wertvoller Metalle zu-verwenden.
Man verwendet lonenaustausoherfasern auf der Basis von Phenolaldehydfasern, die ein dreidimensionales Netzwerk und erhöhte chemische Beständigkeit aufweisen, Man verwendet Polyolefin- und Polyvinylhalogenidionenaustauscherfasern, die durch hohe festigkeit und hohe chemische Beständigkeit gekennzeichnet werden.
Als komplexbildende reaktionsfähige Fasern verwendet man komplexbildende Polyacrylfasern mit Phosphorsäure- und Thiolgruppen.
Als kompleæbildende,reaktionsfähige Fasern verwendet man funktionelle Gruppen enthaltende Polyvinylalkcholfasern, welche Donor-Akzeptor-Bindungen (Koordinationsbindungen) mit den mit ihren im Kontakt stehenden Ionen, Atomen oder Molekülen bilden können. Lan verwendet Phosphorsäure-, stickstoffhaltige, sauerstoifhalt ige Polyvinylalkoholfasern.
Auberdem verwendet man als komplexbildende> reaktionsfähige Fasern Hydratzellulosefasern mit Phosphorsäuregruppen und stickstoffhaltige Hydratzellulosefasern. Lan verwendet schwefelhaltiae Hydiatzellulosefasern mit Thiol- und Thiongruppen.
Die porösen offenzell igen füllst offhalt igen re akt ionsfähigen Materialien besitzen eine Reihe wertvoller Eigenschaften. Sie vereinigen die hohen kinetischen Kennwerte, die osmotische Stabilität und mechanische Festigkeit der reaktionsfähigen Fasern mit den biegsamelastischen Eigenschaften der Schaumkunsstoffe. Ein entscheidender Vorteil der porösen, offenzelligen, füllstoffhaltigen ,reaktionsfähigen Materialien gegenüber den granulierten Materialien ist eine höhere Sorptions- und Desorptionsgeschwindigkeit. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die wirksamen MaBe der Ionenaustauschergranalien 20 bis 30 mal größer sind als der Durchmesser der reaktiven Fasern, bei denen zudem die aktiven puppen an der Oberfläche konzentriert sind.
Der Diffusionsweg der zu sorbierenden Ionen zu den aktiven Gruppen der lonenaustauscherfasern ist viel kürzer und die Geschwindigkeit der Prozesse der Sorption-Desorption an den porösen, fullstoffhaltigen,reaktionsfahigen Materialien ist ungefähr 20 bis 30mal hoher im Vergleich mit den granulierten Materialien.
Die poro,,,,füllstoffhaltigen, reaktionsfähigen Materialien werden bei bedeutenden mechanischen Einwirkungen und starken Veränderungen der Tonenstärke der Lösungen praktisch nicht zerstört.
Die porösen, füllstoffhaltigen, reaktionsfähigen Materialien werden durch Biegsamkeit, Elastizität und Unzerstörbarkeit bei Verformungen, Schlägen und Stössen gekennzeichnet. Die Materie lien sind hydrophil und weisen ein gut entwickeltes Netz von kommunizierenden Kapillaren und Poren auf. In trockenem Zustand verschwindet die mikroporöse Kondensationsstruktur des Materials, indem sie sich in die Kryptokondensationsstruktur umwandelt. Es bleibt nur die beim Verschäumen und durch die Zugabe des faserigen Füllstoffes erzeugte Porositat erhalten. In trockenem Zustand ist das Material hart, lässt sich mechanisch bearbeiten /sägen, hobeln, schneiden/ zum Erteilen der notwendigen Abmessungen und der Form. Das Vorliegen eines Systems verhältnismässig grober, offener Poren und von kommunizierenden Kapillaren erleichtert bedeutend das Durchtränken der Materialien mit Gebrauchslösungen. Die dünnen Porenwände werden schnell befeuchtet und quellen, wobei sich die Kryptokondensationsstruktur wieder entfaltet und das Volumen einnimmt, das sie in feuchtem Zustand vor der Trocknung einnahm. In gequollenem Zustand weist das Material eine sehr hohe Elastizität auf und ist zu sehr großen umkehrbaren Verformungen fähig. Da das Wasser ein Weichmacher für das Schaumpolyvinylformal und die Fasern ist, führt selbst ein längerer Betrieb des porösen reaktionsfähigen Materials zu keinem Verlust an Elastizität.
In den porösen füllstoffhaltigen reaktionsfähigen Materialien ist die Porengröße viel geringer als die iraserlange, während die letzteren in der Masse der polymeren Matrize fest befestigt sind. Im Betrieb werden solche porösen, füllstofShaltigen,reaktionsfShigen Materialien infolge ihrer hohen osmotischer Stabilität und mechanischer Festigkeit durch hohe Stabilitat der Masse gekennzeichnet.
Die porösen,reaktionsfähigen Materialien können auf bestehenden Ausrüstungen für die Herstellung von Schaumpolyvi nylformal und bohaumpolyurethan erhalten werden.
Die Sorption unter Beteiligung dieser Materialien kann man nach bestehender Technologie in Kolonnen und Filterpressen durchführen, ohne wesentliche konstruktive Änderungen an der apparativen Gestaltung dieser Prozesse vornehmen zu müssen.
Für die Herstellung eines porösen,offenzelligen,füllstoff haltigen,reaktionsfähigen Materials auf der Basis von Schaumpolyvinylformal verschäumt man eine wässerige Lösung von Polyvinylalkohol (man verwendet Polyvinylalkohol mit einer Kolekularmasse von 30 000 bis 150 000) in Gegenwart eines grenzfläohenaktiven Stoffes mit Hilfe eines mechanischen Rührers. Beim Verschäumen gibt man Formaldehyd in Form einer 37%gen wässerigen Lösung und eine wässerige Lösung von Natriumchlorid zu.
