CH589007A5

CH589007A5 - Active carbon prodn. from organic polymers - by carbonisation in presence of zinc chloride

Info

Publication number: CH589007A5
Application number: CH637773A
Authority: CH
Original assignee: Boehlen Bruno; Mueller Ruedi
Priority date: 1973-05-04
Filing date: 1973-05-04
Publication date: 1977-06-30

Description

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von Aktivkohlen aus synthetischen organischen Polymeren.

Es sind Verfahren zur Herstellung von Aktivkohlen aus pflanzlichen Rohstoffen wie Torf, Holz, Fruchtkerne oder Kohlen bekannt, wobei grundsätzlich nach zwei verschiedenen Methoden vorgegangen wird: a) Nach Durchlaufen der Karbonisierungsphase in inerter Atmosphäre und bei Temperaturen zwischen 200 und 600" C wird das Karbonisierungsprodukt mit wasserdampfbeladenem Stickstoff oder mit CO und CO2 bei Temperaturen zwischen 700 und 1200 C physikalisch aktiviert.

b) Bevor Ausführung der Karbonisierung werden die Ausgangsmaterialien mit den bekannten chemischen Aktivierungsmitteln, wie Zinkchlorid, verschiedene Kaliumsalze, Phosphor- oder Schwefelsäure, imprägniert. Anschliessend an die Karbonisierung in einerter Atmosphäre findet, ebenfalls in inerter Atmosphäre bei Temperaturen zwischen 200 und 600" C, eine chemische Aktivierung der Karbonisierungsprodukte statt.

Die Ausbeute liegt bei den meisten Verfahren zwischen
15 und 50%, bezogen auf das Gewicht der eingesetzten Rohstoffe. Der Aschegehalt solcher Aktivkohlen beträgt, je nach Ausgangsmaterialien, 0,5 bis 20 Gew. %, der Schwefelgehalt (Katalysatorgift) 0,01 bis 0,5 Gew. %. Die spezifischen Oberflächen der nach den üblichen Verfahren erhaltenen Aktivkohlen betragen im allgemeinen 50 bis 1200 m2/g, in Ausnahmefällen bis zu 1500 m2/g.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, Aktivkohlen vollständig oder teilweise aus synthetischen organischen Polymeren herzustellen, um auf diese Weise zu einer besseren Selektivität des Adsorptionsprozesses, bei einem Aschegehalt von weniger als 0,5 % und einer spezifischen Oberfläche von mehr als 2000 m2/g. zu gelangen und/oder mit einem solchen Verfahren einen Beitrag zur sinnvollen Wiederverwertung von unerwünschten Abfallstoffen, wie z. B. abgefahrene, nicht mehr verwendbare Autoreifen, zu leisten.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist nun dadurch gekennzeichnet, dass man die Polymeren mit Zinkchlorid vermischt, anschliessend karbonisiert und dann aktiviert.

Vorzugsweise vermischt man das trockene Zinkchlorid auf eine geeignete Art homogen mit den zu verarbeitenden Rohstoffen.

Als Rohmaterialien können insbesondere eingesetzt werden: reine (einheitliche) organische, synthetische Polymerisate mit polaren Struktureinheiten, wie z. B. Polyvinylchlorid, Polyamid, Polyester, Polyacrylnitril usw.

Vorzugsweise enthalten sämtliche Polymerisatgemische einen Anteil von mindestens 10,0 Gew. % PVC oder Polyamid, und man verwendet vor allem solche Mischungen, wie z.

PVC/Polystyrol, PVC/Polyamid/Polyäthylen, Polyamid/ Polystyrol usw.

Ebenfalls besteht die Möglichkeit, alte Autoreifen als Ausgangsprodukt anzuwenden, wobei diese aber keine Metalle enthalten dürfen.

Die oben erwähnten Rohmaterialien können zu einem beliebigen Anteil pflanzliche Zellulosematerialien, wie z. B.

Holz, Papier oder Baumwolle, enthalten.

