AT515234A1 - Process for the production of carbon particles - Google Patents

Process for the production of carbon particles Download PDF

Info

Publication number
AT515234A1
AT515234A1 ATA983/2013A AT9832013A AT515234A1 AT 515234 A1 AT515234 A1 AT 515234A1 AT 9832013 A AT9832013 A AT 9832013A AT 515234 A1 AT515234 A1 AT 515234A1
Authority
AT
Austria
Prior art keywords
particles
cellulose
heat treatment
lyocell
carbon
Prior art date
Application number
ATA983/2013A
Other languages
German (de)
Original Assignee
Chemiefaser Lenzing Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chemiefaser Lenzing Ag filed Critical Chemiefaser Lenzing Ag
Priority to ATA983/2013A priority Critical patent/AT515234A1/en
Priority to PCT/AT2014/000224 priority patent/WO2015095902A1/en
Publication of AT515234A1 publication Critical patent/AT515234A1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K21/00Fireproofing materials
    • C09K21/02Inorganic materials
    • C09K21/04Inorganic materials containing phosphorus
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/05Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/30Active carbon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/30Active carbon
    • C01B32/312Preparation
    • C01B32/336Preparation characterised by gaseous activating agents

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Carbonpartikeln aus Precursoren mit Cellulose-li-Struktur, in dem als Precursor nicht-zylindrische Cellulosepartikel mit Cellulose-li-Struktur eingesetzt werden.The present invention relates to a process for the production of carbon particles from precursors having a cellulose Ii structure in which non-cylindrical cellulose particles having a cellulose Ii structure are used as precursor.

Description

Verfahren zur Herstellung von CarbonpartikelnProcess for the production of carbon particles

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hereteilung vonCarbonpartikeln aus Precursoren mit Cellulose-Il-Struktur, in dem alsPrecursor nicht-zylindrische Cellulosepartikel mit Cellulose-Il-Struktureingesetzt werden.The present invention relates to a process for the separation of carbon particles from precursors with cellulose II structure, in which non-cylindrical cellulose particles with cellulose II structure are used as precursor.

Stand der TechnikState of the art

Die Herstellung von Kohlenstoffteilchen aus Polymeren durch Karbonisierungist seit langem bekannt. Neben den bekannten Carbonfasern werden auchCarbonteilchen mit anderer Form aus entsprechend geformtenPolymervorstufen, sogenannten Precursoren, hergestellt. SolcheCarbonteilchen werden unter anderem zur Herstellung von Elektroden inmodernen Energiespeichermedien eingesetzt, bei denen es auf hohe Lade-und Entladegeschwindigkeit ankommt, beispielsweise für Batterien undSuperkondensatoren in Fahrzeugen mit Elektroantrieb oder Start-Stop-Funktion.The production of carbon particles from polymers by carbonization has been known for a long time. In addition to the known carbon fibers, carbon particles of a different shape are also produced from correspondingly shaped polymer precursors, so-called precursors. Such carbon particles are used, inter alia, for the production of electrodes in modern energy storage media which require high charging and discharging speeds, for example for batteries and supercapacitors in vehicles with electric drive or start-stop function.

Als geeignetes Precursor-Polymer ist inzwischen nicht nur Polyacrylnitril weitverbreitet. Auch Cellulose wird bereits häufig als Precursor für die Herstellungvon Carbonformkörpern verwendet. Neben der natürlich gewachsenenBaumwolle und dem hauptsächlich aus Holz hergestellten Zellstoff kommendabei insbesondere cellulosische Formkörper in Frage, die mittels Viskose¬oder Lyocellverfahren hergestellt wurden.In the meantime, not only polyacrylonitrile is widely used as a suitable precursor polymer. Also cellulose is already frequently used as a precursor for the production of carbon moldings. In addition to the naturally grown cotton wool and the wood pulp mainly made of wood, cellulosic shaped bodies which were produced by means of viscose or lyocell processes are particularly suitable.

Der Gattungsname „Lyocell“ wurde von der BISFA Cellulosefasern zugeteilt,die aus Lösungen in einem organischen Lösungsmittel ohne Bildung einesDerivats hergestellt werden.The generic name "lyocell" was assigned by the BISFA to cellulosic fibers prepared from solutions in an organic solvent without formation of a derivative.

Bis heute hat sich jedoch nur ein Verfahren zur großtechnischen Herstellungvon Fasern der Gattung Lyocell durchgesetzt und zwar das Aminoxid-Verfahren. Bei diesem Verfahren wird als Lösungsmittel ein tertiäres Aminoxidverwendet, bevorzugt N-Methylmorpholin-N-oxid (NMMO).However, to date, only a process for the large-scale production of fibers of the genus Lyocell has prevailed, the amine oxide process. In this process, the solvent used is a tertiary amine oxide, preferably N-methylmorpholine N-oxide (NMMO).

Tertiäre Aminoxide sind schon seit langem als alternative Lösungsmittel fürCellulose bekannt. Aus der US 2,179,181 ist beispielsweise bekannt, dasstertiäre Aminoxide Zellstoff ohne Derivatisierung zu lösen vermögen und dassaus diesen Lösungen cellulosische Formkörper wie z.B. Fasern hergestelltwerden können, ln der US 3,447,939 werden cyclische Aminoxide alsLösungsmittel für Cellulose beschrieben.Tertiary amine oxides have long been known as alternative solvents for cellulose. For example, US Pat. No. 2,179,181 discloses that tertiary amine oxides are capable of dissolving pulp without derivatization, and that from these solutions cellulosic bodies such as e.g. In US 3,447,939 cyclic amine oxides are described as solvents for cellulose.

Wie dieses Verfahren ausgeführt wird, ist dem Fachmann grundsätzlich seitlängerem aus vielen Patentschriften und sonstigen Publikationen bekannt. Sobeschreibt unter anderem die EP 356 419 B1 die Lösungsherstellung und dieEP 584 318 B1 das Verspinnen solcher Lösungen von Cellulose inwasserhaltigen tertiären Aminoxiden.How this method is carried out, the skilled person is known in principle for a long time from many patents and other publications. Thus, EP 356 419 B1, among others, describes the preparation of solutions and EP 584 318 B1 describes the spinning of such solutions of cellulose into water-containing tertiary amine oxides.

Ein Verfahren zur Karbonisierung und Aktivierung von Lyocell-Fasem wird inder US 2008/0254972 A1 Patent beschrieben, wobei die Fasern mit einemphosporhaltigen Reagens imprägniert, thermisch unter Inertgas carbonisiertund ebenso thermisch mit Kohlendioxid oder Wasserdampf im Orehrohrofenaktiviert werden. Dieses Patent beschreibt eine deutlich höhere Aktivierbarkeitvon Lyocell-Fasern im Vergleich zu anderen cellulosischen Precursoren, wasbei Anwendung als Elektrodenmaterial für Superkondensatoren in einerhöheren elektrischen gravimetrischen Kapazität resultiert.A process for carbonizing and activating lyocell fibers is described in US Patent 2008/0254972 A1, wherein the fibers are impregnated with a phosphorous-containing reagent, thermally carbonized under inert gas, and also thermally activated with carbon dioxide or water vapor in the rotary kiln. This patent describes a significantly higher activability of lyocell fibers compared to other cellulosic precursors, resulting in a higher electrical gravimetric capacity when used as electrode material for supercapacitors.

In der US 2007/0178310 A1 wird der Einsatz von Faserbruchstücken mitähnlichem Faserquerschnitt als Elektrodenmaterial für Energiespeicherbeschrieben.US 2007/0178310 A1 describes the use of fiber fragments having a similar fiber cross section as electrode material for energy storage.

Die Verwendung von Lyocell-Fasern als Prekursor für die Karbonisierung istauch im Artikel „Tencel carbon precursor“, Lenzinger Berichte, 90,2012, Se¬es beschrieben.The use of lyocell fibers as a carbonization precursor is also described in the article "Tencel carbon precursor", Lenzinger Berichte, 90, 1212, Seese.

