DE3108350C2 - Verfahren zur Herstellung von Polyolen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von PolyolenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur elektrochemischen Behandlung (Reduktion) von sauren Zucker lösungen. Das Verfahren der Erfindung erfolgt in zwei gesonderten Stufen, von denen eine jede in einer besonderen elektrolytischen Zelle durchgeführt wird. Die erste Stufe besteht dabei in einer Neutralisation der sauren Zuckerlösungen durch Elektrodialyse und die zweite Stufe besteht in der Reduktion der Zucker zu den entsprechenden Polyolen durch Elektrolyse. Das Verfahren der Erfindung eignet sich insbesondere zur Reduktion von sauren Hydrolysaten, die alde hydische Zucker enthalten.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polyolen durch elektrochemische Behandlung von
sauren Zuckerlösungen, bei dem man die sauren Zuckerlösungen zunächst durch Elektrodialyse in einer
elektrolytischen Zelle mit mindestens einer Ionenaustauschmembran neutralisiert und anschließend die Zukker
elektrochemisch reduziert
Als Ausgangsmaterialien für die Durchführung des erfindungsgemäßen \ erfahrene eignen sich speziell saure
Hydrolysate, welche aldehydische Zucker enthalten, insbesondere Xylose und/oder Glucose enthaltende
saure Hydrolysate von Hemicellulosefraktionen von pflanzlichen Holzteilen.
Die Herstellung von Polyolen durch elektrochemische Behandlung von sauren Zuckerlösungen ist bekannt,
z. B. aus der FR-PS 23 56 744. Bei dem aus dieser Patentschrift bekannten Verfahren werden saure Hydrolysate
durch Elektrodialyse in einer e'.ektrolytischen Zelle odnr einem Elektrolysebehälter mit mindestens
einer Ionenaustauschmembran zunächst neutralisiert, worauf die im Hydrolysat vorhandenen Zucker auf elektrochemischem
Wege zu Polyolen reduziert werden. Als Kathodenmateriaiien dienen Metalle mit einer vergleichsweise
großen Wasserstoff-Überspannung.
Es ist ferner bekannt, z. B. aus F. Beck. »Elektroorganische
Chemie«. Verlag Chemie 1974, S. 346. eine Entmineralisierung wäßriger Lösungen durch Elektrodialyse
in Vielkammerzellen durchzuführen. Es ist ferner allgemein bekannt, im Rahmen elektrolytischer Verfphren
als Kathodenmaterialien Metalle mit kleiner Wascerstoff-Überspannung wie Nickel und Platin, einzusetzen.
Aufgabe der Erfindung ist es. das aus der FR-PS 23 56 744 bekannte Verfahren zur Herstellung von Poiyolen
durch elektrochemische Behandlung von sauren Zuckerlösungen dahingehend zu verbessern, daß höhere
Ausbeuten an Polyolen erzielt werden.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß man die Behandlung
in zwei voneinander getrennten Stufen in zwei Zellen durchführt, wobei man die itweite Stufe in einer
Zelle mit einer Kathode mit schwacher Wasserstoff-Überspannung durchführt, die durch gemeinsame elektrolytische
Abscheidung einer Nickelzinklegierung auf einem Nickelträger und chemische Entfernung von Zink
aus der Abscheidung erhalten worden ist.
Beim Verfahren der Erfindung arbeitet man somit anstatt wie bisher mit Kathodenmaterialien mit einer
vergleichsweise großen Wasserstoff-Überspannung mit einer Kathode mit einer schwachen Wasserstoff-Überspannung,
wobei man die Verwendbarkeit dieser Kathode, die in einem saurem Milieu eine vergleichsweise
geringe Beständigkeit hat, dadurch erreicht, daß man
das Verfahren in zwei voneinander getrennten Stufen durchführt die in entsprechenden, voneinander zu unterscheidenden
Elektrolysezellen oder Elektrolysebehältern durchgeführt werden.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren eignet sich eine Vorrichtung mit einer ersten elektrolytischen
Zelle oder einem ersten elektrolytischen Behälter, ausgerüstet mit einer Reihe von aufeinanderfolgenden
anionischen und kationischen Austauschmembranen, in der bzw. in dem die erste Stufe der Neutralisation erfolgt
und mit einer zweiten elektrolytischen 7»lle oder einem zweiten Elektrolysebehälter, die bzw. oer unterteilt
ist durch eine einzelne Anionenaustauschmembran, wobei in dieser Zelle bzw. in diesem Behälter die zweite
Stufe der Reduktion der Zucker erfolgt, wobei *ede der
beiden Zellen bzw. Behälter außerdem ein Elektrodenpaar aufweist, das an eine elektrische Gleichstromquelle
angeschlossen ist.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung.