Die eingesetzte Menge Zinkchlorid beträgt gewöhnlich das 0,2- bis 1,5fache, vorzugsweise das 0,5- bis 1,2fache des Gewichts des Ausgangsmaterials. Eine bevorzugte Karbonisierung findet in inerter Atmosphäre bei Temperaturen zwischen 100 und 500 C statt und dauert gewöhnlich 30 Minuten bis mehrere Tage. Die Aktivierungstemperaturen liegen vorzugsweise zwischen 500 und 900" C, und die Aktivierungsdauer kann zwischen 30 und 180 Minuten betragen.

Die Anwendungsmöglichkeiten der auf die oben beschriebene Weise hergestellten Aktivkohlen sind grundsätzlich dieselben wie für Aktivkohlen aus pflanzlichen Rohstoffen, und vor allem dient die erfindungsgemäss hergestellte Aktivkohle als molekülselektives Filtermaterial.

Beispiel 1
10 Gewichtsteile weichmacherfreies PVC-Pulver wurden mit 8 Gewichtsteilen trockenem Zinkchlorid vermischt und während 24 Std. von 150 auf 200 C aufgeheizt und anschliessend während 48 Std. bei 200 C belassen. Darauf wurde die Probe unter Stickstoff in 15 Minuten von 300 auf 500 C aufgeheizt und während 60 Minuten bei der Endtemperatur belassen. Die Kohlenstoffausbeute (Kohlenstoff in PVC = 100 betrugmehr als 95 %, der Aschegehalt weniger als 0,2% und die nach BET bestimmte spezifische Oberfläche 2250 m2/g.

Beispiel 2
3 Gewichtsteile PVC-Pulver wurden mit 2 Gewichtsteilen Polystyrol-Granulat und 5 Gewichtsteilen trockenem Zinkchlorid vermischt und unter Stickstoff während 12 Stunden von 180 auf 300 C, und in 1 Stunde von 300 auf 600" C aufgeheizt und während 45 Minuten bei der Endtemperatur belassen. Die Kohlenstoffausbeute betrug 72%, der Aschegehalt weniger als 0,5% und die nach BET bestimmte spezifische Oberfläche 1280 m2/g.

Beispiel 3
10 Gewichtsteile Autoreifen (inkl. Textileinlage, ohne Drähte) wurden mit 6 Gewichtsteilen trockenem Zinkchlorid vermischt und unter Stickstoff während 12 Stunden von 150 auf 250 C, und in 2 Stunden von 250 auf 550" C aufgeheizt und während 60 min bei einer Endtemperatur belassen. Die Ausbeute betrug 55%, bezogen auf das Gewicht des eingesetzten Materials. Die spezifische Oberfläche betrug 850 m2/g.

PATENTANSPRUCH 1
Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle aus synthetischen organischen Polymeren, dadurch gekennzeichnet, dass man die Polymeren mit Zinkchlorid vermischt, anschliessend karbonisiert und dann aktiviert.

UNTERANSPRoCHE
1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man als Ausgangsmaterialien synthetische organische Polymerisate mit polaren Struktureinheiten verwendet, wie z. B. Polyvinylchlorid, Polyamide oder Polyester.

2. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Ausgangsmaterial eine Mischung verwendet, die mindestens 10 Gew. % Polyvinylchlorid oder Polyamid enthält.

3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man als Ausgangsmaterialien abgefahrene, von Metallen befreite Autoreifen verwendet.

4. Verfahren nach Unteransprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsmaterialien einen beliebigen Anteil pflanzlicher Zellulosematerialien, wie z. B. Holz, Papier oder Baumwolle, enthalten.

5. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man, bezogen auf das Ausgangsmaterial, die 0,2- bis 1,5fache Gewichtsmenge an trockenem Zinkchlorid verwendet.

6. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Karbonisierung in inerter Atmosphäre bei Temperaturen von 100-500 C 30 Minuten bis mehrere Tage lang durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung in inerter Atmosphäre bei

**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.

Claims

**WARNUNG** Anfang CLMS Feld konnte Ende DESC uberlappen **.

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von Aktivkohlen aus synthetischen organischen Polymeren.