Elektroden aus Karbonpulver oder Aktivkohlepulver werden mit zwei prinzipiellverschiedenen Methoden gefertigt: 1. Der trockenen Methode, bei der das getrocknete Karbon- oderAktivkohlepulver mit Binder (z.B. PTFE) versetzt, danach erhitzt und solange geknetet wird, bis ein Teig entsteht, welcher blattförmig ausgewalzt und mitAluminiumfolie kaschiert wird. 2. Der Slurry-Methode, bei der das getrocknete Karbon* oder Aktivkohlepulverin einer geeigneten Flüssigkeit (z.B. Aceton) dispergiert und mit einem Binder,wie PVDC versetzt wird. Eine meist mit Haftvermittler vorbehandelteAluminiumfolie wird mit dieser Suspension beschichtet und getrocknet. Diegetrocknete Schicht wird oft anschließend durch heiße Kalandrierung nochverdichtet. Für die großtechnische Produktion von Elektroden aus Karbonpulvem wirdmehrheitlich die Slurry-Methode angewandt.Electrodes made of carbon powder or activated carbon powder are produced by two principally different methods: 1. The dry method in which the dried carbon or activated carbon powder is mixed with binder (eg PTFE), then heated and kneaded until a dough is formed which is sheet-shaped and covered with aluminum foil is laminated. 2. The slurry method of dispersing the dried carbon * or activated carbon powder in a suitable liquid (e.g., acetone) and adding a binder such as PVDC. An aluminum foil, which is usually pretreated with adhesion promoter, is coated with this suspension and dried. The dried layer is often then further densified by hot calendering. For the large-scale production of electrodes made of carbon powder, the majority of the slurry method is used.

Gemäß der US 2008/0254972 A1 und der US 2007/0178310 A1 sollenLyocellfasern eine besondere Eignung zur Herstellung von Elektrodenmaterialbesitzen. Die gleichmäßige Faserform soll eine hohe Packungsdichtegewährleisten. Es wurde nun festgestellt, dass dies zwar für die Anwendungder trockenen Methode der Elektrodenherstellung im Labor stimmt, nichtjedoch für die großtechnisch angewandte Slurry-Methode, Wird die Slurry-Methode mit faserförmigem Pulver durchgeführt, so entstehen extrem fragile,brüchige Elektroden, deren Kalandrierung und Verdichtung nur bei Einsatzvon sehr hohen Bindermengen möglich ist. Dieses Material hat zwar hoheelektrische Kapazitäten, kann allerdings großtechnisch nicht eingesetztwerden.According to US 2008/0254972 A1 and US 2007/0178310 A1, lyocell fibers are said to be particularly suitable for producing electrode material. The uniform fiber shape should ensure a high packing density. It has now been found that while this is true for the application of the dry method of electrode fabrication in the laboratory, it is not for the large-scale slurry method. If the slurry method is performed with fibrous powder, extremely fragile, brittle electrodes, their calendering and densification are produced only possible with the use of very high binder amounts. Although this material has high electrical capacities, it can not be used industrially.

Aufgabetask

Die Aufgabe bestand gegenüber diesem Stand der Technik daher darin, eincarbonisiertes Material zu finden, das bei der Elektrodenherstellung einerseitseine hohe elektrische Kapazität erlaubt und andererseits mechanisch stabileElektroden ergibt.The object of this prior art, therefore, was to find a carbonized material which on the one hand allows high electrical capacitance in the manufacture of electrodes and on the other hand gives mechanically stable electrodes.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Die Lösung der oben beschriebenen Aufgebe besteht in einem Verfahren zurHerstellung von Carbonpartikeln aus Precursoren mit Cellulose-Il-Struktur,wobei als Precursor nicht-zylindrische Cellulosepartikel mit Cellulose-Il-Struktur eingesetzt werden. Die Carbonpartikel werden oft auch alsAktivkohlepartikel bezeichnet.The solution to the above-described requirements consists in a process for the production of carbon particles from precursors with cellulose II structure, precursor being cellulose particles having non-cylindrical cellulose II structure. The carbon particles are often referred to as activated carbon particles.

Die Verwendung von nicht-zylindrischen Cellulosepartikeln mit Cellulose-Il-Struktur als Precursor zur Herstellung von Carbonpartikeln ist noch nichtbeschrieben. Sie lag auch nicht nahe. Während nämlich zylindrischeCellulose-Il-Formkörper beispielsweise durch Zerkleinerung handelsüblicherLyocellfasern hergestelit werden können, waren nicht-zylindrischeCellulosepartikel mit Cellulose-Il-Struktur, insbesondere solche, die nach demLyocellverfahren hergestellt worden waren, bisher gar nicht ohne weitereserhältlich. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegendenErfindung werden die nicht-zylindrischen Cellulosepartikel durch ein speziellesLyocellverfahren hergestellt.The use of non-cylindrical cellulosic particles with cellulose II structure as precursor for the production of carbon particles is not yet described. It was not close either. For example, while cylindrical cellulose II molded articles can be made by comminution of commercially available Lyocell fibers, noncellular cellulose II cellulose noncellular cellulose particles, especially those produced by the Lyocell method, have not been readily available. In a particularly preferred embodiment of the present invention, the non-cylindrical cellulose particles are prepared by a special Lyocell method.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere in der Kombination von hoherAktivierbarkeit durch Lyocell-Struktur der cellulosischen Precursor undgroßtechnischer Verarbeitbarkeit zu Elektroden, mit hohen gravimetrischenelektrischen Kapazitäten durch die inhärente Lyocell-Struktur, bei Gewinnungstabiler Elektroden mittels Slurry-Verfahren mit hoher Elektrodendichte unddamit hoher volumetrischer Kapazitäten.The advantages of the invention are in particular the combination of high activatability by lyocell structure of the cellulosic precursors and large-scale processibility to electrodes, with high gravimetric electrical capacities by the inherent lyocell structure, obtaining stable electrodes by means of high electrode density slurry processes and thus high volumetric capacities.

Weiterhin bestehen Vorteile von Partikeln bzw. Granulat gegenüber Fasern imCarbonisierungs- bzw. Aktivierungsprozess: Partikel sind einfacher zu fördern,da sie kein kompressibles Verhalten bei der Förderung und keineBrückenbildung zeigen. Partikel sind auch einfacher zu dosieren, da dieSchüttdichte wesentlich konstanter ist.Furthermore, there are advantages of particles or granules to fibers in the carbonation or activation process: Particles are easier to convey because they show no compressible behavior in the promotion and no bridging. Particles are also easier to dose as the bulk density is much more consistent.

Partikel können außerdem einfacher in eine vollständige Atmosphäre vonInertgas bzw. Aktivierungsgas eingebracht werden: Fasern transportierendurch ihr hohes eingeschossenes Volumen eine große Menge Luft, welche vor der thermischen Behandlung mit Stickstoff verdrängt werden muss; dieskostet Zeit und Ressourcen. Bei Partikeln ist der Aufwand wesentlichgeringer.Particles can also be more easily introduced into a complete atmosphere of inert gas: fibers transport through their high injected volume a large amount of air which must be displaced with nitrogen prior to thermal treatment; This costs time and resources. For particles, the effort is much lower.

Der Durchlauf von Partikeln bzw. Granulat durch den Drehrohrofen ist vielkonstanter und kann besser gesteuert werden als der von Fasern, da Faserndurch die Rotation im Drehrohrofen unterschiedlich große Faserballen bilden,welche unterschiedlich schnell durch den Ofen laufen. Die Aktivierung vonPartikeln bzw, Granulat ist auch wesentlich homogener, da die obenbeschriebenen Faserballen im äußeren Bereich stärker, im innerenschwächer aktiviert werden, Aufgrund der viel höheren Schüttdichte vonPartikeln bzw. Granulat können sämtliche Anlagen zur Hitzebehandlung umbis zu einer Größenordnung kleiner ausgelegt werden.The passage of particles or granules through the rotary kiln is much more constant and can be better controlled than that of fibers, since fibers form by rotation in the rotary kiln differently sized fiber bales, which run at different speeds through the furnace. The activation of particles or granules is also substantially more homogeneous, since the above-described fiber bales are activated more strongly in the outer region, and weaker on the inner side. Because of the much higher bulk density of particles or granules, all heat treatment systems can be designed smaller by an order of magnitude.

