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Kohlenstoffhaltiges Adsorptionsmittel.
Nach herrschender Ansieht ist die Aktivität kohlenstoffhaltiger Adsorptionsmittel weitgehend von der Höhe des Kohlenstoffgehaltes derselben abhängig. Aus diesem Grund wurden bei der technischen Herstellung von Aktivkohle bisher solche Ausgangsmaterialien bevorzugt, welche, wie Holzkohle u. dgl., einen geringen Gehalt an mineralischen oder aschebildenden Bestandteilen aufweisen. Vielfach hat man auch zwecks Anreicherung des Kohlenstoffgehaltes zu der Massnahme gegriffen, der fertigen Aktivkohle durch Behandlung mit Säure die vorhandene Asche weitgehend zu entziehen. Die im Handel befindlichen hochaktiven Kohlen besitzen infolgedessen durchweg keinen Kohlenstoffgehalt von mehr als 90% und mitunter Kohlenstoffgehalte, welche nur wenig unter 100% liegen.
Vorliegende Erfindung beruht auf der neuen Erkenntnis, dass hoher Kohlenstoffgehalt bzw. geringer Aschegehalt keine wesentliche Vorbedingung für hohe Aktivität ist, dass vielmehr kohlenstoffhaltige Adsorptionsmittel, welche einen hohen Gehalt an säurelöslicher, aus den mineralischen oder asehebildenden Bestandteilen des Rohmaterials stammender Asche besitzen, sich durch hohe Adsorptionsfähigkeit auszeichnen. Der Gehalt derartiger Produkte an salzsäurelöslicher Asche kann z. B. mehr als 20 oder 30%, z. B. bis zu 80% und mehr, gegebenenfalls 90% betragen. Überrasehenderweise ist die Aktivität derartiger aschenreicher Adsorptionsmittel grösser als die Aktivität derjenigen Produkte, welche man aus ihnen durch Auswaschen der Asche mit Salzsäure erhalten kann.
Nach Untersuchungen des Erfinders besitzt die salzsäurelösliche Asche an sieh nur geringe Aktivität, denn wenn man die aschenreiehen, hoehaktiven Produkte so lange mit oxydierenden Mitteln weiterbehandelt, bis aller Kohlenstoff entfernt ist, zeigt das Endprodukt nur geringe Aktivität. Dagegen hat das System Kohlenstoff plus Asche innerhalb gewisser Grenzen der Zusammensetzung eine Aktivität, welche wesentlich grösser ist als die Summe der Aktivitäten des vorhandenen Kohlenstoffs und der vorhandenen Asche.
Die neue erfinderische Erkenntnis ermöglicht die Herstellung hochaktiver Kohle aus billigen Aus- gangsmaterialien, welche reich sind an salzsäurelösliche Asche bildenden Bestandteilen, wie z. B. Kohle.
Braunkohle, Grudekoks, Torf usw., oder Mischungen verschiedener Ausgangsstoffe durch oxydierende Behandlung.
Die neuen Adsorptionsmittel, welche z. B. aus vorgenannten Produkten in einfachster und billigster Weise erhalten werden können, besitzen im allgemeinen Gehalte an salzsäureloslicher Asche, welche 20% übersteigen und bis zu 90% und gegebenenfalls mehr betragen können. Neben salzsäurelöslicher Asche kann auch noch salzsäureunlösliche Asche vorhanden sein. Die Produkte besitzen im allgemeinen
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Durchmesser haben, wiegt nach Verdichtung durch Schütteln höchstens ungefähr 600 g. Dabei miissen die aschenreiehen Produkte nach der Erfindung hohe Aktivität besitzen.
Um den Begriff der Aktivität in Vergleich zu gewöhnlicher Entfärbungskohle, wie z. B. Knochenkohle, zu definieren, sei erwähnt, dass das Entfärbungsvermögen einer Aktivkohle mindestens zweimal
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so hochwertig wie Knochenkohle. Adsorptiousmittel mit einem Gehalt von mehr als 20% salzsäure- löslicher Asche, welche eine derartig hohe Aktivität besitzen, sind bisher nicht bekanntgeworden.
Zwecks Bestimmung des Entfärbungsvermögens eines Adsorptionsmittels kann man sich mit Vorteil einer ,,Standard-Melasselösung" bedienen. Zwecks Herstellung derselben wird eine abgemessene Menge aus der Rübenzuekerfabrikation stammender Melasse vom spezifischen Gewicht von etwa 1-38 mit Wasser verdünnt, bis die Färbung 20 Stammer beträgt (vgl. Frühling-Rössing, Untersuchung der Rohstoffe der Zucherindustrie, S. 164 ff.:1919). Dieser Farbgrad wird gewöhnlich erreicht, wenn man aa Mplasse mit etwa 74-5% Trockensubstanz auf l verdünnt, so dass die Standardlösung ungefähr 4% Trockensubstanz enthält.
Die verdünnte Standardmelasselösung wird mit 1 g Kieselgur pro Liter geschüttelt und filtriert.
