<Desc/Clms Page number 1>
BRUXELLES "PROCEDE DE PREPARATION DE SUBSTANCES D'ECHANGE DE CATIONS ET SUBSTANCES OBTENUES PAR ABDICATION DE CE PROCEDE". -
La présente invention se réfère aux substances permettant l'éohange des oationa en général.
On sait que certaines matières, oonvenablement chargées au préalable, ont la propriété de retenir les bases des solutions aveo lesquelles on les met en contact, en libérant en éohange une autre base; de telles matières permettent ainsi, par exemple, de transformer les sels de chaux d'une eau dure en sels de soude.
Plus réoemment l'on a découvert d'autres substances permettant non seulement l'éohange des bases entre elles, mais encore l'échan-
<Desc/Clms Page number 2>
ge d'une base contre de l'hydrogène. Grâoe à de telles substances, il est possible de débarrasser entièrement une solution des métaux des sels qu'elle peut renfermer en ne laissant subsister que les acides qu'il est ensuite facile d'éliminer, par exemple par fixation sur des matières à caractère basique ne donnant pas lieu à formation de composés solubles et susceptibles d'être régénérées après usage (substances d'échange d'anions).
Les substances d'éohange de oationa sont en général obtenues à partir de matières hydrooarbonées comme le liège, le bois, la paille ou autres dérivés cellulosiques, le oharbon de bois, la tourbe, le lignite, la houille, l'anthracite, les cokes obtenus à basse température, la poix, le goudron, le sucre, la dextrine et en général tous les composés organiques oarbonisables ou renfermant des composants susceptibles d'être carbonisés,qu'il s'agisse de composés naturels ou de composés de synthèse.
Ces matières sont traitées à chaud par un acide fort ayant des propriétés oxydantes, tel que l'acide sulfurique, de préférence employé à l'état concentré, l'acide ohlorosulfurique, ou encore par un agent équivalent, tel que l'anhydride sulfurique ou l'anhydride phosphorique.
La réaction se traduit par une oxydation de la matière et une réduction du réactif, mais en outre il se produit des phénomènes de sulfonation, estérification, ou autres actions chimiques, dépendant des conditions de température, proportions et concentrations, de telle sorte que les produits finalement obtenue sont des substan- ces insolubles, de plus ou moins grande dureté, qui se prêtent parfaitement à l'échange non seulement des ions métalliques, mais aussi de l'hydrogène, o'est-à-dire des oations en général, ces substances pouvant être régénérées après usage par des solutions appropriées de sels ou d'acides.
Ces substances peuvent être incorporéea à des matières de support, de façon à se présenter sono
<Desc/Clms Page number 3>
forme de graine dura, quand leur dureté propre est insuffisante, la matière de support pouvant être inaotive ou au oontraire présenter elle aussi à un oertain degré les propriétés d'échange désirées.
Le procédé formant l'objet de la présente invention permet d'obtenir des substances du genre en question présentant un bien plus grand pouvoir d'éohange que celles déjà connues. Ce procédé consiste essentiellement à oombiner l'action de l'acide ou équi- valent sur la matière carbonée avec celle d'un agent oxydant ou d'un agent jouant le rôle de catalyseur pour les phénomènes d'oxydation.
Comme agent oxydant l'on peut utiliser tous ceux qui ne donnent pas lieu avec l'aoide employé (par exemple l'acide sulfu- a rique concentré )/une réaotion susceptible de nuire à la réaction principale désirée. On peut oiter par exemple l'acide ohromique, le permanganate, les persulfates, l'acide azotique, etc... Comme catalyseurs d'oxydation l'on peut employer les sels de ohrome, d'aluminium, de manganèse, de oobalt, de niokel, de fer etc... utilisés de préférence sous forme anhydre pour éviter une dilution Inutile des réaotifs et au contraire tirer avantage des propriétés deahydratantea plus ou moins prononcées de ces substances.
Il est d'ailleurs à noter que certains corps peuvent jouer les deux rôles simultanément. Ainsi le permanganate de potassium est un oxydant et l'acide sulfurique le transforme en sulfate de potassium qui est un catalyseur d'oxydation pour l'acide sulfuri- que. Il va d'autre part sans dire que l'on peut employer en com- binaison des agents oxydants et des catalyseurs.
Il doit être entendu qu'on ne sortirait pas non plus du pro- cédé objet de l'invention en faisant agir les agents oxydants ou catalyseurs d'oxydation sur la matière carbonée avant ou après
<Desc/Clms Page number 4>
traitement de oelle-oi par l'aoide sulfurique ou autre.