Herstellung der Precursor;Preparation of Precursor;

Die WO 2009/036480 beschreibt geeignete dreidimensionale cellulosischeFormkörper sowie ein Lyocellverfahren zu ihrer Herstellung. Dieses Verfahrenist dadurch gekennzeichnet, dass die Celluloselösung frei fließend, das heisstohne wesentliche Scherung der Celluloselösung unter ihreErstarrungstemperatur abgekühlt wird, die erstarrte Celluloselösungzerkleinert wird, das Lösungsmittel ausgewaschen wird und die zerkleinerten,ausgewaschenen Partikel getrocknet werden. Die so hergestelltenCellulosepartikel weisen eine Cellulose-Il-Struktur auf mit einer Partikelgrößeim Bereich von 1pm bis 5000pm, bevorzugt 5pm bis 2000pm, besondersbevorzugt 10 bis 200pm und sind auch dadurch gekennzeichnet, dass sieeine annähernd sphärische Partikelform mit unregelmäßiger Oberfläche undeine Kristallinität im Bereich von 16% bis 45% gemäß der Raman-Methodeaulweisen.WO 2009/036480 describes suitable three-dimensional cellulosic moldings and a lyocell method for their production. This process is characterized in that the cellulose solution is freely flowing, i.e., without significant shearing of the cellulose solution is cooled below its solidification temperature, the solidified cellulose solution is comminuted, the solvent is washed out and the minced, washed-out particles are dried. The cellulose particles thus prepared have a cellulose II structure with a particle size in the range from 1pm to 5000pm, preferably 5pm to 2000pm, more preferably 10 to 200pm, and are also characterized by having an approximately spherical irregular surface particle shape and a crystallinity in the range of 16%. up to 45% according to the Raman method.

Ein weiteres Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler cellulosischerFormkörper ist im Folgenden beschrieben. Es umfasst folgendeHerstellungsschritte: a. Auflösung eines cellulosischen Rohstoffs, bespielsweise Zellstoff, umeine Lösung mit 10 bis 15 Gew.-% Cellulose zu erhalten; b. Extrusion der in Schritt a. erhaltenen Celluloselösung ohne Luftspaltdirekt In ein Fällbad; c. Regenerationsprozess, wobei beim Eintritt der Celluloselösung InsFällbad die Differenz der NMMO-Konzentrationen von Celluloselösungund Fällbad 15-78 Gew.-%, bevorzugt 40 - 70 Gew.-%, und dieDifferenz der Temperatur von Celluloselösung und Fällbad 50 -120 K,bevorzugt 70-120 K, besonders bevorzugt 80 -120 K betragensollen; d. Waschprozess gemäß dem Perkolationsprinzip mit mindestens einemalkalischen Waschschritt, bevorzugt bei pH 9-13; e. optional einem Trocknungsprozess, durch den die Außenhaut derFormkörper nicht abrasiv verletzt wird; wobei die in Punkt d.) genannte Wäsche bevorzugt mehrstufig und imGegenstrom erfolgt und mindestens einen alkalischen Schritt enthält. Die aufdiese Weise hergestellten cellulosischen Formkörper weisen eine optischfeststellbare Kem-ManteLStruktur auf,Another method for producing three-dimensional cellulosic moldings is described below. It comprises the following manufacturing steps: a. Dissolving a cellulosic raw material, such as pulp, to obtain a solution containing from 10% to 15% by weight of cellulose; b. Extrusion of in step a. obtained cellulose solution without air gap direct In a precipitation bath; c. Regeneration process, wherein at the onset of the cellulose solution the difference of the NMMO concentrations of cellulose solution and precipitation bath is 15-78% by weight, preferably 40-70% by weight, and the difference of the temperature of cellulose solution and precipitation bath is 50-120 K, preferably 70- 120 K, more preferably 80 -120 K; d. Washing process according to the percolation principle with at least one alkaline washing step, preferably at pH 9-13; e. optionally a drying process whereby the outer skin of the mold body is not damaged abruptly; wherein the laundry mentioned in point d) is preferably multistage and countercurrent and contains at least one alkaline step. The cellulosic shaped bodies produced in this manner have an optically detectable Kem-ManteL structure,

Als Löseprozesse kommen etwa das Viskose-, das Lyocell·· oder dasCuprammonium-Verfahren in Betracht; auch Lösen der Cellulose in NaOHoder geeigneten ionischen Flüssigkeiten ist möglich. Generell ist das hierbeschriebene Verfahren nicht auf bestimmte Lösemittel bzw. Prozesseeingeschränkt, sondern durch den Einsatz unterschiedlicher Verfahren kanndie Struktur der erhaltenen Partikel zusätzlich beeinflusst werden. Bevoizugtist jedoch das dem Fachmann grundsätzlich bekannte LyocelLVerfahren,beschrieben unter anderem in der EP 035Θ41Θ. Bei Anwendung des Lyocell·Verfahrens ist darauf zu achten, daß in beim Eintritt der Celluloselösung insFällbad die Differenz der NMMO*Konzentrationen von Celluloselösung undFällbad 15 - 78 Gew.-%, bevorzugt 40 - 70 Gew.-%, und die Differenz derTemperatur von Celluloselösung und Fällbad 50 -120 K, bevorzugt 70 -120K, besonders bevorzugt 80 -120 K betragen sollen.Suitable dissolving processes are, for example, the viscose, the lyocell or the copper ammonium process; It is also possible to dissolve the cellulose in NaOH or suitable ionic liquids. In general, the method described here is not restricted to specific solvents or processes, but the use of different methods can additionally influence the structure of the particles obtained. Bevoizugtist, however, the principle known in the art LyocelLVerfahren, described inter alia in EP 035Θ41Θ. When using the Lyocell® process, care should be taken that, as the cellulose solution enters the precipitation bath, the difference in NMMO * concentrations of the cellulose solution and precipitation bath is 15-78% by weight, preferably 40-70% by weight, and the difference in temperature of cellulose solution and precipitation bath should be 50-120 K, preferably 70-120 K, particularly preferably 80-120 K.

Ausgehend von der Celluloselösung erfolgt die Formgebung, bei der -insbesondere im Fällungsprozess - darauf zu achten ist, dass sich Keinefaserigen Strukturen ausbilden. Dies ist keine triviale Anforderung, daCellulose aufgrund ihrer makromolekularen Struktur bestrebt Ist, faserigeDomänen auszubilden. Gelöst wird dieses Problem dadurch, dass dieCelluloselösung zunächst ohne wesentliche Scherung in die gewünschteForm gebracht wird und anschließend auch die Regenerationsbedingungenentsprechend gewählt werden. Dabei ist unbedingt erforderlich, dass dieCelluloselösung direkt, d. h. ohne Luftspalt, in ein Fällbad extrudiert wird unddie Zerkleinerung des Lösungsstranges auf eine Weise stattfindet, die imWesentlichen gleichgroße Partikel ergibt. Geeignete Aggregate für diesenSchritt sind etwa Unterwasser- oder Stranggranulatoren, womit sich nebensphärischen Partikeln auch Zylinder, Drehellipsoide und Ovoide erzeugenlassen. Die eben erwähnten Aggregate erfüllen auch die zusätzlichenAnforderungen an den Herstellungsprozess. Die erzeugten Partikel sollennämlich eine möglichst einheitliche Größe aulweisen, wobei sich dieEigenschaften Uber die Verfahrensparameter steuern lassen. Gleichzeitig solldas Verfahren einen hohen Durchsatz aulweisen.Starting from the cellulose solution, the shaping takes place, in which, in particular in the precipitation process, care must be taken to ensure that non-fibrous structures are formed. This is not a trivial requirement because cellulose, because of its macromolecular structure, tends to form fibrous domains. This problem is solved by first bringing the cellulose solution into the desired shape without significant shearing, and then selecting the regeneration conditions accordingly. It is imperative that the cellulose solution be directly, i. H. without an air gap, is extruded into a precipitation bath and the comminution of the solution strand takes place in a manner that yields substantially equal sized particles. Suitable aggregates for this step are, for example, underwater or stranded granulators, which also produce cylinders, angular ellipsoids and ovoids in addition to spherical particles. The aforementioned aggregates also meet the additional requirements of the manufacturing process. Namely, the particles produced should have as uniform a size as possible, and the properties can be controlled by the process parameters. At the same time, the process should have a high throughput.

