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Fin Vergleich zwischen I)ialyse und (Jltrafiltration, Elektrodialyse und Elektroultrafiitration.

Von E. H e y m a n n (Frankfurt a .M.) . (Eingegartgen am 20. August1925.)

Zur .Entfernung der Kristalloide aus einer kolloiden L6sung gibt es zwei Methoden, eine direkte, die Dialyse ( G r a h a m ) , und eine in- direkte, die Ultrafiltration (B e c h h o 1 d, Z s i g- m o n d y , Wo. O s t w a l d ) , die ursprfinglich als Mittel zur Trennung der dispersen Phase yore Dispersionsmittel gedacht war; enth~ilt die L6- sung Kristalloide, so werden diese zusammen mit dem Dispersionsmittel aus dem Sol entfernt. Gleichzeitig gestattet die Ultrafiltration eine Kon- zentration des Sols.

M o r s e und P i e r c e , C. Dh6r6 , Wo. Paul i , sp~iter Ru pp el und P rau sn i t z , kombinierten die Dialyse mit der Elektrolyse und der ihr parallel gehenden Elektroosmose, B e c h h o I d und R o- s e n b e r g ersetzten in dieser Kombination die Dialyse durch die Ultrafiltration; so entstanden die Elektrodialyse und Elektroultrafiltration. Beide Methoden gestatten, ionisierte Kristalloide schnell aus einem Sol zu entfernen, wozu bei der Elektro- ultrafiltration noch die M6glichkeit einer Kon- zentration des Sols kommt. Liegen zur Reinigung stark temperatur- und s~ture- oder alkaliempfind- liche Kolloide vor, so ergeben sich infolge der J o u 1 e'schenWarme und der~ Neutralit~itsstSrung" an Membranen (B e t h e und To r o p o f f) gewisse Schwierigkeiten, die Gegenstand yon Unter- suchungen im F r e u n d l i c h ' s c h e n Institut und im Frankfurter Institut ftir Kolloidforschung gewesen sind. Eine Beseitigung dieser Schwierig- keiten ist unter Einhaltung bestimmter Versuchs- bedingungen m6gllch; sie ist um so mehr ge- boten, als die elektrischen Methoden im wesent- lichen f/Jr die Entsalzung von Solen der Bio- kolloide in Frage kommen, da hier eine m6glichst schnelle Verarbeitung dringend ge- boten /st.

Unter der Voraussetzung, dag es gelingt, diese St6rungen auszuschalten, hatii~der Vor- tragende versucht, die Leistungsf~thigkeit der vier oben erw~ihnten Methoden in bezug auf die Geschwindigkeit der Entfernung yon Elektrolyten bzw. Kristalloiden aus einem Sol zu berechnen. Es werden hier nur die wichtigsten Ergebnisse der Berechnung angegehen, die Berechnung selbst und ihre Voraussetzungen und Folge- rungen werden an anderer Stelle (Zeitschr. f. physik. Chem.) ver6ffentlicht.

Unter Zugrundelegung einer idealisierten Apparatur yon bestimmten Dimensionen wurden mit Hilfe des Diffusionsgesetzes, der Pl an c k- schen Stromleitungsgleichung und des F a r a - d ay'schen Gesetzes ffir die einzelnen Methoden charakteristische ,, Geschwindigkeitskonstanten" berechnet, d.h. die Salz- bzw. Kristalloidmenge, die in der Zeiteinheit den Querschnitt der kol- loiddichten Membranen passierte, wenn w~ihrend dieser Zeit die Konzentration an Kristalloiden im

- Sol konstant und gleich der Einheit ware. Setzt man die Geschwindigkeitskonstante ftir die Dia- lyse gleich 1, so erh~ilt man folgende Relativ- zahlen f/Jr die Reinigungsgeschwindigkeit:

Zu entfernendes Kristalloid : Kochsalz Rohrzucker Dialyse : 1 0,3 Ultrafiltration (hydrophobes

Kolloid) 14 14, Ultrafiltration (hydrophiles

Kolloid) 4 4 Elektrodialyse (Spannungsabf.

40Voltpro cm) 168 Elektrodialyse (Spannungsabf.

10Volt pro cm) 42 Elektroultrafiltration

(Spannungsabf. 40Voltprocm) 182 (bzw. 172)

Elektroultrafiltration (Spannungsabf. 10Voltprocm) 56 (bzw. 46)

Die Verhaltnisse verschieben sich noch etwas zugunsten der auf der Ultrafiltration aufgebauten Methoden, wenn man mit der Befreiung yon Kristalloiden eine Konzentration des Soles ein- hergehen l~it~t.

Da beim Versuch nicht die oben skizzierte ideale Anordnung angewandt wird, so k6nnen Abweichungen v o n d e r Berechnung auftreten; das Verh~iltnis der Leistungsf~thigkeit zwischen den einzelnen Methoden wird dadurch nur wenig ge~indert.