Man führt das Verschäumen zweckmäßigerweise bis zur Erzielung eines Verschäumungsgrades von 3 bis 10 durch, wobei man Rührer verwenden kann, die in einem Geschwindigkeitsintervall von 500 bis 10 000 U/min betrieben werden. Als Schaumbildner können ionogene und nichtionogene grenzflächenaktive Stoffe, wie Alkylsulfate, Alkylsulfonate, Alkylarylsulfonate, Amine verschiedenen Substitutionegrades, Polyozyäthylenester der Alkylphenole, Polyoxyäthylester der Fettsäuren und andere, verwendet werden.
Als Katalysatoren zur Kondensationsstrukturbildung des Schaumpolyvinylformals verwendet man Mineralsäuren, wie Salz-, Phosphor-, Salpeter-, Schwefelsäure und andere. Den Katalysator gibt man zweckmäßigerweise einige Minuten oder eine Minute vor der Beendigung des Verschäumens zu.
Nach dem Erreichen des erforderlichen Verschäumungsgrades gibt man der Keaktionsmasqe den faserigen Füllstoff in einem Schneckeinnischer oder in demselben Behälter, in dem die Verschäumung durchgeführt wurde, bei geringen Rotationsgeschwin digkeiten des Rührers (100 bis 300 U/min) zu. Die Fasern können eine Lange von 1 ... 2 mm bis 50 ... 60 mm, vorzugsweise 3 bis 8 mm, aufweisen.
Man verwendet beliebige Typen reaktionsfähiger Fasern, Ionenaustauscher- und komplexbildende Fasern, einzeln oder in verschiedenen Kombinationen miteinander, was dem herzustellenden Material entsprechende Eigenschaften erteilt.
Die Strukturierung (Acetalierung) des Polyvinylalkohols wird bei einer tikemperatur von 20 bis 1000C durchgeführt, wobei sich entsprechend die Acetalierungsdauer von 1 bis 50 Stunden verändert. Die Viskosität des Systems steigt allmählich, wodurch die Schaumstabilität zusätzlich erhöht wird. Bei der Acetalierung scheiden sich aus der Lösung kleinste Teilchen der neuen Phase aus, was zur Bildung der Kondensationsstruktur und zum gleichzeitigen Erhärten des Schaums rührt. Während der Kondensationsstrukturbildung scheiden sich die Teilchen der neuen Phase (des Polyvinylformals) an der Oberfläche der Fasern ab, verbinden sich miteinander und bilden ein dreidimensionales Netzwerk, in dem auch die Fasern eingeschlossen sind. Da die Länge der Fasern (um das 1 oder 2fache bis um das hundertfache) die Porengröße übersteigt, so sind sie gleichzeitig in mehrere Zellen eingebaut, durchziehen die Wände der Zellen oder sind in den Wänden selber angeordnet. Somit kommt es zu einer eigenartigen Bewehrung des Systems, wodurch die Festigkeit des porösen Materials bedeutend zunimmt. Dabei kommt es zu keiner merklichen Senkung der Elastizität und Biegsamkeit der Nlatrize, da die Fasern selber eine hohe Biegsamkeit aufweisen.
Die erhaltenen Xiaterialien wäscht man sorgfältig mit enthärtetem ;wasser zur Entfernung der überschüssigen Säure, des Salzes und des Formal ins und trocknet danach bei einer Temperatur von 70 bis 9000.
Bei der Herstellung des porösen reaktionsfähigen Materials bringt man den Acetalierungsgrad des Polyvinylalkohols auf einen Wert, der die Bildung in den Wänden der Schaumbläschen der Kondensationsstruktur bewirkt. Beim Trocknen verschwindet die mikroporöse Kondensationsstruktur, indem sie sich in die Kryptokondensationsstruktur umwandelt. Es bleibt nur die größere Porosität erhalten, die beim Verschäumen und durch die Zugabe des faserigen Füllstoffes erhalten wurde. Im trockenen Zustand ist das Material hart und kann verschiedenartiger mechanischer Bearbeitung zum Erteilen dem Erzeugnis der notwendigen Maße und Formen unterworfen werden. Das Vorliegen in dem Material eines entwickelten Systems von offenen Poren und Kapillaren erleichtert bedeutend das Durchtränken des Materials mit wässerigen Lösungen. Die dünnen Wände werden schnell befeuchtet und quellen, wobei sich die Kryptokondensationstruktur wieder entfaltet und das Volumen einnimmt, das sie in feuchtem Zustand vor der Trocknung einnahm. In einem solchen gequollenen Zustand, wo das Schaumpolyvinylformal ein kompliziertes fasering-poröses System darstellt, das aus feinsten Strukturelementen besteht, weist das Material eine sehr hohe Elastizität auf und ist zu sehr großen unkehrbGren Verformungen unter der wirkung von Beanspruchungen fähig. Da das wasser ein Weichmacher für das chaumpolyvinylformal ist, fuhrt selbst ein längerer Betrieb des porösen reaktionsrähigen Materials zu keinem Verlust an Blastizität.
