DE2333068A1 - Verfahren zur herstellung neuer pulverfoermiger zeolithischer molekularsiebe und verwendung - Google Patents
Verfahren zur herstellung neuer pulverfoermiger zeolithischer molekularsiebe und verwendungInfo
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Description
DEUTSCHE GOLD- UiID SILBER-SCHEIDZAIiSTALT VOfUiALS ROESSLER
6000 - Frankfurt am Main, Weißfrauenstr. 9
"Verfahren zur Herstellung neuer pulverförmiger zeolithischor Holokularsiebe und Verwendung."
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung verbesserter
pulverförmiger zeolithischer Molekularsiebe auf Basis hydratwasserhaltiger kristalliner Alumosilikate durch
hydrothermale Kristallisation einer Alumosilicat/Wasser-Synthesemischung, das Verfahrensprodukt und seine Verwendung.
Zeolithische Molekularsiebe mit ihren besonderen Eigenschaften für Ionenaustausch und Adsorption sind schon seit langem bekannt.
Ihre Synthese beruht darauf, daß eine Synthesemischung mit den Komponenten a Na2Ox b Al2O3 χ c SiO2 .auf Temperaturen zwischen
50 und 3000C erhitzt wird. Je nach Zusammensetzung der Ausgangsmischung,
Reaktionstemperatur und Reaktionszeit werden Verbindungen der allgemeinen Formel ITa Al Siv^2fx+v)" n ^2 ^ ernal"ken»
die aufgrund ihrer Röntgenspektren unterscheidbar sind. Natrium kann bei diesen Synthesen durch andere ein- oder zweiwertige
Ionen ersetzt werden. So gibt z.B. die deutsche Patentschrift 1 058 017 ein Verfahren zur Herstellung des Molekularsiebs A mit
der Summenformel 1,0 + 0,2 Mp/ 0 i Al2O3 : 1,85+0,5 SiO2 S Y H2O
an, worin M ein Metallkation, η seine Wertigkeit und Y einen Viert bis zu 6 bedeutet. Diesem und allen anderen bekannten Verfahren
ist gemeinsam, daß bei der Synthese Kristalle erhalten werden, welche einen mittleren Durchmesser von mehr als 2 /U besitzen.
Für die Anwendung als Adsorptionsmittel, Katalysatorträger oder Ionenaustauscher v/erden die Molekularsiebe mit einem geeigneten
Bindemittel in Formkörper überführt. Die Herstellung der Formkörper
bedeutet einen großen technischen Aufwand bei gleichzeitie^
Verringerung der Wirkung infolge des Bindemittelanteils. Auch wird durch die langen Diffusionswege die Reaktionsgeschwindigkeit
stark verlangsamt, was die Trocknung organischer Flüssigkeiten umständlich macht. Weiterhin muß zum Beispiel beim Entfernen
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von Metallen bsw. radioaktiven Metallen aus Zu- und Abwässern
Ionenaustausch und Fällung getrennt v/erden. Es ist deshalb sinnvoll, bei solchen Anwendungen^pulverförmiges Molekularsieb
einzusetzen. Auch in Lacken wird nur Molekularsiebpulver eingesetzt.
Die nach den bisherigen Verfahren herstellbare Molekularsiebe sind jedoch durchweg nicht geeignet. Die in den Pulvern enthaltenden
Kristalle führen dazu, daß sich die Molekularsiebe in Leitungen absetzen und zu Verstopfungen führen. Auch wirken diese
Kristalle abrasiv und zerstören Pumpen und Lager. Bei der Verwendung in Lacken erhält man eine rauhe Lackoberfleiche. Bei Zerkleinerung dieser Molekularsiebe durch Kahlen läßt ihre Aktivität
deutlich nach.
Zweck der Erfindung ist es, ein Molekularsiebpulver zu synthetisieren,
welches eine quasi-stabile Suspension ergibt und nur langsam sediment-iert, die Gefahr des Verschleißes an Geräten vormindert
und ohne weitere Behandlung in Lacke eingearbeitet werden kann.
Ueberraschenderweise wurde nun gefunden, daß man pulverfö'mige
zeolithische Kolekularsiebe auf Basis hydratwasserhaltiger
kristalliner Alumosilicate durch hydrothermale Kristallisation
einer Alumosilicat/Wasser-Syntheseaiischuiig erhalten kann, welche
die gewünschten Eigenschaften und vor allem ungeminderte Aktivität
aufweisen, in dem man bei und/oder nach Bereitung der Synthesemischung
und/oder während der Kristallisation Scherkräfte zur Erzielung eines unter 2/U, vorzugsweise 1/U liegenden m.ittleren
Teilchendurchmessers der Kristalle des Molekularsiebs einwirken läßt.