Vorstehende Tabelle zeigt die Ueberlegenheit der Ultrafittration fiber die Dialyse; sie ist am gr6t~ten, wenn es sich um die L6sung eines hydrophoben Kolloids handelt und wenn das zu entfernende Kristalloid verh~ltnismg,$ig hoch- molekular ist (M --:- 100--400), also einen kleinen

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Diffusionskoeffizienten besitzt; sie wird kleiner, wenn es sich urn die Reinigung eines hydrophilen Kolloids handelt und die zu entfernenden Kri- stalloide niedrigmolekular sind. Sind letztere in lonen gespalten, so ist die Anwendung der elek- trischen Methoden am Platze, deren Ueberlegen: heit fiber die reine Dialyse und Ultrafiltration etwa 1 - - 2 Zehnerpotenzen betr~igt. Es ergibt sich ferner, dab insbesondere die Elektroultra- filtration vorteilhaft angewandt wird, wenn es sich um die Reinigung der Proteine yon ihren

Abbauprodukten und gl e i c h z e i t i g yon Elektro- lyten handelt.

Ferner konnte u. a. in der Berechnung gezeigt werden, daft bei der Elektrodialyse die durch elektroendosmotische Wasser/iberf/ihrung be- wirkte EntsalZung gegen/iber der durch Elektro- lyse bewirkten nur eine untergeordnete Rolle spielt und dab man zweckm~iBig - - w o r a u f F r e u n d l i c h und F a r m e r L o e b schon hin- wiesen - - f/ir diesen Vorgang die Bezeichnung Elektroosmose fallen l~iBt.

Cleber aktive Rohle. V. Die Bedingungen der flktivierung (verschiedene inaktive und aktive Rohlen).

Von O t t o R u f f und H a n s Backel ) . (Eingegangen a m 30. August 1925.) (Aus dem anorg.-chem. Institut der Techn. Hochschule Breslau.)

w 1. D i e P r o b l e m s t e l l u n g . In den ersten ~beiden und der vierten Arbeit dieser Reihe 2) haben wir versucht, fiber die Wesens- verschiedenheit inaktiver und aktiver Kohlen ins Klare zu kommen. Wir haben in mancherlei Weise inaktive Kohlen in aktive verwandelt, das Adsorptionsverm6gen der aktiven - - vor allem Phenol gegen / ibe r - - bestimmt und die analyti- schen Unterschiede beider Kohlen, soweit dies fiberhaupt m6glich ist, ergrfindet. Das Ergebnis der ersten Arbeit lieB uns vermuten, daB der Sauerstoff-, Wasserstoff- und Stickstoffgehalt der Kohle f/ir die Aktivitat wesentliche Faktoren seien. DaB wir uns in dieser Hinsicht get/iuscht haben, ist in der zweiten und vierten Arbeit dar- gelegt worden. Die Beweisffihrung war eine in der Hauptsache negative, gestfitzt auf das Er- gebnis einer ziemlich umfangreichen analytischen Arbeit; insofern konnte sie noch nicht voll- standig befriedigen. Aber auch die neue Hypo- these, welche die Richtung unserer dritten Arbeit bestimmt hat a), dab die Aktivit/it dutch eine bestimmte Gruppierung yon Kohlenstoff- atomen an der Oberfl~iche veranlat3t werde und dab diese gruppierten Atome f/Jr die Molekfile des Adsorbendums Anziehungszentren sind, be- durfte weiterer Sicherstellung. Zwar gelang es, den Nachweis zu ffihren, dab bei der Adsorption stSchiometrische Verha[tnisse bestehen, wie sie die Oegenwart yon Anziehungszentren erwarten l~iBt; aber die n/ihere Beschaffenheit dieser Zentren blieb unbekannt.

1) Das Experimentelle nach der Dissertation von Dipl.-Ing. H. B a c k e, Techn. Hochschule Breslau 1925.

3) Koll.-Zeitschr. 32, 225 (1923); 34, 135 (1924). a) Koll.-Zeitschr. 36, 23 (1925).

Durch Analysen, ebenso wie durch das Studium der Eigenschaften der aktiven Kohle war eine weitere Aufkl~irung in dieser Richtung nun kaum mehr zu erwarten. Es blieb nur noch der Weg der Synthese; diesem in erster Linie galten die in der folgenden Arl~eit be- schriebenen Untersuchungen.

Wir haben in dieser nicht bloB die frfiher festgestellten M6glichkeiten de r Herstellung aktiver Kohlen aus fertigen in Betracht gezogen, sondern auch Rficksicht auf die in der Patent- literatur erw~ihnten Verfahren genommen, bei denen die aktive Kohle direkt aus organischer Substanz durch eine besondere Leitung des Ver-

'kohlungsprozesses gewonnen wird. Dabei standen im Vordergrund unseres Interesses die Fragen, wie beschaffen eine fertige Kohle sein muB, damit sie sich aktivieren l~iBt, wie sich deren Aktivierung im Einzelnen abspielr, inwie- welt die Oberfl~iche der inaktiveri Kohle bei der Aktivierung vergr6Bert, inwieweit sie ver~indert wird und endlich, welche gemeinsamen Merk- male die verschiedenen Verfahren der Ver- kohlung organischer Substanz zu aktiver Kohle haben.

w D e f i n i t i o n d e r A k t i v i t a t . Eine inaktive Kohle wird aktiv, wenn sie in einer Atmosph/ire yon Wasserdampf, Kohlendioxyd, Ammoniak, Schwefeldioxyd oder. Luft auf ge- eignete Temperatur erhitzt wird. Die aktive Kohle unterscheidet sich dann yon der inaktiven, aus der sie hergestellt ist, durch das vielmal gr6Bere Adsorptionsverm6gen f/Jr Phenol und /ihnliche Stoffe in L6sung als ffir Gase. Wenn sich das AdsorptionsvermSgen Gasen gegen- fiber ffir 1 g aktive bzw. inaktive Kohle vielleicht