Die Herstellung eines porösen,reaktionsfähigen materials auf der Basis von Schaumpolyurethan sieht folgende Stufen vor: Vermischen des Polyesters mit Diisocyanat, Verrühren in einem Hochgeschwindigkeitsmischer, Vermischen mit den zerkleinerten reaktionstähigen Fasern, dem Katalysator und wenig KasserX Gießen des Reaktionsgemisches in Formen zum Verschäumen und Härten der Schaummaterialien.
rür die Herstellung eines porösen,offenzelligen,füllstoffhaltigen,reaktionsfähigen Materials auf der Basis von elastischem Schaumpolyurethan vermischt man alle Ausgangskomponenten in einem Mischer (einstufige Methode) oder man erhält zunächst Polyesterisocyanat aus Polyester und Diisocyanat, in Uberschuß genommen, und vermischt dann dieses mit den anderen Komponenten (zweistufige Methode). Bei der einstufigen Methode läuft die Reaktion mit großer Geschwindigkeit, bei der zweistufigen bedeutend langsamer ab. In dem letzteren Fall besteht die Möglichkeit, die Dichte des Materials zu regeln.
kan verwendet Polyester (Kondensationsprodukte polyfunktioneller Säuren und polyfunktioaeller Alkohole), Polyäther (Kondensationsprodukte von Alkenoxyden mit bifunktionellen Alkoholen) und stickstoffhaltige polyfunktionelle Alkohole oder Polyäther (Kondensationsprodukte von Alkenoxyden mit polyfunktionellen Aminen, beispielsweise Athylendismin, Diäthylentriamin).
Als Katalysatoren der Umsetzung des Diisocyanates mit den Hydroxylgruppen der Polyester und Polyäther oder der mehrwertigen Alkohole, die die Reaktionsgeschwindigkeit und die Dauer des Prozesses kontrollieren, verwendet man Phenolate, Lethyl-- und Äthylmorpholine, Pyridin, Dimethylanilin.
Als Emulgatoren dienen Natriumsalze der Sulfosäuren und andere -grenzflächenaktive- Stoffe. Als Weichmacher verwendet man Dibutylphthalat, Trikresylphosphat und andere.
Die Dichte des geschäumten Gemisches und die Anzahl der Querverbindungen regelt man durch die Veränderung der Menge des Wassers und des Diisocyanates, die dem Polyester beziehungsweise Polyäther zugesetzt werden. Je mehr wasser und Diisocyanat zugesetzt werden, desto geringer ist die scheinbare Dichte und desto größer die Anzahl der Vernetzungen zwischen den getL ten, wobei die letzteren die Härte des Materials erhöhen.
Das Härten des porösen reaktionsfähigen Materials dauert einige Stunden.
Die Keaktionsfähigkeit der fertigen Materialien untersucht man unter laboratoriumsmaßigen Bedingungen wie folgt.
Zur Bestimmung der statischen Austauschkapazität taucht man eine Einwaage des porösen Materials (0,5 bis 0,6 g) in eine O,ln Lösung (eines Alkalis, einer Säure oder des Natriumchlorids) und rührt 30 Minuten. Die Menge der ausgetauschten Ionen bestimmt man nach der Differenz der Ausgangs-- und der Endkonzentrationen der Lösung.
Zur Bestimmung der vollständigen Austauschkapazität befindet sich das Material mit der Lösung in Beruhrung im Verlauf von 48 Stunden. Der Koeffizient der Ausnutzung der ionogenen Gruppen, der die Austauschgeschwindigteit kennzeichnet, stellt das Verhältnis der statischen Austauschkapazität bei 2 minutigem Kontakt zwischen dem Material und der Lösung zur vollständigen A ust aus chJcap az ität.
Zur Bestimmung des Prozentgehaltes der Senkung der Kapazität der taterialien werden die letzteren mehrmaligen Austauscharbe itszyklen unterworfen.
Die dadurch erhaltenen rüllstoffhaltigen,reaktionsfähigen Materialien übertreffen bedeutend (um das 20 bis 25fache) die bestehenden granulierten Materialien in den kinetischen Eennwerten, der osmotischen Stabilität und der mechanischen Festigkeit.
Die Materialien weisen biegsamelastische Eigenschaften auf und sind zu sehr großen umkehrbaren Verformungen fähig.
Die mit Fasern gefüllten porösen reaktionsfähigen Materialien werden zum Unterschied von den bestehenden Ionenaustauschern bei bedeutenden mechanischen Einwirkungen und starken Veränderungen der Ionenstärke der Lösungen praktisch nicht zerstört.
Bei der Herstellung von porösen füllstoffhaltigen'reak tionsfähigen Materialien können beliebige Typen reaktionsfähiger Fasern mit Ionenaustauscher- und komplexbildenen Eigenschaften scchl einzeln als auch in Komhn^tion miteinander verwendet werden. Die Materialien weisen einen Komplex wertvoller Eigenschaften auf, können für viele Zwecke eingesetzt werden und sind für den Betrieb in flüssigen und gasförmigen Medien, die eine niedrige Konzentration des abzutrennenden Stoffes aufweisen, geeignet.
Im Betrieb werden die porösen, reaktionsfähigen terialien infolge ihrer hohen osmotischen Stabilität und mechanischen Festigkeit durch hohe Stabilität der Masse gekennzeichnEt.
Die Sorptions- und Ionenaustauschprozesse unter Verwendung dieser Materialien kann man nach der bestehenden Technologie in Kolonnen, Filterpressen und anderen Apparaten durchfEaren, ohne wesentliche konstruktive Änderungen an der apparativen Gestaltung dieser Prozesse vornehn!en zu müssen.
Zum besseren Verstehen der vorliegenden Erfindung werden folgende konkrete Beispiele angeführt.
Beispiel 1. Poröses, reaktionsfähiges Material, welches 20,4 Schaumpolyvinylformal und 80% sulfierte Polyvinylalkoholfasern enthält.