Les substances d'échange obtenues suivant l'invention présentent un pouvoir d'échange supérieur de 20 % à 40 % à celui des substances obtenues à partir des mêmes matières carbonées traitées par le même acide. Ainsi, par exemple, si l'on fait agir sur du lignite en granules un mélange de 170 om3 d'acide sulfurique concentré et de 20 om 3 d'acide azotique concentré, on obtient une substance d'échange dont le pouvoir atteint 8 g, de Ca O par litre. Le même lignite, traité par l'acide sulfurique concentre seul, donne une substance dont le pouvoir d'échange est d'environ 5 g. de Ca 0 par litre seulement. Si au lieu d'acide azotique on utilise de l'aoide ohromique, le pouvoir d'échange de la substance obtenue est de 7 g. Aveo le persulfate, ce pouvoir atteint 9 g.
On obtient des résultats équivalents en utilisant le ohlorure de ohrome, le chlorure d'aluminium et les autres sels oités plue haut. Bien entendu, d'ailleurs, les chiffrée sus-indiqués ne sont donnés qu'à titre d'indications et peuvent varier suivant la matière première choisie et les conditions de la réaction (durée, température, concentration, etc...).
Le traitement peut se faire en préparant à part le mélange d'acide fort et d'agent oxydant ou catalyseur, puis en y introduisant la matière carbonée et en laissant s'opérer la réaction spontanée, quitte à chauffer pour prolonger et compléter celle-ci.
Dans les exemples précités, on avait opéré sans chauffage et il est à noter qu'en chauffant l'on aurait certainement obtenu une substance à pouvoir d'éohange encore plus élevé.
Le traitement peut encore se faire en mélangeant d'abord la matière carbonée avec l'agent oxydant ou catalyseur choisi, puis en traitant ensuite l'ensemble par l'acide sulfurique concentré ou autre. Inversement l'on peut avoir avantage à traiter séparé-
<Desc/Clms Page number 5>
ment le produit de réaction de l'acide sulfurique ou équivalent par un agent oxydant approprié en vue d'améliorer le pouvoir d'éohange.
A titre d'exemples complémentaires on indiquera ci-dessous quelques modes opératoires déterminés: 1 / On traite du lignite en grains par un mélange d'acide sulfurique b, 93 % (acide concentré à 66 Beaumé) et de bioxyde de manganèse (la proportion de bioxyde étant d'environ 1 % du poida du mélange). La réaotion s'opère en 6 heures à une température de 150 C. Dans ce cas, le bioxyde de manganèse est un oxydant et le sulfate de manganèse qui prend naissance est un catalyseur.
2 / On mélange du lignite en graina aveo une solution de ohlorure ferrique et on sèche à 110 C eans laver, Le produit sec est mélangé intimement avec de l'aoide sulfurique concentré et on laisse la réaotion s'opérer d'elle-même en 12 heures sans chauffer.
3 / On traite du lignite en grains par de l'acide sulfurique concentré additionné d'environ 1 % de sulfate d'alumine (alun commercial). On laisse la réaotion se faire d'elle-même pendant 12 heures.
Comme il va de soi et ainsi d'ailleurs qu'il résulte des explications qui précèdent, l'invention n'englobe pas seulement le procédé déorit de préparation de substances d'échange, mais ' encore, et oelà à titre de produite industriels nouveaux, les substances d'échange ainsi préparées, qu'elles servent à éohanger des bases métalliques entre elles ou à échanger celles-ci aveo de l'hydrogène.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
<Desc / Clms Page number 1>
BRUSSELS "PROCESS FOR THE PREPARATION OF CATION EXCHANGE SUBSTANCES AND SUBSTANCES OBTAINED BY ABDICATION OF THIS PROCESS". -
The present invention relates to substances allowing the exchange of oationa in general.
We know that certain materials, suitably loaded beforehand, have the property of retaining the bases of the solutions with which they are brought into contact, while freeing in exchange another base; such materials thus make it possible, for example, to convert the lime salts of hard water into soda salts.
More recently, other substances have been discovered which allow not only the exchange of bases with each other, but also the exchange of bases.
<Desc / Clms Page number 2>
ge of a base against hydrogen. Thanks to such substances, it is possible to completely rid a solution of the metals of the salts which it may contain, leaving only the acids which can then be easily removed, for example by fixing to substances of a basic character. not giving rise to the formation of soluble compounds and capable of being regenerated after use (anion exchange substances).
The oationa exchange substances are generally obtained from hydro-carbonaceous materials such as cork, wood, straw or other cellulose derivatives, charcoal, peat, lignite, coal, anthracite, cokes obtained at low temperature, pitch, tar, sugar, dextrin and in general all organic compounds oarbonisable or containing components capable of being carbonized, whether they are natural compounds or synthetic compounds.
These materials are hot-treated with a strong acid having oxidizing properties, such as sulfuric acid, preferably employed in the concentrated state, ohlorosulfuric acid, or else with an equivalent agent, such as sulfuric anhydride or phosphorus pentoxide.