Zur Prüfung des Adsorptionsmittels wird eine abgewogene Menge desselben mit einer abgemessenen Menge frisch hergestellter Standardmelasselösung bei 80 C 10 Minuten lang geschüttelt, abfiltriert und in dem Filtrat der Entfärbungsgrad mit einem Kolorimeter bestimmt. Die Aktivität des Adsorptionsmittels wird gemessen durch die Menge, welche erforderlich ist, um in 100 cm3 der Standardlösung eine 60% ige Entfärbung hervorzubringen. Die zur Hervorbringung dieses Effektes notwendigen Mengen käuflicher Aktivkohlen von hohem Kohlenstoffgehalt liegen im allgemeinen zwischen 0'2 und 1'5 g
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z. B.
Ausgangsmaterialien, welche verhältnismässig reich sind an salzsäurelöslichen, aseheliefemden Bestandteilen, wie Braunkohle, Grudekoks, Torfkoks usw., mit oxydierenden Gasgemischen oder Gasdampfgemischen bei höheren Temperaturen, vorzugsweise solchen zwischen 500 und 800 C, behandeln, bis das Produkt den gewünschten Gehalt an salzsänrelöslicher Asche enthält. Als oxydierende Gase können z. B. Sauerstoff oder sauerstoffhaltige Gase, wie Luft oder Gase, welche Sauerstoff in chew heur
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Chlor usw., Verwendung finden. Auch Mischungen von oxydierenden Gasen miteinander oder mit Verdünnungsgasen, wie z. B. Stickstoff oder Dämpfen, wie z. B.
Wasserdampf oder Gasen und Dämpfen, können verwendet werden. Die Aktivierungstemperatur hängt ab von den angewendeten Oxydations-
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Sauerstoff und Stickstoff oder Sauerstoff, Stickstoff und Wasserdampf, genügen geringere Temperaturen, z. B. solche zwischen 500" und 800" C ; bei Verwendung von Wasserdampf allein sind höhere Tempera-
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und Wasserstoff besteht, mit Luft und Wasserdampf in das Aktivierungsgefäss, z. B. einen Drehofen, einführt, wo die Mischung verbrannt wird. Die Verbrennungsprodukte dienen hiebei als aktivierende Gase, während die erzeugte Hitze als Heizmittel dient.
Das angemeldete Verfahren bietet den Vorteil, dass es einfach und billig in grossem Massstab aus- geführt werden kann, dass es von billigen Rohmaterialien ausgeht und dass kostspielige Waschungen mit Säuren zur Entfernung der Asche vermieden werden können. Weitere Vorteile bestehen darin, dass bei verhältnismässig niedrigen Temperaturen gearbeitet und dadurch die Lebensdauer der Apparate ver- längert werden kann. Die erhaltenen Adsorptionsmittel sind billig und dabei hochaktiv : sie eignen sieh zur Entfärbung, zur Adsorption von Gasen und Dämpfen, zur Trennuna'von Gasgemischen, für kata- lytische Zwecke und alle anderen Anwendungen, für welche Aktivkohle in Betracht kommt.
Bei Durchführung von Aktivierungsverfahren, bei welchen die kohlenstoffhaltigen Materialien, so wie vorstehend beschrieben, bei hohen Temperaturen mit aktivierenden Gasen behandelt werden, muss das Adsorptionsmittel nach erfolgter Aktivierung abgekühlt werden, da es sonst bei Berührung mit der Luft verbrennen würde, Die Abkühlung wurde bisher zumeist mit Hilfe von Wasser bewirkt, worauf die Kohle dann wieder getrocknet werden musste.
Nach vorliegender Erfindung werden die Abgase des Aktivierungsvorganges, nachdem sie selbst gekühlt worden sind, zum Kühlen des aktivierten festen Gutes verwendet. Man verfährt z. B. derart, dass die heissen, aus dem Verbrennungsraum abgehenden Gase, welche nur noch verhältnismässig geringe
Mengen der oxydierend wirkenden Bestandteile, wie z. B. Sauerstoff. Chlor, Ammoniak usw.. enthalten,
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heissen Abgase des Aktivierungsprozesses erfolgt dabei zweckmässig unter Nutzbarmachung der ihnen innewohnenden Wärme, z. B. derart, dass sie zur direkten oder indirekten Vorwärmung des kohlenstoffhaltigen Materials oder der Aktivierungsgase oder beider verwendet werden.
Das Verfahren, welches
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lassen bei g die Wärmeaustauschvorrichtung b und strömen durch Rohr ? t in den Sammelraum , den sie bei h verlassen ; in Rohr h ist bei dem Ausführungsbeispiel noch eine Kühlvorrichtung i eingebaut, durch
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Abgase.