100 ml 10%-ige Lösung von Polyvinylalkohol verschäumt man in einem offenen Gefäß in Gegenwart eines Emulgators mit einem mechanischen Rührer bei atmosphärischem Druck im Verlaufe von 10 bis 15 Minuten. Dann gießt man unter fortgesetztem Rühren dem Schaum 10 ml einer 37%'-igen Lösung von Formaldehyd und 10 ml einer 24%-igen wässerigen Lösung von Natriumchlorid hinzu 1 bis 2 Minuten vor der Beendigung des Verschäumens gibt man als Katalysator der Reaktion der Kondensationsstrukturbildung konzentrierte Salzsäure in einer Menge von 10 ml zu. Dem homogenen Schaum gibt man unter ununterbrochenem Rührern durch die Sulfierung von Polyvinylalkoholfasern erhaltene Ionenaustauscherfasern in einer Menge von 40 g (80, bezogen auf die Masse des fertigen Materials) zu. Die Schnittlänge der Fasern beträgt 5 bis 8 mm. Die erhaltene Masse gießt man in eine Form und hält zum Härten in einem thermostatierten Gefäß bei einer 'ltemperatur von fliOOO 60 Minuten und dann zur Erzielung eines möglichst vollständigen Ablaufs des Prozesses 24 Stunden bei Zimmertemperatur. Das ernaltene material wäscht man nach der Abtrennung der flüssigen Phase von den unumgesetzten Reagenzien und trocknet.
Das erhaltene Material ist ein starksaurer Kationenaustauscher. Die statische Austauschkapazität nach der 0,ln-Lösung von Calciumchlorid beträgt 4,4 bis 4,6 mval/g. Der Koeffizient der Ausnutzung der ionogenen Gruppen (das Verhältnis der statischen Austauschkapazität zur vollständigen Austauschkapazität) im Verlaufe von 2 Minuten beträgt 88.
Nach 10 Ionenaustauschzyklen sinkt die statische Austauschkapazität um 2s3So gegenüber der Ausgangsaustauschkapazität. Die scheinbare Dichte des Materials, welche 150 bis 160 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 2. Poröses reaktionsfähiges Material, welches 20% Schaumpolyvinylformel und 807o starksaure Ionenaustauscherfaser auf der Basis von Polyacrylnitril enthält, Das Verfahren wird analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen mit dem Unterschied durchgeführt, daß man statt der Polyvinylalkoholfasern 40 g (80 Masseprozent) starksaure Ionenaustauscherfasern auf der Basis von Polyacrylnitril einbringt.
Das Material ist ein starksaurer Kationenaustauscher.
Die statische Austauschkapazität nach der O,ln-Lösung von Calciumchlorid beträgt 3,6 bis 3,8 mval/g und der Koeffizient der Ausnutzung der ionogenen Gruppen im Verlaufe von 2 minuten 86%.
Nach 10 Ionenaustauschzyklen sinkt die statische Austauschkapazität um 2,1 % gegenüber der Ausgangstauschkapazität. Die scheinbare Dichte des Materials, welche 140 bis 150 kg/m3 beträgt, bleibt während des betriebes unverändert.
Beispiel 3. Poröses reaktionsfähiges Material, welches 30 Schaumpolyvinylformal und 70% sulfierte Phenolaldehydfasern enthält.
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt der Polyvinylalkoholfasern 23,3 g(70 Lasseprozent) sulfierte Phenolaldehydfasern ein.
Das Material ist ein starksaurer Kationenaustauscher.
Die statische Austauschkapazität nach der O,ln-Lösung von Calciumohlorid beträgt 2,9 bis 3,0 mval/g und der Koeffizient der Ausnutzung der ionogenen Gruppen im Verlaufe von 2 Minuten 85%.
Die scheinbare Dichte des Materials, welche 130 bis 150 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 4. Poröses reaktionsfähiges Material, welches 30% Schaumpolyv inylformal und 70% 5 chwachs aure Polyacrylnitrilfasern enthält.
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt der Polyvinylalkoholfasern 23,3 g (70 Masseprozent) schwachsaure Polyacrylnitrilfasern, erhalten durch alkalische Verseifung frisch geformter Polyacrylnitrilfasern, ein.
Das erhaltene material ist ein schwachsaurer Kationenaustauscher. Die statische Austauschkapazität nach der O,ln-Alsalilösung beträgt 6,5 bis 8,0 mval/g und der Koeffizient der Ausnutzung der ionogenen Gruppen im Verlaufe von 2 minuten 89%.
Nach 10 Ionenaustauschzyklen sinkt die statische Austauschkapazität um 2,8 % gegenüber der Ausgangsaustauschkapazität.
Die scheinbare Dichte des Materials, welche 110 bis 15u $E/m' beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 5. Poröses,reaktionsfähiges Material, welches 30 ffi Schaumpolyvinylformal und ?O % schwachsaure Ionenaustauscherfasern auf der Basis von Polyvinylalkoholfasern enthält Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch 23,3 g (O hlasseprozent) schwachsaure Polyv inylalkoholfasern ein.
Das erhaltene Material ist ein schwachsaurer Kationenaustauscher. Die statische Austauschkapazität nach der O,ln-Alkalilösung beträgt 3,5 bis 4,5 mval/g und der Koeffizient der Ausnutzung der ionogenen Gruppen im Verlaufe von 2 Minuten 87 °g0.
Nach 10 Ionenaustauschzyklen sinkt die statische Austauschkapazität um 2,4 % gegenüber der Ausgangsaustauschkapazität.