Zur Bereitung der Synthesemischung kann z.B. Natr.iumaluHii.nat mit
Kieselsäure (SiO2.) euragesetzt werden. Natriiimaluininat wird z.B.
durch Reaktion von Al2O5 und NaOH erhalten. Als Xieselsäurequelle
können neben Wasserglas auch Kieselsäuresol, Kieselgel, gefällte
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Kieselsäure oder auch Alkalis.llikate eingesetzt werden.
Das Verfahren ist an sich veder auf bestimmte Rohstoffe noch
auf bestimmte Mischungsverhältnisse derselben beschränkt.
Zur Erzeugung der Scherkräfte können Apparate, wie der Ultra Turrax und der Dispax-Reactor der Firma JAIDTEE f. lüHTICEI
oder die Hischsirene der Firma KOTTHOFF dienen. Auch spezielle Rührertypen (Turborührer ο.Γι.) oder Kreiselpumpen sind geeignet.
Es handelt sich bei diesen Geräten ausschließlich um solche mit hoher Scherwirkung.
Am günstigsten ist es, die Scherkräfte schon bei Bereitung der der Synthesemischung, s.B. durch Vereinigen von wäßriger Natriun;-aIuminatlösung
und Wasserglas oder von. erstgenannter Lösung mit
Kieselsäuresol, einwirken zu lassen. Hierbei ist unerheblich,
ob die Aluminatlauge zum Wasserglas bzw. Kieselsäuresol, das
Wasserglas bzw. Kieselsäuresol zur Aluminatlauge oder beide Reaktanten gleichzeitig in das Reaktionsgefäß eingeführt werden.
Auch noch sehr günstig wirkt sich die Scherung nach Bereitung der Synthesemischung aus.
Gute Erfolge erhält man schließlich weiterhin, wenn bei oder nach Bereitung der Synthesemischung während des Scherens etwas
erwärmt wird. Zweckmäßig werden Temperaturen zwischen 25 und 800C, vorzugsweise 30 - 600C angewandt.
Schließlich kann auch die Scherung während der Kristallisation zu verbesserten pulverförmigen Molekularsieben führen. Hierbei
wirken die Scherkräfte auf die im Wachstum befindlichen Kristalle ein. Die Kristallisation wird üblicherweise bei Temperaturen
zwischen 60 und 3000C, vorzugsweise zwischen 00 und 2400C durch-'
geführt, so daß die Scherung bei dieser Temperatur stattfindet.
Bei geeigneter Auswahl der Reaktionsparameter, wie Temperatur, Seit und Mischungszusammensetzung werden ebenfalls Kristalle von
weniger als 2 /U mittlerem Durdiraesser erhalten.
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Alle geschilderten Maßnaluncn können einsein odor auch in
Korabination angewendet v/erden, um die gewünschte 7/lrkung
zu erzielen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf alle Molekularsiebtypen anwendbar.
Gegenstand der Erfindung sind auch die nach dein erfindungcgeraäpcn
Verfahren zugänglich gemachten Molekularsiebe mit einem mittleren Teilchendurchraesser von<
2/U, vorzugsweise
Ein spezieller Gegenstand der Erfindung liegt in der Verwendung der erfindungsgemäßen Molekularsiebe als Ionenaustauscher,
welche s.B. bei der Viasserenthärtung die Wirkung bekannter
Phosphatenthärter übertreffen, quasi-stabile Suspensionen
ermöglichen und kaum Verschleiß an Geräten, z.B. Viaschina schinen
verursachen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen zur Herstellung
des erfindungsgemäßen Produkts und seiner Verwendung
näher erläutert.
Zu 110 1 Wasserglas, bestehend aus 8 Gew.£ ITa2O, 26 Gew.?·SiO2
und 66 Gew.£ Wasser werden im Verlauf einer Stunde 816 1 liatriumaluminatlösung mit einem Gehalt von 8,1 Gew.^ Na2O und
4,8 Gew.55 Al2O5 zugegeben. Während dieser Zeit wird die vorgelegte
Lösung mit einem Ultra-Turrax der Firma JAHNKE <». KUNKEL
heftig- gerührt (ca. 3000 UPM). Danach wird die Mischung 10 h auf 95°C erhitzt, filtriert und auf pH 10,5 gewaschen. Das erhaltene
Molekularsieb vom Typ A hat, elektronenoptisch bestimmt, einen mittleren Kristalldurchmesser von weniger als l/u.
1 kg dieses Molekularsiebpulvers wird in einem Reagenzglas in
10 ml ttasser dispergiert. Hach 20 Minuten Stehen haben sich
II55 dieser Menge am Boden abgesetzt.
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Wird eine Synthesemischung derselben Zusammensetzung ohne
Rührung mit einem Ultra-Turrax bereitet und sonnt gleich
behandelt, so erhält nan ein Holclrularsieb, das nach der
oben angegebenen Zeit und Methode bereits zu 53/S abgesetzt
ist.