Granulate unterschiedlicher Größe können aus Lyocell-Spinnmassebeispielsweise mit einem Unterwassergranulator der Firma Econ vom TypEUP50 hergestellt werden. Die erzeugten Kügelchen können dabei übereinen mechanischen Zentrifugaltrockner vom Prozesswasser getrenntwerden. In anderen Ausführungen können solche Fest-Flüssig-Trennungenz.B. mittels Hydrozyklon, Schubzentrifugen oderauch durch Siebebewerkstelligt werden. Granulatoren sind in verschiedenen Größen am Markterhältlich und durch die Einfachheit des Verfahrens zur Granulierung vonSpinnmasse ist die Hochskalierung auf großtechnischen Maßstab relativeinfach. So können z.B. mit einem einzigen Granulator des Typs EUP 3000etwa 5000 Tonnen Kügelchen pro Jahr produziert werden. Weitere stehen vonanderen Herstellern noch wesentlich größere Maschinen zur Verfügung.Granules of different sizes can be made from lyocell dope, for example, with an eup50 underwater granulator type EUP50. The beads produced can be separated from the process water by a mechanical centrifugal dryer. In other embodiments, such solid-liquid separations e.g. by hydrocyclone, pusher centrifuges or through sieves. Granulators are available in various sizes on the market, and due to the simplicity of the process of granulating spinning mass, scaling up on an industrial scale is relatively easy. Thus, e.g. be produced with a single pelletizer of the type EUP 3000 about 5000 tons of pellets per year. Others are available from other manufacturers even much larger machines.

In einer weiteren Ausführung können auch mit speziellen Lyocell-Düsen mitDüsenlochdurchmessem von 0,5 bis 5 mm Cellulosestränge gefertigt werden, die nach einer Waschstrecke einem Stranggranulator zugeführt werden.Kritisch in dieser Hinsicht sind das Auswaschen, die Zuführung und derEinzug der einzelnen Stränge in den Stranggranulator, da die Stränge sehrflexibel sind. Auf diese Weise können zylinderförmige Granulate erhaltenwerden.In a further embodiment, cellulose strands can also be made with special Lyocell nozzles with nozzle hole diameters of 0.5 to 5 mm, which are fed to a strand granulator after a washing cycle. Critical in this regard are the washing, feeding and drawing of the individual strands into the strand granulator because the strands are very flexible. In this way, cylindrical granules can be obtained.

Großen Einfluss auf die Eigenschaften der erhaltenen Partikel hat auch dieViskosität der Celluloselösung, da diese normalerweise auch dieViskositätsdifferenz zwischen Celluloselösung und Fällbad dominiert. DasFällbad ist bevorzugt wässerig (mit einer Viskosität im Bereich von 1 Pa*s),allerdings kann durch Zugabe von Verdickern (Polymeren) auch die Viskositätdes Fällbades deutlich erhöht werden. Ein geringerer Viskositätsunterschiedführt zu einem dünneren Mantel. Erfindungsgemäß ist einViskositätsunterschied zwischen Celluloselösung und Fällbad von mind. 600Pa.s, bevorzugt im Bereich 750 -1200 Pa.s. (bezogen auf die Nullviskosität).The viscosity of the cellulose solution also has a great influence on the properties of the particles obtained, since this normally also dominates the viscosity difference between the cellulose solution and the precipitation bath. The precipitating bath is preferably aqueous (having a viscosity in the range of 1 Pa * s), but by adding thickeners (polymers), the viscosity of the precipitation bath can also be increased significantly. A smaller difference in viscosity leads to a thinner coat. According to the invention, a viscosity difference between cellulose solution and precipitation bath of at least 600 Pa.s, preferably in the range 750-1200 Pa.s. (based on the zero viscosity).

Die Dicke des Mantels wird entscheidend durch die NMMO-Konzentrationsdifferenz beim Eintritt der Celluloselösung in das Fällbadbeeinflusst. Je größer diese ist, desto dicker wird der Mantel der sohergestellten Formkörper. Die Konzentrationsdifferenz wird maximal, wenn alsFällbad reines Wasser verwendet wird und das Fällbad an der Eintrittsstelleder Celluloselösung so gut durchmischt wird, dass sämtliches austretendesNMMO sofort wegtransportiert wird.The thickness of the shell is critically affected by the NMMO concentration difference upon entry of the cellulose solution into the precipitation bath. The larger this is, the thicker is the coat of molded articles thus produced. The difference in concentration becomes maximum when pure water is used as the precipitation bath and the precipitation bath at the entry point of the cellulose solution is thoroughly mixed so that all exiting NMMO is immediately transported away.

Die Dicke des Mantels wird auch durch die Temperaturdifferenz beim Eintrittder Celluiosejösung In das Fällbad beeinflusst. Je größer diese ist, destodicker wird der Mantel der erfindungsgemäß hergestellten Granulate.The thickness of the jacket is also affected by the temperature difference on entry of the cellulosic solution into the precipitation bath. The larger this is, the thicker the jacket of the granules produced according to the invention becomes.

Neben der Möglichkeit der Unterwassergranulierung in einem flüssigenFällbad besteht auch die Möglichkeit der Koagulation in einem gasförmigenMedium.Besides the possibility of underwater granulation in a liquid precipitation bath, there is also the possibility of coagulation in a gaseous medium.

Das bevorzugte Verfahrensprinzip für das Auswaschen der Formkörper imgroßtechnischen Maßstab ist die Gegenstromwäsche, um die notwendigeWaschwassermenge und die Rückgewinnungskosten in Grenzen zu halten.The preferred process principle for washing the molded articles on a large scale is countercurrent washing to limit the amount of washing water required and the cost of recovery.

Lenzing AG, PL0566Lenzing AG, PL0566

Um die geforderte Reinheit der Formkörper zu erreichen, sind dafür 10 bis 12Weschstufen notwendig. Bei geringen NMMO*Restgehalten ist außerdem dieErhöhung der Waschwassertemperatur vorteilhaft. Bevorzugt ist hier eineWaschwassertemperatur von 60‘C bis 100*0. Um auch geringe Mengen anAbbauprodukten des Lösungsmittels effizient zu entfernen, ist zusätzlich einalkalischer Schritt notwendig, wobei bevorzugt pH-Werte von Θ-13 verwendetwerden.In order to achieve the required purity of the moldings, 10 to 12scheschstufen are necessary. In addition, at low levels of NMMO *, increasing the wash water temperature is beneficial. Here, a washing water temperature of 60 ° C. to 100 ° C. is preferred. In order to efficiently remove even small amounts of decomposition products of the solvent, an alkaline step is additionally necessary, with preferably pH values of Θ-13 being used.