Es sind Verfahren zur Herstellung von Aktivkohlen aus pflanzlichen Rohstoffen wie Torf, Holz, Fruchtkerne oder Kohlen bekannt, wobei grundsätzlich nach zwei verschiedenen Methoden vorgegangen wird: a) Nach Durchlaufen der Karbonisierungsphase in inerter Atmosphäre und bei Temperaturen zwischen 200 und 600" C wird das Karbonisierungsprodukt mit wasserdampfbeladenem Stickstoff oder mit CO und CO2 bei Temperaturen zwischen 700 und 1200 C physikalisch aktiviert.

b) Bevor Ausführung der Karbonisierung werden die Ausgangsmaterialien mit den bekannten chemischen Aktivierungsmitteln, wie Zinkchlorid, verschiedene Kaliumsalze, Phosphor- oder Schwefelsäure, imprägniert. Anschliessend an die Karbonisierung in einerter Atmosphäre findet, ebenfalls in inerter Atmosphäre bei Temperaturen zwischen 200 und 600" C, eine chemische Aktivierung der Karbonisierungsprodukte statt.

Die Ausbeute liegt bei den meisten Verfahren zwischen 15 und 50%, bezogen auf das Gewicht der eingesetzten Rohstoffe. Der Aschegehalt solcher Aktivkohlen beträgt, je nach Ausgangsmaterialien, 0,5 bis 20 Gew. %, der Schwefelgehalt (Katalysatorgift) 0,01 bis 0,5 Gew. %. Die spezifischen Oberflächen der nach den üblichen Verfahren erhaltenen Aktivkohlen betragen im allgemeinen 50 bis 1200 m2/g, in Ausnahmefällen bis zu 1500 m2/g.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, Aktivkohlen vollständig oder teilweise aus synthetischen organischen Polymeren herzustellen, um auf diese Weise zu einer besseren Selektivität des Adsorptionsprozesses, bei einem Aschegehalt von weniger als 0,5 % und einer spezifischen Oberfläche von mehr als 2000 m2/g. zu gelangen und/oder mit einem solchen Verfahren einen Beitrag zur sinnvollen Wiederverwertung von unerwünschten Abfallstoffen, wie z. B. abgefahrene, nicht mehr verwendbare Autoreifen, zu leisten.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist nun dadurch gekennzeichnet, dass man die Polymeren mit Zinkchlorid vermischt, anschliessend karbonisiert und dann aktiviert.

Vorzugsweise vermischt man das trockene Zinkchlorid auf eine geeignete Art homogen mit den zu verarbeitenden Rohstoffen.

Als Rohmaterialien können insbesondere eingesetzt werden: reine (einheitliche) organische, synthetische Polymerisate mit polaren Struktureinheiten, wie z. B. Polyvinylchlorid, Polyamid, Polyester, Polyacrylnitril usw.

Vorzugsweise enthalten sämtliche Polymerisatgemische einen Anteil von mindestens 10,0 Gew. % PVC oder Polyamid, und man verwendet vor allem solche Mischungen, wie z.

PVC/Polystyrol, PVC/Polyamid/Polyäthylen, Polyamid/ Polystyrol usw.

Ebenfalls besteht die Möglichkeit, alte Autoreifen als Ausgangsprodukt anzuwenden, wobei diese aber keine Metalle enthalten dürfen.

Die oben erwähnten Rohmaterialien können zu einem beliebigen Anteil pflanzliche Zellulosematerialien, wie z. B.

Holz, Papier oder Baumwolle, enthalten.

Die eingesetzte Menge Zinkchlorid beträgt gewöhnlich das 0,2- bis 1,5fache, vorzugsweise das 0,5- bis 1,2fache des Gewichts des Ausgangsmaterials. Eine bevorzugte Karbonisierung findet in inerter Atmosphäre bei Temperaturen zwischen 100 und 500 C statt und dauert gewöhnlich 30 Minuten bis mehrere Tage. Die Aktivierungstemperaturen liegen vorzugsweise zwischen 500 und 900" C, und die Aktivierungsdauer kann zwischen 30 und 180 Minuten betragen.