Bei dem Ausführungsbeispiel steht weiterhin der Heizraum 1 für das Drehrohr durch Leitung m mit der Wärmeaustauschvorrichtung b derart in Verbindung, dass die Abgase der Heizung durch die Kanäle n strömend, die Kanäle o bespülen und hiedurch das diese durchwandernde feste Ausgangsmaterial mittelbar durchwärmen. Durch doppelte Nutzbarmachung der den Aktivierungsgasen und den Heizabgasen innewohnenden Wärme wird weitgehende Vorerhitzung des festen Ausgangsmaterials und damit eine erhebliche Abkürzung des Aktivierungsvorganges erzielt. Man kann aber auch nur die eine oder die andere Art der Vorwärmung für sich betreiben, z.
B. derart, dass die Aktivierungsabgase unmittelbar in Kühlvorrichtung t geleitet und dort zur Vorwärmung der Aktivierungsgase nutzbar gemacht werden, wobei die Vorwärmung des festen Materials, z. B. mit den Abgasen der Heizung, allein vorgenommen werden kann. Bei Verwendung beider Arten von Abgasen zur Vorwärmung ist man infolge Einschaltung
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vierungsabgasen so viel Wärme zu entziehen, dass sie mit genügend niedriger Temperatur zur Einwirkung auf die heisse Aktivkohle kommen.
Man kann den Prozess auch derart durchführen, dass die oxydierenden Bestandteile der Aktivierungs-
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kühlung erfolgen.
Die gekühlten Abgase können auch zum Entlassen und Wegführen der Aktivkohle benutzt werden, z. B. derart, dass die aus dem Ofen kommende Kohle durch den Abgasstrom fortgeblasen wird, wobei gegebenenfalls durch Anwendung geeigneter Kühlvorrichtungen noch eine weitere Kühlung von Gas und'darin befindlicher Kohle erzielt werden kann.
Die den Aktivierungsraum verlassenden heissen Gase können x. B. auch zunächst zwecks Vor-
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Die Erfindung kann auch benutzt werden zur Verbesserung der Eigenschaften bereits aktivierter
Kohle sowie zum Regenerieren von Aktivkohle mit oxydierenden Gasen.
Bei Aktivierung kohlenstoffhaltiger Ausgangsstoffe, welche Schwefel oder Phosphor oder beide enthalten, erhält man Adsorptionsmittel, welche Verbindungen dieser Stoffe als lästige Verunreinigungen ) enthalten. Nach der Erfindung können diese Verunreinigungen in einfacher Weise dadurch entfernt werden, dass man das Adsorptionsmittel durch magnetische Felder, z. B. Magnetscheider, leitet, wobei die vorhandenen Schwefel- bzw. phosphorhaltigen EisenVf'rbindungen zuriickgehaIten werden. Wenn
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z. B. in Pulverform oder Schwammform oder in Form geeigneter Verbindungen, z. B. als Oxyde, Nitrat oder Karbonat, in den zur Bindung des vorhandenen Schwefels und Phosphors erforderlichen Mengen zugesetzt werden, wobei ein Überschuss an Eisen nichts schadet.
Weiterhin wurde gefunden, dass das Adsorptionmittel durch Behandlung in magnetischen Feldern in Fraktionen von verschiedener Beschaffenheit und verschiedenen Eigenschaften, insbesondere auch solche von verschiedener Aktivität zerlegt werden und hiedurch für gewisse Verwendungszwecke besonders I geeignet gemacht werden kann. Man kann z. B. zunächst ein aschereiches Adsorptionsmittel, z. B. mit einem Gehalt von 50-60% salzsäurelöslieher Asche, herstellen und das Produkt in Fraktionen von ver- schiedenem Kohlenstoffgehalt bzw. Aschegehalt zerlegen. Die hiedurch erhaltenen kohlenstoffreichen
Fraktionen kann man z. B. besonderen Anwendungszweeken, bei welchen das Vorhandensein grösserer
Aschenmengen unerwünscht ist, zuführen, wie z.
B. bei der Behandlung von Stoffen, welche befähigt sind,
Asche zu lösen oder sieh mit Asehenbestandteilen in unerwünschter Weise chemisch umzusetzen.
Die Fraktionierung erfordert stärkere magnetische Felder als die Entfernung der Sulfide und
Phosphide. Bei Vorliegen sehwefel-oder phosphorhaltiger Aktivkohle kann man infolgedessen diesen zunächst durch Behandlung in verhältnismässig schwachen magnetischen Feldern diese Verunreinigungen entziehen und das gereinigte Gut alsdann durch Behandeln in magnetischen Feldern. deren Stärke z. B. das Doppelte oder mehrfache der erst angewendeten betragen kann, der Fraktionierung unterwerfen. wobei aschereiches Material zurückgehalten wird, während das abgehende Material an Kohlenstoff ange- reichert ist.
Durch geeignete Einstellung der magnetischen Felder ist es möglich, eine Aktivkohle von
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Die Stärke des magnetischen Feldes richtet sich u. a. nach den Ausgangsmaterialien, aus denen die Aktivkohle hergestellt ist, der Dauer des Aufenthalts der Aktivkohle im magnetischen Feld, der Anordnung der Magnete u. dgl. ; die jeweils bestgeeigneten Bedingungen können leicht durch Vorversuche ermittelt werden.
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