Die durch diese zweite Verfahrensvariante hergestellten Celiulose-Il-Formkörper sind dadurch gekennzeichnet, dass sie eine optisch feststellbareKem-Mantel-Struktur aufweisen, wobei der Mantel eine höhere Dichte undeine niedrigere Kristailinität als der Kern aufweist und der Kern eineschwammähnliche Struktur auftweist. Bevorzugt weist der Mantel eine relativeDichte von 65% bis 85% und der Kern eine relative Dichte von 20% bis 60% -jeweils bezogen auf kompakte Cellulose - auf. Ebenfalls bevorzugt beträgt dieManteldicke zwischen 50 pm und 200 pm. Unter anderem kann dasVerhältnis von Manteldicke zu Gesamtdurchmesser des Formkörperszwischen 1:5 und 1:50 betragen. Herstellungsbedingt wird das Verhältnis derHalbachsen des ellipsoiden Formkörpers 3:1 nicht übersteigen. Für dieZwecke der vorliegenden Erfindung sollen erfindungsgemößeCellulosepartikel mit einer solchen Form, d.h. ellipsoide Formkörper mit einemVerhältnis der Halbachsen von kleiner oder gleich 3:1 als „Kugelgranulat“bezeichnet werden.The Celi II molded bodies produced by this second process variant are characterized by having an optically detectable core-shell structure, the shell having a higher density and a lower crystallinity than the core and the core having a sponge-like structure. Preferably, the sheath has a relative density of 65% to 85% and the core has a relative density of 20% to 60%, each based on compact cellulose. Also preferably, the jacket thickness is between 50 pm and 200 pm. Among other things, the ratio of cladding thickness to overall diameter of the molded article may be between 1: 5 and 1:50. Due to the production, the ratio of the half-axes of the ellipsoidal shaped body will not exceed 3: 1. For the purposes of the present invention, cellulose particles having such a shape, i. ellipsoidal shaped bodies having a ratio of half axes of less than or equal to 3: 1 can be referred to as "ball granules".

Die so erhaltenen Kugelgranulate können je nach gewünschter Endgrößenoch grob oder fein vermahlen werden. Für die Partikel, die nach einer der beiden oben beschriebenenVerfahrensvarianten hergestellt werden, soll als Oberbegriff für die Zweckeder vorliegenden Erfindung der Begriff „nicht-zylindrische Cellulosepartikel mitCellulose-Il-Struktur“ verwendet. Dies soll insbesondere zur Abgrenzung vonden im oben zitierten Stand der Technik bekannten Cellulose-Il-Partikelndienen, die aus Lyocell- oder Viskosefasern durch Zerkleinerung hergestelltwerden und daher stets eine zylindrische Form aufweisen (siehe Fig. 1 und 2). Insbesondere aus Fig. 2 geht hervor, dass selbst bei sehr feinerVermahlung von Cellulosefasern die resultierenden Carbonpartikel weiterhineine zylindrische Form aufweisen. Als zylindrische Form soll dabei auch einemit einem gelappten Querschnitt verstanden werden, wie sie beim Zerkleinernvon Viskosefasern entsteht (siehe z.B. Figur 2 in Lenzinger Berichte, 90, 2012, 58-63)The spherical granules thus obtained can be coarsely or finely ground depending on the desired end sizes. For the particles produced according to one of the two process variants described above, the generic term for the purposes of the present invention is the term "cellulose-non-cylindrical cellulose particles". This is intended, in particular, to distinguish from the cellulose-II particles known from the prior art cited above, which are made from lyocell or viscose fibers by comminution and therefore always have a cylindrical shape (see FIGS. 1 and 2). In particular, from Fig. 2 it can be seen that even with very fine pulping of cellulosic fibers, the resulting carbon particles continue to have a cylindrical shape. A cylindrical shape should also be understood to mean a lobed cross section, such as arises during the comminution of viscose fibers (see, for example, FIG. 2 in Lenzinger Berichte, 90, 2012, 58-63).

Erfindungsgemäß können die nach den oben beschriebenen Verfahrenhergestellten cellulosischen Formkörper zur Herstellung von Carbonpartikelnverwendet werden, wobei zumindest ein Hitzebehandlungsschritt notwendigist.According to the invention, the cellulosic shaped bodies produced by the above-described processes can be used for the production of carbon particles, at least one heat treatment step being necessary.

In einer bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrens erfolgt dieHitzebehandlung in Inertgasatmosphäre. In einer weiteren ebenfallsbevorzugten Ausführungsform erfolgt die Hitzebehandlung in eineraktivierenden Atmosphäre. Besonders bevorzugt besteht die aktivierendeAtmosphäre im Wesentlichen aus Wasserdampf oder Kohlendioxid.In a preferred embodiment of this process, the heat treatment is carried out in an inert gas atmosphere. In a further, likewise preferred embodiment, the heat treatment is carried out in an activating atmosphere. Most preferably, the activating atmosphere consists essentially of water vapor or carbon dioxide.

Als Hitzebehandlung ist auch eine Kombination mehrererHitzebehandlungsschritte möglich und in vielen Fällen sogar besondersvorteilhaft. Eine bevorzugte Ausführungsform besteht in der Verwendung dergenannten cellulosischen Formkörper zur Karbonisierung und Aktivierung,wobei zumindest die folgenden Prozessschritte notwendig sind:Brandschutzvorbehandlung, Karbonisierung und Aktivierung. Je nachgewünschter Form des Endprodukts oder gegebenenfalls auch zurOptimierung bei einem nachfolgenden zweiten Hitzebehandlungsschrittkönnen noch Zerkleinerungsschritte hinzukommen.As a heat treatment, a combination of several heat treatment steps is possible and in many cases even particularly advantageous. A preferred embodiment is the use of said cellulosic moldings for carbonization and activation, wherein at least the following process steps are necessary: fire protection pretreatment, carbonation and activation. Depending on the desired form of the final product or optionally also on a subsequent second heat treatment step, comminution steps may be added.

Eine bevorzugte Lösung der oben beschriebenen Aufgabe bestehtbeispielsweise in einem Verfahren zur Herstellung von Carbonpartikeln ausPrecursoren mit Cellulose-ll-Struktur, wobei als Precursor nicht-zylindrischeCellulosepartikel mit Cellulose-ll-Struktur eingesetzt werden, a. die Cellulosepartikel optional einer Brandschutzvorbehandlungunterzogen werden, b. Eine erste Hitzebehandlung in Inertgasatmosphäre erfolgt, c. Optional eine Zerkleinerung der in Stufe b. erhaltenen Partikelerfolgt, d. Eine weitere Hitzebehandlung der so erhaltenen Partikel in eineraktivierenden Atmosphäre erfolgt, e. Und optional eine Zerkleinerung der in Stufe d. erhaltenenPartikel erfolgt.A preferred solution to the above-described problem consists, for example, in a process for the preparation of carbon particles from precursors having a cellulose II structure, precursor being cellulose cellulose non-cylindrical cellulose particles, a. the cellulose particles are optionally subjected to a fire protection pretreatment, b. A first heat treatment in an inert gas atmosphere, c. Optionally, a shredding of the in step b. obtained particles, d. Further heat treatment of the particles thus obtained in an activating atmosphere, e. And optionally a shredding of the in step d. obtained particles.

Eine besonders bevorzugte Lösung der oben beschriebenen Aufgabe bestehtin einem Verfahren zur Herstellung von Carbonpartikeln aus Precursoren mitCellulose-Il-Struktur, wobei als Precursor nicht-zylindrische Cellulosepartikelmit Cellulose-Il-Struktur eingesetzt werden, a. die Cellulosepartikel einer Brandschutzvorbehandlungunterzogen werden, b. Eine erste Hitzebehandlung in Inertgasatmosphäre erfolgt, c. eine Zerkleinerung der in Stufe b. erhaltenen Partikel erfolgt, d. Eine weitere Hitzebehandlung der so erhaltenen Partikel in eineraktivierenden Atmosphäre erfolgt, e. Und eine Zerkleinerung der in Stufe d. erhaltenen Partikelerfolgt,A particularly preferred solution of the above-described object consists in a process for the production of carbon particles from precursors with cellulose II structure, precursor being cellulose cellulose non-cylindrical cellulose particles, a. the cellulose particles are subjected to a fire protection pretreatment, b. A first heat treatment in an inert gas atmosphere, c. a shredding of the in step b. obtained particles, d. Further heat treatment of the particles thus obtained in an activating atmosphere, e. And a shredding of the stage d. obtained particles,

Eine weitere bevorzugte Lösung der oben beschriebenen Aufgabe besteht ineinem Verfahren zur Herstellung von Carbonpartikeln aus Precursoren mitCellulose-Il-Struktur, wobei als Precursor nicht-zylindrische Cellulosepartikelmit Cellulose-Il-Struktur eingesetzt werden, a. die Cellulosepartikel optional einer Brandschutzvorbehandlungunterzogen werden, b. Eine Hitzebehandlung in Inertgasatmosphäre erfolgt und c. eine Zerkleinerung der in Stufe b. erhaltenen Partikel erfolgt.Another preferred solution to the above-described object is a process for producing carbon particles from precursors of cellulose II structure, using as precursor non-cylindrical cellulose particles having cellulose II structure, a. the cellulose particles are optionally subjected to a fire protection pretreatment, b. A heat treatment in an inert gas atmosphere takes place and c. a shredding of the in step b. obtained particles takes place.