Aus den in Beispiel 1 genannten Komponenten und Mengen wird unter schwachem Rühren mit einem Balkenrührer eine Sjoithesemischung
bereitet. Danach wird diese Mischung mit einer Kreiselpumpe mit einer leistung von 10 ms/h umgepunpt. An*? : _--·
schließend wird die Mischung 6 Stunden auf 95°C erhitzt, filV: ■s:
triert und getrocknet. Das nach dem Verfahren in Beispiel 1 be-r
stimmte Sedimentationsvoluiaen beträgt in diesem Falle 9$ der
Ausgangsmenge.
Aus NatriumaluEiinat und Kieselsäuresol wird eine Mischung
bereitet, die 50 Mol Al2O3, 65 Mol SiO2, 150 Mol ITa2O und
5000 Mol H2O enthält. Während des Mischvorganges und 10 Stunden
nach Beendigung desselben v/ird die Mischung bei Zimmertemperatur insgesamt 10 Stunden lang über einen Dispax-Reactor umgepurapt.
Danach wird 6 Stunden auf 900C erhitst, filtriert und auf pH
gewaschen. Die erhaltenen Molekulc.rsiebkristalle· haben eine
maximale Kristallgröße von 0,5 /u. Die Sedimentationsmenge
beträgt, analog su Beispiel 1 bestimmt, 6?o.
Zu einer Aluminatlauge wird eine feinteilige Kieselsäure zugegeben
und eine Mischung mit den molaren Verhältnissen ITa2O : SiO2 =2,3; SiO2 : Al2O3 =1,3 und H2O : ITa2O = 33
hergestellt. Die Uischung v/ird starken Scherkräften mit einer
Mischsirene der Pirma Kotthoff ausgesetzt, während sie 12 Stunden bei 95°C kristallisiert. Die erhaltenen XSrlstalle haben
einen Durchmesser von weniger als 1 /U. Die Sedimentationsmenge
beträgt, analog su Beispiel 1 bestimmt,
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Beicpiel^ 5
Analog zu Beispiel 4 wird irine Syüthesc?ii.i?chur!?: hergestellt,
Während der Zugabe der fei nur "i i^on Kieselsäure« die er-m
1 Stunde dauert, wird die Mischung mit einer Misehiiirerie der
Pa. Kotthoff gerührt. Die Einwirkung dor Scherkraft.:. folgt
ununterbrochen "bis Kur BeenSIsanc ei sr Ixilptallisation nach
10 Stunden.
Analog zu Beispiel 1 wird die Sediraentationsmenge bestimmt*
Sie betragt in diesem Falle 10$.
Zu 1 Liter "Wasser mit einer deutsch on Härte von 16° wird 1 g
bei 120° getrocknetes Zeolithpulver aus dem Beispiel 5 sugesetzt Tind 1 Stunde unter Rühren einwirken gelassen, Danach
wird abfiltriert und in der wässrigen Phase die Resthärte berstimmt. Die Härte beträgt nui* noch 1.95° deutscher Härte.
Zu 218 1 einer ITatriumaluminatlauge, die 370 g/l ITa2O und 260
g/l Al2O3 enthält, werden 240 1 Vasser gegeben. Daneben v/ird aus
110 1 Wasserglas, das 8# Na2O und 26 fi SiO2 enthält, und 349
1 Wasser eine zweite Lösung bereitet. Die beiden Lösungen werden gleichzeitig in einen Behälter gepumpt, der mit einem Turborührer ausgestattet ist. Nach der Mischung unter ständigem
Rühren wird die Reaktionsmischung 20 Stunden lang auf 500C
gehalten. Während dieser Zeit wird gerührt. Danach wird 4 Stunden auf 95° C erhitzt. Hierbei werden keine.Kristalle gebildet,
die größer als 2yu sind.
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Claims (4)
- PatentansprücheVerfahren cur Herstellung verbesserter pulverförmiger seolithischer Molekularsiebe auf Basis hydratwasserhaltiger kristalliner Alumosilikat.e durch hydrothermale Kristallisation einer Alumosilicat/Vfasser-Synthesemischung, dadurch gekennzeichnet, daß man bei und/oder nach Bereitung der Synchecemischung und/oder während der Kristallisation Scherkräfte zur Erzielung eines unter 2/U, vorzugsweise 1 .u liegenden mittleren Teilchendurchmessers der Kristalle des Molekularsiebs einwirken läßt.
- 2.- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Synthesemischung vor der Kristallisation bei Temperaturen zwischen 25 und 800C, vorzugsweise zwischen 30 und 600C dem Einfluß von Scherkräften ausgesetzt wird.
- 3. Pulverförmige zeolithische Molekularsiebe auf Basis hydratwasserhaltiger kristalliner Alumosilikate, gekennzeichnet durch ©inen mittleren Te innendurchmesser von<2./u, vorsugsv/eise 1 ,u. ·
- 4. Verwendung der Molekularsiebe nach Anspruch 3 als Ionenaustauscher, z.B. zur Wasserenthärtung.PL/Dr.Kr-IS
1.6.19733165509812/0890
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