The reaction results in an oxidation of the material and a reduction of the reagent, but in addition there are phenomena of sulfonation, esterification, or other chemical actions, depending on the conditions of temperature, proportions and concentrations, so that the products finally obtained are insoluble substances, of varying degrees of hardness, which lend themselves perfectly to the exchange not only of metal ions, but also of hydrogen, that is to say oations in general, these substances which can be regenerated after use by suitable solutions of salts or acids.
These substances can be incorporated into carrier materials, so as to appear sono
<Desc / Clms Page number 3>
seed form dura, when their inherent hardness is insufficient, the support material being able to be inaotive or on the contrary also to present to some degree the desired exchange properties.
The process forming the object of the present invention makes it possible to obtain substances of the type in question having a much greater power of exchange than those already known. This process consists essentially in combining the action of the acid or equivalent on the carbonaceous material with that of an oxidizing agent or of an agent acting as a catalyst for the oxidation phenomena.
As oxidizing agent it is possible to use all those which do not give rise, with the aid employed (for example concentrated sulfuric acid), to a reaction liable to adversely affect the desired main reaction. One can oiter for example ohromic acid, permanganate, persulphates, nitrogenous acid, etc ... As oxidation catalysts one can use ohromic, aluminum, manganese, oobalt salts, niokel, iron etc ... preferably used in anhydrous form to avoid unnecessary dilution of reagents and on the contrary take advantage of the more or less pronounced deahydratantea properties of these substances.
It should also be noted that some bodies can play both roles simultaneously. Thus potassium permanganate is an oxidant and sulfuric acid transforms it into potassium sulfate which is an oxidation catalyst for sulfuric acid. It goes without saying, on the other hand, that oxidizing agents and catalysts can be used in combination.
It should be understood that neither would depart from the process which is the subject of the invention by causing the oxidizing agents or oxidation catalysts to act on the carbonaceous material before or after.
<Desc / Clms Page number 4>
treatment of oelle-oi with sulfuric acid or the like.
The exchange substances obtained according to the invention have an exchange power that is 20% to 40% greater than that of the substances obtained from the same carbonaceous materials treated with the same acid. Thus, for example, if one makes act on lignite in granules a mixture of 170 om3 of concentrated sulfuric acid and of 20 om 3 of concentrated nitrogenous acid, one obtains an exchange substance whose power reaches 8 g , of Ca O per liter. The same lignite, treated with concentrated sulfuric acid alone, gives a substance with an exchange power of about 5 g. of Ca 0 per liter only. If instead of nitrogenous acid, ohromic acid is used, the exchange power of the substance obtained is 7 g. Aveo persulfate, this power reaches 9 g.
Equivalent results are obtained using chromium chloride, aluminum chloride and the other higher salts. Of course, moreover, the figures given above are given only as indications and may vary according to the raw material chosen and the reaction conditions (duration, temperature, concentration, etc.).
The treatment can be done by preparing separately the mixture of strong acid and oxidizing agent or catalyst, then introducing the carbonaceous material and allowing the spontaneous reaction to take place, even if it means heating to prolong and complete it. .
In the aforementioned examples, the operation had been carried out without heating and it should be noted that by heating one would certainly have obtained a substance with an even higher exchange power.
The treatment can also be carried out by first mixing the carbonaceous material with the oxidizing agent or catalyst chosen, then by then treating the whole with concentrated sulfuric acid or the like. Conversely, it may be advantageous to treat separately
<Desc / Clms Page number 5>
ment the reaction product of sulfuric acid or equivalent with a suitable oxidizing agent in order to improve the exchange power.
As additional examples, a few specific operating methods will be indicated below: 1 / Lignite grains are treated with a mixture of sulfuric acid b, 93% (concentrated acid at 66 Beaumé) and manganese dioxide (the proportion of dioxide being about 1% of the weight of the mixture). The reaction takes place in 6 hours at a temperature of 150 C. In this case, the manganese dioxide is an oxidant and the manganese sulphate which forms is a catalyst.
2 / Grain lignite is mixed with a ferric chloride solution and dried at 110 C eans washing. The dry product is mixed intimately with concentrated sulfuric acid and the reaction is allowed to take place by itself. 12 hours without heating.
3 / Granulated lignite is treated with concentrated sulfuric acid to which approximately 1% alumina sulfate (commercial alum) has been added. We let the reaction happen by itself for 12 hours.
As it goes without saying and so moreover that it follows from the preceding explanations, the invention does not encompass only the process of preparation of exchange substances, but 'also, and hence as new industrial products , the exchange substances thus prepared, whether they serve to exchange metal bases with one another or to exchange them with hydrogen.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.