Eine weitere mögliche Lösung der oben beschriebenen Aufgabe besteht ineinem Verfahren zur Herstellung von Carbonpartikeln aus Precursoren mitCellulose-Il-Struktur, wobei als Precursor nicht-zylindrische Cellulosepartikelmit Cellulose-Il-Struktur eingesetzt werden, die Cellulosepartikel einerBrandschutzvorbehandlung, bevorzugt durch Imprägnierung mit einer wässrigen Lösung eines Phosphates, unterzogen werden, und abschließendeine Hitzebehandlung in aktivierender Atmosphäre erfolgt. Mit dieser Variantewerden relativ große Carbonpartikel erhalten, da keine Zerkleinerungsschrittestattfinden. Natürlich kann auch ein Zerkleinerungsschritt hinzugefügt werden,um entsprechend kleinere Carbonpartikel zu erhalten. Beispielsweise zeigtFig. 3 ein erfindungsgemäßes zerkleinertes, karbonisiertes und aktiviertesKugelgranulat, während Fig. 4 ein erfindungsgemäßes karbonisiertes undaktiviertes, nicht weiter zerkleinertes Kugelgranulat zeigt, bei dem die Kern-Mantel-Struktur des ursprünglichen Precursors noch deutlich zu erkennen ist.A further possible solution to the above-described problem is a process for the production of carbon particles from cellulose II precursors using non-cylindrical cellulosic cellulose particles as precursor, the cellulose particles of a fire protection pretreatment, preferably by impregnation with an aqueous solution of a cellulose Phosphates, and finally a heat treatment in activating atmosphere takes place. With this variant, relatively large carbon particles are obtained since there are no comminution steps. Of course, a crushing step can also be added to obtain correspondingly smaller carbon particles. For example, FIG. 3 shows a comminuted, carbonized and activated spherical granules according to the invention, while FIG. 4 shows a carbonated and activated, not further comminuted granules according to the invention, in which the core-shell structure of the original precursor can still be clearly seen.

Die Brandschutzvorbehandlung kann entweder eine thermische Oxidation beiTemperaturen von 150eC -400eC unter Luftatmosphäre odereineImprägnierung mit einer Lösung eines Brandschutzmittels, wie z.B.Phosphaten, beispielsweise Diammoniumhydrogenphosphat (DAHP) oderwässriges Kaliumhydroxid (KOH) sein. Dadurch wird eine Schutzschicht aufder Partikeloberfläche aufgebaut, durch die sowohl strukturelleVerbesserungen als vor allem auch höhere Ausbeuten bei der Karbonisierungresultieren.The fire retardant pretreatment may be either thermal oxidation at temperatures of 150eC -400eC under an air atmosphere or impregnation with a solution of a fire retardant, such as phosphates, for example, diammonium hydrogenphosphate (DAHP) or aqueous potassium hydroxide (KOH). This creates a protective layer on the particle surface that results in both structural improvements and, above all, higher carbonization yields.

Bevorzugt ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, beider das Brandschutzmitte! ausgewählt ist aus der Gruppe, enthaltendDiammoniumhydrogenphosphat (DAHP) und Kaliumhydroxid (KOH).Preferred is an embodiment of the method according to the invention, both the fire protection center! is selected from the group containing di-ammonium hydrogen phosphate (DAHP) and potassium hydroxide (KOH).

Die Karbonisierung kann im Batch- oder im kontinuierlichen Verfahren unterinerter Atmosphäre wie z.B. Stickstoff durchgeführt werden. WesentlicheElemente dabei sind die Aulheizrate, die maximale Temperatur, dieVerweilzeit bei maximaler Temperatur und die Abkühlphase, wie auch derVolumenstrom des Spülgases. In Lenzinger Berichte, 90,2012,58*63, ist einsolcher, geeigneter Batchprozess beschrieben. Im kontinuierlichen Verfahrenwerden z.B. Precursorpartikel im Vorlagebehälter mit Stickstoff gespült unddamit inertisiert und anschließend durch eine gekühlte Förderschnecke ineinen Drehrohofen eingebracht. Die Partikel durchlaufen dann z.B. dreiTemperaturzonen, z.B. 400°C, 900eC, 200® und werden im Anschluss nochunter Inertgas abgekühlt. Durch Vorbehandlung und Aufheizrate können dieEigenschaften der resultierenden Kp/^o^'t’kel beeinflusst werden, wie z.B. der resultierende C-Gehalt, der je nach Vorbehandlung zwischen 80% und ΘΘ% einstellbar ist.The carbonization can be carried out batchwise or in a continuous under-inert atmosphere process, e.g. Nitrogen be performed. Essential elements here are the heating rate, the maximum temperature, the maximum temperature residence time and the cooling phase, as well as the volume flow of the purge gas. In Lenzinger reports, 90,2012,58 * 63, einolcher, suitable batch process is described. In the continuous process, e.g. Purged precursor particles in the storage tank with nitrogen and thus rendered inert and then introduced through a cooled screw conveyor in a rotary kiln. The particles then pass through e.g. three temperature zones, e.g. 400 ° C, 900eC, 200® and are then cooled under inert gas. By pretreatment and heating rate, the properties of the resulting particles can be influenced, e.g. the resulting C content, which can be set between 80% and ΘΘ% depending on the pre-treatment.

Der Aktivierungsschritt kann entweder direkt mit dem Precursor oder auch mitbereits karbonisierten Partikeln durchgeführt werden. Eine Vorbehandlung mitz.B. Phosphaten erhöht die Ausbildung von aktiver Oberfläche (siehe Beispiel1). Wie bei der Karbonisierung sind wesentliche Elemente desAktivierungsschrittes die Aufheizrate, die maximale Temperatur, dieVerweil2eit bei maximaler Temperatur und vor allem die Art und derVolumenstrom des Spül- bzw. Aktivierungsgases. Als Aktivierungsgasekönnen z.B. Kohlendioxid oder Wasserdampf eingesetzt werden. In einerbevorzugten Form des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht daher dieaktivierende Atmosphäre während der Hitzebehandlung im Wesentlichen ausWasserdampf oder Kohlendioxid.The activation step can be carried out either directly with the precursor or with already carbonized particles. A pretreatment with e.g. Phosphates increase the formation of active surface area (see Example 1). As with carbonation, essential elements of the activation step are the heating rate, the maximum temperature, the maximum temperature residence time, and most importantly, the type and volume flow of the purge gas. As activation gases, e.g. Carbon dioxide or water vapor can be used. Thus, in a preferred form of the process of the invention, the activating atmosphere during the heat treatment consists essentially of steam or carbon dioxide.

Bel Vorbehandlung der Precursor mit KOH wird die thermische Aktivierungbevorzugt im Inertgasstrom ausgeführt werden. Die Aktivierung kann dabei imDrehrohrofen erfolgen, wobei die Rotation eine gleichförmige Aktivierunggewährleisten soll. Durch Vorbehandlung, maximale Temperatur undVerweilzeit wird die Ausbildung der aktiven Oberfläche gesteuert. Ein Maß fürdie aktive Oberfläche kann der BET-Wert in ma/g sein. Eine andereMöglichkeit der Charakterisierung der Carbonpartikel ist die Messung derelektrischen Kapazität mittels cyclischer Voltametrie von Zweielektroden- oderDreielektrodenzellen bei 1 bzw. 1,5 V mit einer Scanrate von 20mV/s.For pretreatment of precursors with KOH, thermal activation will preferably be carried out in an inert gas stream. The activation can be done in the rotary kiln, the rotation should ensure a uniform activation. Pre-treatment, maximum temperature and residence time control the formation of the active surface. A measure of the active surface area may be the BET value in ma / g. Another way of characterizing the carbon particles is to measure the electrical capacitance by cyclic voltammetry of 2-electrode or triple-electrode cells at 1 and 1.5 V, respectively, with a scan rate of 20 mV / s.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von nicht¬zylindrischen Cellulosepartikeln mit Cellulose-Il-Struktur zur Herstellung vonCarbonpartikeln mittels des oben beschriebenen Verfahrens.Another aspect of the present invention is the use of non-cylindrical cellulosic cellulose II cellulosic particles to produce carbon particles by the method described above.