Die scheinbare Dichte des Materials, welche 110 bis 150 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 6. Poröses,reaktionsfäniges Material, welches 30 Schaumpolyvinylformal und 70»0 schwachsaure Ionenaustauscherfasern auf der Basis von Hydratzellulosefasern enthält.
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt der Polyvinylalkohol fasern 23,3 g (70 Masseprozent) schwachsaure Hydratzellulosefasern, welche aufgepropfte Polyacryl- oder Polymethacrylsäure enthalten, ein.
Das erhaltene Material ist ein schwachsaurer Kationenaustauscher. Die statische Austauschkapazität nach der O,ln-Alklilösung beträgt 4,5 bis 5,2 mval/g und der Koeffizient der Ausnutzung der ionogenen Gruppen im Verlaufe von 2 Minuten 92 z0.
Nach 10 Ionenaustauschzyklen sinkt die statische Austauschkapazität um 3,5 % gegenüber der Ausgangsaustauschkapazität.
Die scheinbare Dichte des Materials, welche 120 bis 140 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 7. Poröses'reaktionsfähiges Material, welches 40 % Schaumpolyvinylformal und 60 % schwachbasische Ionenaustauscherfasern auf der Basis von Polyacrylnitrilfasern enthält.
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch-statt der Polyvinylalkoholfasern 15 g (60 Masseprozent) hydratisierte Polyacrylnitrilfasern ein.
Das erhaltene Material ist ein schwachbasischer Anionenaustauscher. Die statische Austauschkapazität nach der O,ln-Lösung von Salzsäure beträgt 2,5 bis 2,7 mval/g und der Koeffizient der Ausnutzung der ionogenen Gruppen im Verlaufe von 2 Minuten 89 A.
Nach 10 Ionenaustauschzyklen sinkt die statische Austauschkapazität um 1,9 7% gegenüber der Ausgangskapazität.
Die scheinbare Dichte des Materials, die 100 bis 110 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 8. Poröses,reaktionstähiges material, welches 60 X Schaumpolyvinylformal und 40 , schwachbasische Polyvinylalkoholfasern enthält4 Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch 8 g (40 Ea44wprozent) Polyvinylalkoholfasern ein, die aufgepfropftes Poly-2-methy1-5--vinylpyridin enthalten.
Das erhaltene Material ist ein schwachbasischer Anionaustauscher. Die statische Austauschkapazität nach der O,ln-Löung von Salzsäure beträgt 1,1 bis 1,3 mval/g und der Koeffizient der Ausnutzung der ionogenen Gruppen im Verlaufe von 2 minuten 86 %.
Nach 10 Ionenaustauschzyklen sinkt die statische Austauschkapazität um 2,4 % gegenüber der Ausgangsaustauschkapazität.
Die scheinbare Dichte des Materials, die 170 bis 180 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 9. Poröses reaktionsfähiges Material, welches 70% o Schaumpolyvinylformal und 30 % schwachbasische Hydratzellulosefasern enthält.
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt der Polyvinylalkoholfasern 4,4 g (30 Masseprozent) Hydratzellulosefasern, welche aufgepfropftes Poly-2-methyl-5-vinylpyridin enthalten, ein.
Das erhaltene Material ist ein schwachbasischer Anionenaustauscher. Die statische Austauschkapazität nach der O,ln-Lösung von Salzsäure beträgt 0,8 bis 0,9 mval/g und der Koeffizient der Ausnutzung der ionogenen Gruppen im Verlaufe von 2 Minuten 86%.
Nach 10 Ionenaustauschzyklen sinkt die statische Austauschkapazität um 2,1 % gegenüber der Ausgangsaustauschkapazität.
Die scheinbare Dichte des Materials, welche 110 bis 120 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebs unverändert.
Beispiel 10. Poröses,reaktionsfähiges Material, welohes 40 % Schaumpolyvinylformal und 60 % starkbasische Polyvinylalkoholfasern enthält.
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch 15 g (60 Lasseprozent) Polyvinylalkoholfasern mit aufgepfropftem quartärem Salz des Polymethylvinylpyridins ein.
Das erhaltene Material ist ein startbasischer Anionenaustauscher. Die statische Austauschkapazitat nach der O,ln-Lösung von Natriumchlorid beträgt 1,1 bis 1,3 mval/g und der Koeffizient der Ausnutzung der ionogenen Gruppen im Verlaufe von 2 Minuten 91 .
Nach 10 Ionenaustauschzyklen sinkt die statische Austauschkapazität um 1,8 ffi gegenüber der Ausgangsaustauschkapazität.
Die scheinbare Dichte des Materials, welche 200 bis 210 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 11. Poröses, reaktionsfahiges Material, welches 40 % Schaumpolyv inylformal und 60 ffi starkbasische Ionenaustauscherfasern auf der Basis von Polyacrylnitril enthält.
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt der Polyvinylalkohol fasern 15 g (60 Masseprozent) Polyacrylnitrilfasern mit aufgepfropftem quartarem balz des Polymethylvinylpyridins ein.
Das erhaltene Material ist ein starkbasischer Anionenaustauscher. Die statische Austauschkapazität nach der O,ln-Lösung von Natriumchlorid beträgt 2,1 bis 2,0 mval/g und der Koeffizient der Ausnutzung der ionogenen Gruppen im Verlaufe von 2 Minuten 86 %.
Nach 10 Ionenaustauschzyklen sinkt die statische Austauschkapazität um 2,1 % gegenüber der Ausgangskapazität.