Erfindungsgemäß erfolgt somit in einem ersten Zeitabschnitt die elektrochemische Neutralisation eines
sauren Hydrolysates mit dem oder den Zuckern in einer Elektrodialysezelle oder einem Elektrodialysebehälter.
Da das elektrolytische Milieu sauer ist, können die Elektrodenmaterialien aus solchen Materialien ausgewähl!
werden, welche einen chemischen Abbau in der Elektrodialyse oder dem Elektrodialyseur zu widerstehen vermögen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die Anoden und Kathoden beispielsweise
aus einem Ruthenium enthaltenden Titan oder einem Einschlüsse von Rutheniumatomen enthaltenden
Titan bestehen. Da die Neutralisation des Hydrolysates in einer speziellen Elektrolysezelle oder einem speziellen
Elektrolyseur erfolgt, ist es möglich, eine Elektrodialysezelle zu verwenden, die mehrere Membranen aufweist.
Eine solche Zelle ist dabei in vorteilhafter Weise durch eine Reihe von lonenaustauschmembranen, die in
altenierender Weise aufeinanderfolgen, d. h. wobei in alternierender auf eine anionische Membran eine kationische
Membran folgt, unterteilt. Dabei ist in vorteilhafter Weise eine Anode oberhalb des einen Endes dieser
Reihe von Membranen angeordnet und die Kathode ist unterhalb des anderen Endes angeordnet. Unter dem
Einfluß des elektrischen Feldes, erzeugt durch Anlegen einer Spannung an die Elektroden mit Hilfe einer
Gleichstromquelle erfolgt eine Wanderung der Ionen durch die Membranen, wobei die Kationen H+ in Richtung
der Kathode wandern und wobei im Falle von schwefelsauren Lösungen die Antonen SO4~ in Richtung
Anode wandern. Dieses Verfahren wird so lange durchgeführt, bis eine vollständige Trennung von
Schwefelsäure und der Zucker enthaltenden Lösung erfolgt ist, welche eine Neutralität erreicht hat. Im Vergleich
zu einer Zelle, die keine anionische Membran aufweist wie diese Zelle, in welcher die folgende Stufe
durchgeführt wird, beruht der Vorteil dieser Verbesse-
rung in einer wesentlich verbesserten Ökonomie und verbesserten Rentabilität durch Wiedergewinnung der
Schwefelsäure.
Nachdem das Hydrolysat neutralisiert worden ist,
Nachdem das Hydrolysat neutralisiert worden ist,
kann die zweite Stufe des Verfahrens durchgeführt werden, die in der Reduktion der Zucker zu entsprechenden
Polyolen in einer zweiten Elektrolysezelle oder in einem zweiten Elekt/olysebehälter besteht, der durch eine anionische
Membran unterteilt ist Da die Kathodenlösung nicht mehr sauer ist, ist es möglich, als Kathoden Elektroden
mit einer schwachen Wasserstoff-Oberspannung zu verwenden, die durch gemeinsame elektrolytische
Abscheidung einer Nickelzinklegierung auf einem Nikkeiträger und chemische Entfernung von Zink aus der
Abscheidung erhalten worden sind. Die Anode der zweiten Zelle oder des zweiten Behälters kann aus einem
Ruthenium enthaltenden Titan bestehen.