Die Anwendungsmöglichkeiten der auf die oben beschriebene Weise hergestellten Aktivkohlen sind grundsätzlich dieselben wie für Aktivkohlen aus pflanzlichen Rohstoffen, und vor allem dient die erfindungsgemäss hergestellte Aktivkohle als molekülselektives Filtermaterial.

Beispiel 1 10 Gewichtsteile weichmacherfreies PVC-Pulver wurden mit 8 Gewichtsteilen trockenem Zinkchlorid vermischt und während 24 Std. von 150 auf 200 C aufgeheizt und anschliessend während 48 Std. bei 200 C belassen. Darauf wurde die Probe unter Stickstoff in 15 Minuten von 300 auf 500 C aufgeheizt und während 60 Minuten bei der Endtemperatur belassen. Die Kohlenstoffausbeute (Kohlenstoff in PVC = 100 betrugmehr als 95 %, der Aschegehalt weniger als 0,2% und die nach BET bestimmte spezifische Oberfläche 2250 m2/g.

Beispiel 2 3 Gewichtsteile PVC-Pulver wurden mit 2 Gewichtsteilen Polystyrol-Granulat und 5 Gewichtsteilen trockenem Zinkchlorid vermischt und unter Stickstoff während 12 Stunden von 180 auf 300 C, und in 1 Stunde von 300 auf 600" C aufgeheizt und während 45 Minuten bei der Endtemperatur belassen. Die Kohlenstoffausbeute betrug 72%, der Aschegehalt weniger als 0,5% und die nach BET bestimmte spezifische Oberfläche 1280 m2/g.

Beispiel 3 10 Gewichtsteile Autoreifen (inkl. Textileinlage, ohne Drähte) wurden mit 6 Gewichtsteilen trockenem Zinkchlorid vermischt und unter Stickstoff während 12 Stunden von 150 auf 250 C, und in 2 Stunden von 250 auf 550" C aufgeheizt und während 60 min bei einer Endtemperatur belassen. Die Ausbeute betrug 55%, bezogen auf das Gewicht des eingesetzten Materials. Die spezifische Oberfläche betrug 850 m2/g.

PATENTANSPRUCH 1 Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle aus synthetischen organischen Polymeren, dadurch gekennzeichnet, dass man die Polymeren mit Zinkchlorid vermischt, anschliessend karbonisiert und dann aktiviert.

UNTERANSPRoCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man als Ausgangsmaterialien synthetische organische Polymerisate mit polaren Struktureinheiten verwendet, wie z. B. Polyvinylchlorid, Polyamide oder Polyester.

2. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Ausgangsmaterial eine Mischung verwendet, die mindestens 10 Gew. % Polyvinylchlorid oder Polyamid enthält.

3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man als Ausgangsmaterialien abgefahrene, von Metallen befreite Autoreifen verwendet.

4. Verfahren nach Unteransprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsmaterialien einen beliebigen Anteil pflanzlicher Zellulosematerialien, wie z. B. Holz, Papier oder Baumwolle, enthalten.

5. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man, bezogen auf das Ausgangsmaterial, die 0,2- bis 1,5fache Gewichtsmenge an trockenem Zinkchlorid verwendet.

6. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Karbonisierung in inerter Atmosphäre bei Temperaturen von 100-500 C 30 Minuten bis mehrere Tage lang durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung in inerter Atmosphäre bei

Temperaturen von 500-900 C 30-180 Minuten lang ausgeführt wird.

8. Verfahren nach Patentanspruch I oder Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man bei Anwesenheit von Schwefel in den Ausgangsmaterialien die erhaltene Aktivkohle zusätzlich mit verdünnter HCI auswäscht.

PATENTANSPRUCH II Verwendung der nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch I erhaltenen Aktivkohle als molekülselektives Filtermaterial.