Die auf diese Weise hergestellten nicht-zylindrischen Carbonpartikel könnenunter anderem zur Herstellung von Elektroden in modernenEnergiespeichermedien eingesetzt werden, bei denen es auf hohe Lade- undEntladegeschwindigkeit ankommt, beispielsweise für Batterien undSuperkondensatoren in Fahrzeugen mit Elektroantrieb oder Start-Stop-Funktion. Auch für die sogenannten „Superca batte ries“ - Hybridsysteme zwischen Superkondensatoren und Batterien - sind die erfindungsgemäßhergestellten Carbonpartikel geeignet. Weitere Einsatzmöglichkeiten sindVerwendungen als Filtermedium, vor allem für die Filtration von Gasen, Luftund Flüssigkeiten sowie als Speichermedium für Gase, beispielsweise fürWasserstoff.The non-cylindrical carbon particles thus produced can be used, inter alia, for the production of electrodes in modern energy storage media which require a high charging and discharging rate, for example for batteries and supercapacitors in vehicles with electric drive or start-stop function. Also for the so-called "Superca batte ries" - hybrid systems between supercapacitors and batteries - the carbon particles produced according to the invention are suitable. Further applications are uses as a filter medium, especially for the filtration of gases, air and liquids as well as storage medium for gases, such as hydrogen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen beschrieben. DieErfindung ist jedoch ausdrücklich nicht auf diese Beispiele beschränkt,sondern umfasst auch alle anderen Ausführungsformen, die auf dem gleichenerfinderischen Konzept beruhen.In the following the invention will be described by way of examples. However, the invention is expressly not limited to these examples, but includes all other embodiments based on the same inventive concept.

BeispieleExamples

Beispiel 1; Aktivierung von Lyocellfasern mit und ohne VorbehandlungExample 1; Activation of lyocell fibers with and without pretreatment

Verwendete Precursor: Kommerziell erhältliche Tencel®-Faser 1,7 dtex/38mm SchnittlängePrecursors used: Commercially available Tencel® fiber 1.7 dtex / 38mm cut length

Vorbehandlung: Imprägnierung der Lyocellfasem mit einer wässrigen Lösungvon Dlammoniumhydrogenphosphat (2 Gew.-%, bezogen auf Cellulose), undanschließende Trockung bei 70°C im Vakuum.Pretreatment: Impregnation of lyocell fibers with an aqueous solution of ammonium hydrogen phosphate (2% by weight, based on cellulose), followed by drying at 70 ° C. in vacuo.

Heiz- & Abkühlrate eC/min 3 T max *C 850Heating & Cooling rate eC / min 3 T max * C 850

Verweilzeit Karbonisierung min 30Residence time carbonation min. 30

Verweilzeit Aktivierung min 60-180Residence time activation min 60-180

Gasstrom Argon l/h 36Gas flow argon l / h 36

Gasstrom Kohlendioxid l/h 24 DAHP auf Lyocell % 2Gas stream carbon dioxide l / h 24 DAHP to lyocell% 2

Die Charakterisierung erfolgte über Ausbeute und aktive Oberfläche mittelsBET-Messung (Meßgerät BELsorp mini II).The characterization was carried out via yield and active surface by BET measurement (BELsorp mini II measuring instrument).

Tabelle 1:Table 1:

Die Versuche des Beispiels 1 zeigen, dass durch die Vorbehandlung sowohldie Ausbeute als auch die aktive Oberfläche erhöht wird. Durch eine längereVerweilzeit in der Karbonisierung wird zwar die aktive Oberfläche erhöht, aberdie Ausbeute sinkt. Diese Erkenntnis ist unverändert von Lyocellfasern aufnicht-zylindrische Lyocellpartikel als Precursor übertragbar.The experiments of Example 1 show that both the yield and the active surface are increased by the pretreatment. A longer dwell time in the carbonation increases the active surface but decreases the yield. This finding is still transferable from lyocell fibers to non-cylindrical lyocell particles as precursors.

Beispiel 2: Aktivierung von Lyocellfasern und Lyocell-Kugelgranulat imVergleichExample 2: Activation of lyocell fibers and lyocell pellets in comparison

Kommerziell erhältliche Lyocellfasern sowie verschiedene, nach der obenbeschriebenen Methode hergestellte Lyocell-Kugelgranulate wurden untergleichen Bedingungen vorbehandelt, karbonisiert und aktiviert. Die elektrischeKapazität der Produkte wurde mittels cyclischer Voltametrie bei 1,5 V miteiner Scanrate von 20mV/s in einer Zweielektrodenzelle mit folgendemAufbau gemessen: Stromkollektor (Aluminiumfolie) - Aktivkohle-Elektrode -Elektrolyt (1,8 mol/l Triethylmethylammoniumtetraborat In Propylencarbonat) -Separator - Aktivkohle-Elektrode - Stromkollektor (Aluminiumfolie).Commercially available lyocell fibers as well as various lyocell pellets produced by the method described above were pretreated, carbonated and activated under the same conditions. The electrical capacitance of the products was measured by cyclic voltammetry at 1.5V at a scan rate of 20mV / s in a two electrode cell with the following construction: Current Collector (Aluminum Foil) - Activated Carbon Electrode - Electrolyte (1.8 mol / L Triethylmethylammonium Tetraborate In Propylene Carbonate) Separator - Activated carbon electrode - current collector (aluminum foil).

Getestete Precursor: Kommerziell erhältliche Tencel®-Faser 1,7 dtex/38 mmSchnittlänge, Lyocell-Kugelgranulat unvermahlen mit 1 mm Durchmesser,Lyocell-Kugelgranulat grob vermahlen (100 pm durchschnittlichePartikelgröße), Lyocell-Kugelgranulat fein vermahlen (8 pm durchschnittlichePartikelgrüße). Die Lyocell-Kugelgranulate wurden nach der in der obigenTested Precursors: Commercially available Tencel® fiber 1.7 dtex / 38 mm cut length, 1 mm diameter Lyocell pellets unmilled, coarsely ground Lyocell pellets (100 μm average particle size), finely ground Lyocell pellets (8 pm average particle greetings). The lyocell pellets were prepared as described in the above

Beschreibung dargestellten Methode hergestellt. Die Bestimmung derPartikelgrüße erfolgte mit einem Laserbeugungsmessgerat.Description shown method produced. The particle greetings were determined by a laser diffractometer.

Heiz-& Abkühlrate °C/min 10 T max °C 850Heating & Cooling rate ° C / min 10 T max ° C 850

Verweilzeit Karbonisierung min 30Residence time carbonation min. 30

Verweilzeit Aktivierung min 150Residence time activation min. 150

Gasstrom Kohlendioxid l/h 80 DAHP auf Lyocell % 2Gas stream carbon dioxide l / h 80 DAHP to lyocell% 2

Tabelle 2:Table 2:

Die Versuche des Beispiels 2 zeigen, dass Lyocell-Kugelgranulate untergleichen Bedingungen eine ähnlich gute Aktivierbarkeit wie Lyocell-Fasernzeigen.The experiments of Example 2 show that lyocell pellets under similar conditions show a similarly good activability as lyocell fibers.