Um den Vorteil der Verwendung derartiger Kathoden im Vergleich zu Kathoden mit einer starken Wasserstoff-Überspannung
zu veranschaulichen, kann beispielsweise die Faraday'sche Ausbeute herangezogen werden, die bei den beiden verschiedenen Verfahren
erzielt wird. Im Falle der Reduktion von Xylose zu XyKt
ermöglicht der Durchtritt einer stöchiometrischen Stronirncngc eine Faraday'sche Ausbeute von 70% mit
Kathoden aus aktivem Nickel, wie sie erfindungsgemäß eingesetzt werden, im Gegensatz zu einer Ausbeute von
10% mit Kathoden aus Zink, bei denen es sich um Elektroden mit einer starken Wasserstoff-Überspannung
handelt
Die vorliegende Erfindung ermöglicht im übrigen eine Verminderung der Dauer der elektrochemischen
Neutralisation und eine Verminderung der Energiekosten im Vergleich zur Verwendung einer Zelle mit einer
anionischen Austai^chmembran, wie sie näher in der FR-PS 23 56 744 beschrieben wird.
Das folgende Beispiel soll die Erfindung näher veranschaulichen.
Es wurden die folgenden Ergebnisse erhalten:
| Ausbeute an Sorbit in °/o | nach 48 | |
| Zu Beginn | nach 24 | Stunden*) |
| des | Stunden | |
| Versuchs | ||
Kathode A (gemäß Erfindung) Kathode B
75
35
75
*) ':m Falle der Kathode A wurde 10 lage lang eine konstante
Ausbeute von 75% aufrechterhalten.
Die Elektrolyse erfolgte in beiden Fällen bei 25° C und einer Stromdichte zwischen 1 und 10 A/dm2.
35
Zur Durchführung des Verfahrens wurde ein saures Hydrolysat der folgenden durchschnittlichen Zusammensetzung
verwendet:
| Xylose | 225 g/l |
| Essigsäure | 4 g/l |
| Schwefelsäure | 25 g/l |
| Salze des Natriums | |
| und des Kaliums | 5 s/1 |
45
50
Die Neutralisation dieses Hydrolysates in der ersten Verfahrensstufe erfolgte in einer Zelle mit vier Abteilen,
die von Membranen vom Asahiglastyp abgegrenzt wurden. Die Stromdichte lag bei 6 A/dm2 Elektrode. Die
Spannung pro Membranpaar betrug 1,2 Volt. Die Neutralisation war beendet, wenn die Spannung in der Zelle
anstieg.
Die neutralisierte Lösung wurde dann in der zweiten Verfahrenstufe elektrolytisch reduziert. Zur Gewinnung
von Sorbit wurden zwei Versuche A und B durchgeführt Im ersten Versuch A wurde eine Kathode mit
einer schwachen Wasserstoff-Überspannung, erhalten durch gemeinsame elektrolytische Abscheidung einer
Nickelzinklegierung auf einem Nickelträger und chemische Entfernung von Zink aus der Abscheidung, verwendet.
Im zweiten Versuch B wurde unter ansonsten identischen Bedingungen eine Kathode aus Nickelschwarz (Nickelmohrelektrode) eingesetzt.
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Herstellung von Polyolen durch elektrochemische Behandlung von sauren Zuckerlösungen, bei dem man die sauren Zuckerlösungen zunächst durch Elektrodialyse in einer elektrolytischen Zelle mit mindestens einer Ionenaustauschmembran neutralisiert und anschließend die Zucker elektrochemisch reduziert, dadurch gekennzeichnet, daß man die Behandlung in zwei voneinander getrennten Stufen in zwei Zellen durchführt, wobei man die zweite Stufe in einer Zelle mit einer Kathode mit schwacher Wasserstoff-Oberspannung durchführt, die durch gemeinsame elektrolytische Abscheidung einer Nickelzinklegierung auf einem Nickelträger und chemische Entfernung von Zink aus der Abscheidung erhalten worden ist.
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| FR8005045A FR2477578A1 (fr) | 1980-03-06 | 1980-03-06 | Procede et dispositif de reduction electrochimique de solutions acides de sucres |
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| DE3108350C2 true DE3108350C2 (de) | 1985-05-15 |
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