Die scheinbare Dichte des Materials, welche 180 bis 190 kg/m³ beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 12. Porösesjreaktionsfähiges Material, welches 50 % Schaumpolyurethan und 50 % starksaure Ionenaustauscherfasern auf der Basis von Polyvinylchlorid enthält.
Die L'ischung zum Verschäumen besteht aus 6,84 g (34,2 oilasseprozent) Polyester (insbesondere Polyäthylenadipat oder Polypropylenoxid oder Copolymerisat von Tetrahydrofuran und Propylenoxid mit den darin dispergierten Kationenaustauscherfasern auf der Basis von Sulfogruppen enthaltendem Polyvinylchlorid), 2,67 g (13,4 Masseprozent) Toluylendiisocyanat (in Form von Gemischen zweier Isomere, 2,4 und 2,6, im Verhältnis 65/35 oder 80/2), 0,32 g (1,6 Masseprozent) Aktivatorgemisch, grenzflächenaktivem Stoff, 0,1 g (0,5 Masseprozent) Dimethylanilin als Katalysator, 0,7 g (0,3 Masseprozent) Wasser und 0,01 g (0,05 Masseprozent) Paraffinöl.
Den Polyester vermischt man im Verlaufe von 1 bis 2 Linuten in einem schnellaufenden Mischer (65 bis 100 U/s) sorgfältig mit feingeschnittenen Kationenaustauscherfasern auf der Basis von Sulfogruppen enthaltenden Polyvinylchlorid in einer Menge von 10 g (50 Masseprozent), gibt dann die übrigen Anteile der Mischung zu, rührt das ganze 2 bis 3 minuten und gießt in eine Bors, wo es zum Verschäumen und dann zum Härten kommt.
Das erhaltene Material ist ein starksaurer Kationenaustauscher. Die statische Austauschkapazität nach der O,ln-Lösung von Cal ciunchlorid beträgt 2,1 bis 2,2 mval/g und der Koeffizient der Ausnutzung der ionogenen Gruppen im Verlaufe von 2 Minuten 65 %.
Nach 10 Ionenaustauschzyklen sinkt die statische Austauschkapazität um 2,5% gegenüber der Ausgangsaustauschkapazität.
Die scheinbare Dichte des Materials, die 200 bis 220 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 13. Poröses,reaktionsfähiges Material, welches 50 % Schaumpolyurethan und 50 70 Kationenaustauscherpolyolefinfasern enthält.
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 12 beschriebenen, man bringt jedoch statt der Polyvinylchloridfasern 10 g (50 Masseprozent) Polypropylenfasern mit aufgepfropft er Polymethacrylsäure ein.
Das erhaltene Material weist eine statische Austauschkapazität nach der O,ln-Lösung von Alkali von 3,2 bis 3,3 mval/g auf.
Die scheinbare Dichte des h;aterialss welche 180 bis 200 kg/m³ beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 14. Poröses,reaktionsfähiges material, welches 60 % Schaumpolyurethan und 40 % schwachsaure Ionenaustauscherrasern auf der Basis von Phenolformaldehydfasern enthält Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 12 beschriebenen, man bringt jedoch statt der Polyvinylchloridfasern 6,7 g (40 Masseprozent) carboxylhaltige Phenolformaldehydfasern ein.
Das erhaltene Material ist ein schwachsaurer Kationenaustauscher. Die statische Austauschkapazität nach der O,ln-Lösung von Alkali beträgt für 2 Minuten 54 %.
Die scheinbare Dichte des Materials, die 300 bis 320 kg/m3 beträgt, bleibt wähnend des Betriebes unverändert.
Beispiel 15. Poröses,reaktionsfåhigeE Material, welches 60 % Schaumpolyurethan und 40 % schwachsaure Ionenaustauscherfasern auf der Basis von Polyvinylidenchlorid enthält.
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 12 beschriebenen, man bringt jedoch statt 10 g der Ionenaustauscherfasern auf der Basis von Polyvinylchlorid 6,7 g (40 X,asseprozent) Ionenaustauscherfasern, geformt aus Gemischen halogenhaltiger Polymere mit einem Polymer der Pyridinreihe, ein.
Das erhaltene Material ist ein schwachbasischer Anionenaustauscher. Die statische Austauschkapazität nach der O,ln-Lösung von Salzsäure beträgt 3,2 bis 4,1 mval/g und der Koeffizient der Ausnutzung der ionogenen Gruppen 83 %.
Nach 10 Ionenaustauschzyklen sinkt die statische Austauschkapazität um 3,1 % gegenüber der Ausgangsaustauschkapazität.
Die scheinbare Dichte des Materials, welche 250 bis 280 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 16. Poröses,reaktionsfähiges Material, welches 60 % Schaumpolyurethan und 40 starkbasische Ionenaustauscherfasern auf der Basis von Polyvinylhalogeniden enthält.
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 12 und 15 beschriebenen, man bringt jedoch starkbasische Polyv inylchloridfasern, geformt aus L;emisshen halogenhaltiger Polymere und von Polymeren der Pyridinreihe, ein.
Das erhaltene Material ist ein starkbasischer Anionenaustauscher. Die statische Austauschkapazität nach der 0,ln-Lösung von Natriumchlorid beträgt 1,5 bis 1,6 mval/g und der Koeffizient der Ausnutzung der ionogenen Gruppen 86 Gú.
Beispiel 17. Poröses'reaktionsfähiges Material, welches 60 Schaumpolyurethan und 40 7o schwachsaure Ionenaustauscherfasern auf der Basis von Polyvinylchlorid enthält.