Claims (11)

Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von Carbonpartikeln aus Precursoren mitCellulose-ll*Struktur durch Hitzebehandlung, dadurch gekennzeichnet,daß als Precursor nicht-zylindrische Cellulosepartikel mit Cellulose-Il-Struktur eingesetzt werden.1. Process for the preparation of carbon particles from precursors with cellulose-II structure by heat treatment, characterized in that are used as precursor non-cylindrical cellulose particles with cellulose-II structure. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Hitzebehandlung inInertgasatmosphäre erfolgt.2. The method according to claim 1, wherein the heat treatment takes place in an inert gas atmosphere. 3. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Hitzebehandlung in eineraktivierenden Atmosphäre erfolgt.3. The method according to claim 1, wherein the heat treatment is carried out in an activating atmosphere. 4. Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei die aktivierende Atmosphäre imWesentlichen aus Wasserdampf oder Kohlendioxid besteht.A method according to claim 3, wherein the activating atmosphere consists essentially of water vapor or carbon dioxide. 5. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Cellulosepartikel vor derHitzebehandlung einer ßrandschutzvorbehandlung unterzogen werden.A process according to claim 1, wherein the cellulose particles are subjected to a brimstone pretreatment prior to the heat treatment. 6. Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die Brandschutzvorbehandlungeine Imprägnierung der Cellulosepartikel mit einer Lösung einesBrandschutzmittels ist.A process according to claim 5 wherein the fire retardant pretreatment is an impregnation of the cellulose particles with a fire retardant solution. 7. Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei das Brandschutzmittel ausgewähltist aus der Gruppe, enthaltend Diammoniumhydrogenphosphat (DAHP)und Kaliumhydroxid (KOH).A process according to claim 6 wherein the fire retardant is selected from the group comprising diammonium hydrogen phosphate (DAHP) and potassium hydroxide (KOH). 8. Verfahren gemäß Anspruch S, wobei die Brandschutzvorbehandlungeine thermische Oxidation der Cellulosepartikel bei Temperaturen von15QeC - 400“C unter Luft ist.The process according to claim S, wherein the fire protection pretreatment is a thermal oxidation of the cellulose particles at temperatures of 15QeC - 400 "C under air. 9. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei nach der Hitzebehandlung eineZerkleinerung der durch die Hitzebehandlung erhaltenen Partikel erfolgt.9. The method according to claim 1, wherein after the heat treatment, comminution of the particles obtained by the heat treatment is carried out. 10. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei a. die Cellulosepartikel optional mit einer Lösung einesBrandschutzmittels imprägniert werden, b. Eine erste Hitzebehandlung in Inertgasatmosphäre erfolgt, c. Optional eine Zerkleinerung der in Stufe b. erhaltenen Partikelerfolgt, d. Eine weitere Hitzebehandlung der so erhaltenen Partikel in eineraktivierenden Atmosphäre erfolgt, e. Und optional eine Zerkleinerung der in Stufe d. erhaltenenPartikel erfolgt.10. The method according to claim 1, wherein a. the cellulose particles are optionally impregnated with a solution of a fire retardant, b. A first heat treatment in an inert gas atmosphere, c. Optionally, a shredding of the in step b. obtained particles, d. Further heat treatment of the particles thus obtained in an activating atmosphere, e. And optionally a shredding of the in step d. obtained particles. 11. Verwendung von nicht-zylindrischen Cellulosepartikeln mit Cellulose-Il-Struktur zur Herstellung von Carbonpartikeln mittels eines Verfahrensgemäß Anspruch 1.11. Use of non-cylindrical cellulose particles with cellulose II structure for the production of carbon particles by means of a method according to claim 1.
ATA983/2013A 2013-12-23 2013-12-23 Process for the production of carbon particles AT515234A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA983/2013A AT515234A1 (en) 2013-12-23 2013-12-23 Process for the production of carbon particles
PCT/AT2014/000224 WO2015095902A1 (en) 2013-12-23 2014-12-15 Method for producing carbon particles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA983/2013A AT515234A1 (en) 2013-12-23 2013-12-23 Process for the production of carbon particles

Publications (1)

Publication Number Publication Date
AT515234A1 true AT515234A1 (en) 2015-07-15

Family

ID=52468854

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ATA983/2013A AT515234A1 (en) 2013-12-23 2013-12-23 Process for the production of carbon particles

Country Status (2)

Country Link
AT (1) AT515234A1 (en)
WO (1) WO2015095902A1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5102855A (en) * 1990-07-20 1992-04-07 Ucar Carbon Technology Corporation Process for producing high surface area activated carbon
US20080254972A1 (en) * 2007-02-14 2008-10-16 Rudyard Lyle Istvan Methods of forming activated carbons

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2179181A (en) 1936-04-21 1939-11-07 Soc Of Chemical Ind Cellulose solutions and process of making same
US3447939A (en) 1966-09-02 1969-06-03 Eastman Kodak Co Compounds dissolved in cyclic amine oxides
AT392972B (en) 1988-08-16 1991-07-25 Chemiefaser Lenzing Ag METHOD FOR PRODUCING SOLUTIONS OF CELLULOSE AND DEVICE FOR IMPLEMENTING THE METHOD
ATA53792A (en) 1992-03-17 1995-02-15 Chemiefaser Lenzing Ag METHOD FOR PRODUCING CELLULOSIC MOLDED BODIES, DEVICE FOR IMPLEMENTING THE METHOD AND USE OF A SPINNING DEVICE
US20070178310A1 (en) 2006-01-31 2007-08-02 Rudyard Istvan Non-woven fibrous materials and electrodes therefrom
AT505905B1 (en) 2007-09-21 2009-05-15 Chemiefaser Lenzing Ag CELLULOSE POWDER AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
US9440858B2 (en) * 2011-03-15 2016-09-13 University Of Kentucky Research Foudation Carbon particles

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5102855A (en) * 1990-07-20 1992-04-07 Ucar Carbon Technology Corporation Process for producing high surface area activated carbon
US20080254972A1 (en) * 2007-02-14 2008-10-16 Rudyard Lyle Istvan Methods of forming activated carbons

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015095902A1 (en) 2015-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0759038B1 (en) Cellulose suspension production process
DE19910012C1 (en) Process for the production of molded articles
DE2839167C2 (en) Carbon-carbon composite material and process for its manufacture
EP1763596B1 (en) Method for the production of molded cellulose bodies
CN102877156B (en) Preparation method of anti-flaming recyle polyester staple fiber
EP2190917B1 (en) Cellulose suspension and method for the production thereof
DE19917614C2 (en) Process for the production of cellulosic moldings with high adsorption capacity
AT514123B1 (en) Polysaccharide film and process for its preparation
AT521560B1 (en) Process for preparing a cellulose solution and apparatus therefor
DD140356A5 (en) METHOD FOR PRODUCING AN AMINOXIDE CELLULOSE ELISA
AT505905A4 (en) CELLULOSE POWDER AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
DE2403947C2 (en) Process for the production of fibers from an acrylonitrile polymer using water as a melting aid
Spoerl et al. Carbon fibers prepared from ionic liquid-derived cellulose precursors
WO1996014451A1 (en) Regenerated cellulose moulding and process for producing it
WO2012031989A1 (en) Process for producing polymer-cnt composites
DE10226969B4 (en) Activated carbon fibers and process for their preparation
AT508721A1 (en) CELLULOSE FIBERS WITH IMPROVED DOSAGE ABILITY, METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF, AND THEIR USE FOR THE REINFORCEMENT OF COMPOSITE MATERIALS
EP2644266A1 (en) Lyocell cellulose mould for the selective binding of monovalent heavy metal ions, in particular of thallium and caesium ions and their radioactive isotopes
DE4426966C2 (en) Process for the production of cellulose threads and foils with very high proportions of additives
EP0918815B1 (en) Composition containing fine solid particles
WO2019138092A1 (en) Recycling of insoluble particles from a cellulose-containing starting material
WO2014128128A1 (en) Regenerated cellulose fibres, production and use thereof
EP1511773B1 (en) Method for the production of cellulose carbamate by means of reactive extrusion
EP2116638A1 (en) Cellulose carbamate spinning solution, cellulose carbamate blown film, method for creating same and applications
EP3058023A2 (en) Cellulose suspension, method for the production and use thereof

Legal Events

Date Code Title Description
REJ Rejection

Effective date: 20160315

REJ Rejection

Effective date: 20160515