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 12 beschriebenen, man bringt jedoch statt 10 g der starksauren Kationenaustauscherfasern auf der Basis von Polyvinylchlorid 6,7 g (4O Masseprozent3 Polyvinylchloridfasern ein, die aufgepfropfte Carboxylgruppen enthalten.
Das Material ist ein schwachsaurer Kationenaustauscher.
Die statische Austauschkapazität nach der 0,ln-Lösung von Alkali beträgt 3,1 bis 3,4 mval/g und der Koeffizient der Ausnutzung der ionogenen Gruppen 7 OJ.
Nach 10 Ionenaustauschzyklen sinkt die Austauschkapazität um 2,4 % gegenüber der Ausgangsaustauschtapazität.
Die scheinbare Dichte des Materials, die 220 bis 240 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 18. Poröses,reaktionsfähiges Material, welches 70 % Schaumpolyurethan und 30 % starkbasische Ionenaustauscherfasern auf der Basis von Phenolaldehydfasern enthält Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 12 beschriebenen, man bringt jedoch statt 10 g Polyvinylchloridfasern 4,4 g (30 Masseprozent) mit Äthylendiäthylaminhydrochlorid aminierte Phenolformaldehydphasern ein.
Das erhaltene Material ist ein starkbasischer Anionenaustauscher. Die statische Austauschkapazität nach der O,ln-Lösung von Natriumchlorid beträgt 0,9 bis 1,2 mval/g.
Nach 10 Ionenaustauschzyklen sinkt die Austauschkapazität um 1,4 % gegenüber der AusUangskapazität. Die scheinbare Dichte des Materials, die 280 bis 300 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 19. Poroses,reaktionsfähiges Material, welches 80 ro Schaumpolyurethan und 20 % starkbasische Ionenaustauscherfasern auf der Basis von Hydratzellulose enthält Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 12 beschriebenen, man bringt jedoch statt 10 g Ionenaustauscherfasern auf der Basis von Polyvinylchlorid 2,5 g (20 b.asseprozent) Hydratzellulosefasern mit aufgepfropftem 2-Methyl-5-v inylpyr id in ein.
Das erhaltene Material ist ein starkbasischer Anionenaustauscher. Die statische Austauschkapazität nach der O,>n-Lö-Lösung von Natriumchlorid beträgt 0,4 bis 0,6 mval/g und der Koeffizient der Aúsnutzung der ionogenen Gruppen 88 ,b.
Nach 10 Ionenaustauschzyklen sinkt die Austauschkapazität um 1,1 9. Die scheinbare Dichte des Materials, die 220 bis 240 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 20. Poröses,reaktionsfähiges Material, welches 30 % Schaumpolyvinylformal und 70 % amphotere Ionenaustauscherfasern auf der Basis von Polyvinylalkohol enthält.
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g sulfierter Polyvinylalkoholfasern 23,3 g (70 Masseprozent) amphotere Ionenaustauschertasern, erhalten durch Aminierung von Polyvinylalkoholfasern mit Äthylenimindämpfen und Aufpfropfen von Polyacrarlsäure, ein.
Das erhaltene Material ist ein amphoterer Ionenaustauscher.
Die statische Austauschkapazität nach aer O,ln-Lösung von balzsäure beträgt 1,5 bis 1,6 mval/g und nach der O,ln-Lösung von Alkali 5 bis 6 mval/g und der Koeffizient der Ausnutzung der ionogenen Grulpen-sG Vo.
Die scheinbare Dichte des Materials, welche 100 bis 110 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 21. Poröses,reaktionsfähiges Material, welches 30 % Schaumpolyvinylformal und 70 g0 amphotere Ionenaustauscherfasern auf der Basis von Polyakrylnitril enthält.
Das Verfahren zur Herstellung ist anlog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g Polyvinylalkoholfasern 23,3 g (70 Masseprozent) Polyacrylnitrilfasern Karpan, welche Amino- und Carboxylgruppen enthalten, ein.
Das erhaltene Material ist ein amphoterer Ionenaustauscher.
Die statische Austauschkapazität nach der O,ln-Lösung von Halzsäure beträgt 2,9 bis 3,1 mval/g und nach der O,ln-Lösung von Alkali 6,1 bis 6,3 mval/g und -der- Koeffizient der-Ausnutzung der ionogenen Gruppen 88 %.
Die scheinbare Dichte des Materials, welche 120 bis 300 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 22. Poröses'reaktionsfähiges Material, welches 30 % Schaumpolyvinylformal und 70 % amphotere lonenaustauscherfasern auf der Basis von Hydratzellulose enthält, Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g Polyvinylalkoholfasern 23,3 g (70 Masseprozent) amphotere Hydratzellulosefasern, erhalten durch Behandlung mit einem Gemisch von Triäthanolamin und Epichlorhydrin und anschließende Oxydation, ein.
Das erhaltene Material ist ein amphoterer Ionenaustauscher. Die statische Äustauschkapazität nach der O,ln-Lösung von Calciumchlorid beträgt 1,2 bis 1,3 mval/gundnachder 0,1n-Lösung von Salzsäure 1,8 bis 2,0 mval/g.
Die scheinbare Dichte des Materials, die 150 bis 190 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebs unverändert.
Beispiel 23. Poröses reaktionsfähiges Material, welches 50 Schaumpolyurethan und 50 % amphotere Ionenaustauscherfasern auf der Basis von Polyolefinfasern enthält.
Des Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 12 beschriebenen, man bringt jedoch statt 10 g Polyvinylchloridfasern 10 g (50 Masseprozent) amphotere Polypropylenfasern ein, die Anino- und Carboxylgruppen enthalten.
Das erhaltene Material ist ein amphoterer Ionenaustauscher.
Die statische Austauschkapazität nach der O,ln-Lösung von Salzsäure beträgt 0,9 bis 1,0 mval/g-und nach der O'1n-Lösung von Alkali 1s3 bis 1,5 mval/g.
Beispiel 24. Poröses,reaktionsfäniges Material, welches 30 % ßchaumpolyvinylSormal und 70 % komplexbildende Fasern auf der Basis der Polyacrylnitrilfasern enthält.
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g Ionenaustauscherfasern 23,3 g(70 Masseprozenti) phosphorhaltige Polyacrylnitril fasern ein.
Das erhaltene Material besitzt komplexbildende Eigenschaften gegenuber einigen Elementen (Kupfer, Kobalt, Zinn, Nickel).
Beispiel 25. Poröses, reakt ionsfähiges aterial, welches 30 % Schaumpolyvinylformal und 70 70 komplexbildende Lasern auf der Basis der Hydratzellulosefasern enthält.
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g Ionenaustauscherfasern 23,3 g (70 Masseprozent) Zellulosepfropfcopolymerisat ein, welches Uhioamidgruppen enthält.
Die erhaltenen Materialien besitzen komplexbildende Eigenschaften gegenüber den Edelmetall- und Quecksilberionen in sauren Lösungen.
Beispiel 26. Poröses,reaktionsfähiges Material, welches 40 % Schaumpolyurethan und 60 7o komplexbildende Fasern auf der Basis von Polyvinylalkoholfasern enthält.
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 12 beschriebenen,man bringt jedoch statt 10 g Ionenaustauscherfasern 15 g (60 Masseprozent) mit Maleindialdehyd vernetzte und mit Äthylenimin aminoäthylierte Polyvinylalkoholfasern ein.
Die erhaltenen Materialien besitzen komplexbildende Eigenschaften gegenüber den Kationen der Metalle wechselnder Wertigkeit.
Beispiel 27. Poröses ,reaktionsfähiges Material, welches 90 % Schaumpolyurethan und 10 X komplexbildende Fasern auf der Basis von Hydratzellulosefasern enthält.
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 12 beschriebenen, man bringt jedoch statt 10 g Ionenaustauscherfasern 1,1 g (10 Masseprozent) phosphorylierte Hydratzellulosefasern ein.
Die erhaltenen Ihaterialien besitzen komplexbildende Eigenschaften gegenüber dem Arsen, Molybdän, Wolfram, Germanium und anderen.
Beispiel 28. Poröses , reaktionsfähiges Material, welches 40 70 carboxylgruppenhaltige Ionenaustauscherfasen, 20 % phosphorylierte komplexbildende Fasern auf der Basis von Hydratzellulosefasern und 40 % Schaumpolyurethan enthält.
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 12 beschriebenen, man bringt jedoch statt 10 g Ionenaustauschfasern 6,6 g (40 Masseprozent) Ionenaustauschfasern und 2,5 g (20 Masseprozent) komplexbildende Fasern auf der Basis von E2-dratzellulosefasern ein.
Das erhaltene Material weist eine Austauschkapazität nach der O,ln-Lösung von Kalziumchlorid von 4,1 mval/g auf. Die scheinbare Dichte des Materials, welche 190 kg/m3 beträgt, bleibt QJElrend des Betriebes unverändert.
Beispiel 29. Poröses1reaktionsfähiges Material, welches 40 % Schaumpolyvinylformal, 30 % Ionenaustauscherfasern und 30 ffi komplexbildende Fasern auf der Basis von Polyac.rylnitrilfasern enthält.
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 80 % Ionenaustauschfasern 30.% Polyacrylnitrilionanaustauschfasern und 30 % komplexbildende Fasern auf der Basis von phosphorhaltigen Polyacrylnitrilfasern ein.
Das erhaltene Material weist eine Austauschkapazität nach der O,ln-Lösung von Calciumchlorid von 6,4 mval/g auf. Die scheinbare Dichte des Materials, welche 185 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.

Claims

Patentansprüche Aus einer polymeren Grundlage und einem reaktionsfähigen Füllstoff bestehendes poröses, offenzelliges, füllstoffhaltiges, reaktionsfähiges Material, d a d u r c h g e -kennzeichnet , daß als polymere Grundlage Schaumpolyvinylformal oder Schaumpolyurethan vorliegt und als reaktionsfähiger Füllstoff zerkleinerte Ionenaustauscherfasern und/oder komplexbildende Fasern bei einem Gehalt an Fasern von 10 bis 80 %, bezogen auf die Masse des fertigen Materials.
2. Poröses, offenzelliges, füllstoffhaltiges, reaktionsfähiges Material nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Gehalt an reaktionsfähigen Fasern von 50 bis 70 %, bezogen auf die Masse des fertigen Materials, beträgt.
3. Poröses, offenzelliges, füllstoffhaltiges, reaktionsfähiges Material nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß als reaktionsfähige Ionenaustauscherfasern stark- und schwachsaure, stark- und schwachbasische Ionenaustauscher oder Polyampholyte auf der Basis von Folyvinylalkohol-, Polyacryl-, Hydratzellulose-, Phenolaldehyd-, Polyolefin-, Polyvinylhalogenidfasern vorliegen.
4. Poröses, offenzelliges, füllstoffhaltiges, reaktionsfähiges Material nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß als komplexbildende Fasern Fasern auf der Basis von Polyacryl-, Polyvinylalkohol-, Hydratzellulosepolymeren vorliegen.