DE10220464A1

DE10220464A1 - Verfahren zur Herstellung eines Adsorptionsmittels, Adsorptionsmittel und Verwendung eines Adsorptionsmittel

Info

Publication number: DE10220464A1
Application number: DE2002120464
Authority: DE
Inventors: Uwe Ernst; Andreas Gouw; Johannes Kuepers; Jens Sohnemann; Christian Horn; Ralf Bertling; Karl Meller
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; ADSOCA AG
Current assignee: Adsoca Ag 48432 Rheine De; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2002-05-07
Filing date: 2002-05-07
Publication date: 2003-11-27

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Adsorptionsmittels, wobei eine Füllstoffsuspension aus zumindest einem Füllstoff und Wasser hergestellt wird und wobei die Füllstoffsuspension mit einem Kautschuklatex oder einer Kautschukemulsion oder einer Kautschuklösung vermischt wird. Aus der Mischung wird füllstoffhaltiges Kautschukpulver ausgefällt. Anschließend wird das Kautschukpulver von der flüssigen Phase abgetrennt und das Kautschukpulver wird zu Formlingen gepresst. Die Formlinge werden gehärtet und durch Erhitzen carbonisiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Adsorptionsmittels. Die Erfindung betrifft fernerhin ein Adsorptionsmittel und die Verwendung eines Adsorptionsmittels. - Adsorptionsmittel meint im Rahmen der Erfindung insbesondere ein Gas-Adsorptionsmittel. Mit einem solchen Gas-Adsorptionsmittel kann beispielsweise mit Schadstoffgasen verunreinigte Luft gereinigt werden, indem die Schadstoffgase an dem Adsorptionsmittel adsorbiert werden. Grundsätzlich liegt es aber auch im Rahmen der Erfindung, das erfindungsgemäße Adsorptionsmittel für die Reinigung von flüssigen Phasen einzusetzen.
Aus der Praxis ist es bekannt, ein Adsorptionsmittel, insbesondere ein Gas-Adsorptionsmittel aus Aktivkohle einzusetzen. So sind beispielsweise Tankfilter aus Aktivkohle, die insbesondere in den Tanks von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, bekannt. Mit diesen Aktivkohletankfiltern wird eine Benzindampfabscheidung bzw. eine Adsorption von im Tank vorhandenen Benzindämpfen erreicht. Die bekannten Aktivkohlefilter bzw. Aktivkohletankfilter weisen jedoch einen beachtlichen Nachteil auf. Nach entsprechender Beladung der Aktivkohlefilter können die Filter regeneriert werden, indem eine Desorption herbeigeführt wird. Allerdings lässt bei den bekannten Aktivkohlefiltern der dabei erreichte Desorptionsgrad zu wünschen übrig. Bei diesen Filtern wird also lediglich eine relativ geringe Desorption erzielt. Mit anderen Worten verbleibt eine verhältnismäßig hohe Restbeladung des Filters, die nicht oder zumindest nicht mit einfachen üblichen Maßnahmen entfernt werden kann.
Demgegenüber liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem ein Adsorptionsmittel auf relativ einfache und wenig aufwendige Weise hergestellt werden kann, welches Adsorptionsmittel sich durch eine hohe Desorptionsfähigkeit bzw. einen hohen Desorptionsgrad auszeichnet. Der Erfindung liegt weiterhin das technische Problem zugrunde, ein entsprechendes Adsorptionsmittel anzugeben sowie eine Verwendung des Adsorptionsmittels.
Zur Lösung des technischen Problems lehrt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Adsorptionsmittels, wobei eine Füllstoffsuspension aus zumindest einem Füllstoff und Wasser hergestellt wird,
wobei die Füllstoffsuspension mit einem Kautschuklatex oder einer Kautschukemulsion oder einer Kautschuklösung vermischt wird, wobei aus dieser Mischung füllstoffhaltiges Kautschukpulver ausgefällt wird,
wobei anschließend das füllstoffhaltige Kautschukpulver von der flüssigen Phase abgetrennt wird, wobei das Kautschukpulver zu Formlingen gepresst wird, wobei die Formlinge gehärtet werden, und wobei die Formlinge durch Erhitzen carbonisiert werden. - Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Gas- Adsorptionsmittels mit dem vor allem Schadstoffgase adsorbiert werden können.
Nach sehr bevorzugter Ausführungsform, der im Rahmen der Erfindung ganz besondere Bedeutung zukommt, wird eine Füllstoffsuspension aus Ruß und Wasser hergestellt. Grundsätzlich können für die Füllstoffsuspension die verschiedensten Rußsorten eingesetzt werden. Die Füllstoffsuspension enthält zweckmäßigerweise 0,3 bis 10 Gew.-% Ruß, vorzugsweise 0,5 bis 7 Gew.-% Ruß. Der erfindungsgemäß eingesetzte Ruß weist bevorzugt eine CTAB-Zahl von über 20 m²/g, sehr bevorzugt von über 50 m²/g auf.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass ein Kautschuklatex oder eine Kautschukemulsion oder eine Kautschuklösung eines natürlichen Kautschuks und/oder eines synthetischen Kautschuks eingesetzt wird. Vorzugsweise wird ein Kautschuklatex eines natürlichen Kautschuks und/oder eines synthetischen Kautschuks eingesetzt. Latex meint dabei eine kolloidale Dispersion zumindest eines Polymeren im wässrigen Medium. - Neben Naturkautschuk können verschiedene synthetische Kautschuktypen verwendet werden. Nach einer Ausführungsform der Erfindung können bei Lösemittel- Polymerisationen synthetisierte Kautschuke eingesetzt werden.
Als Kautschuktypen eignen sich insbesondere Polybutadiene, Polyisoprene, Styrol-Butadien-Copolymere (SBR), Ethylen- Propylen-Copolymerisate und Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymerisate. Als Kautschuke kommen fernerhin auch beispielsweise Carboxyl-Kautschuke, Epoxid-Kautschuke oder halogenierte Butylkautschuke in Frage. - Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass der Kautschuklatex, die Kautschukemulsion oder die Kautschuklösung Mischungen von zwei oder mehr Kautschuken umfassen.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird die Füllstoffsuspension vorgelegt und wird dazu dann der Kautschuklatex, die Kautschukemulsion oder die Kautschuklösung gegeben. Grundsätzlich kann dieses Verfahren entweder diskontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführt werden. Bei der diskontinuierlichen Verfahrensweise erfolgt die Mischung der Komponenten zweckmäßigerweise in einem Rührkessel. Bei der kontinuierlichen Verfahrensweise können Ströme der Komponenten beispielsweise in einem Rohr gemischt werden.
Nach Herstellung der Mischung der Füllstoffsuspension mit dem Kautschuklatex oder mit der Kautschukemulsion oder mit der Kautschuklösung kann das füllstoffhaltige Kautschukpulver grundsätzlich sofort ausfallen. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass für die Ausfällung der ph-Wert der Mischung auf 4 bis 7, bevorzugt auf 4,5 bis 6,5 eingestellt wird. Diese Einstellung des pH-Wertes kann mit einer Säure erfolgen. Nach einer sehr bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zur Ausfällung des füllstoffhaltigen Kautschukpulvers ein Koagulationsmittel zu der Mischung gegeben. Bei dem Koagulationsmittel handelt es sich zweckmäßigerweise um zumindest ein wasserlösliches Salz eines Metalls aus den Gruppen IIa, IIb, IIIa und VIII des periodischen Systems der Elemente. Geeignete Salze sind Magnesiumchlorid, Zinksulfat, Aluminiumchlorid, Aluminiumsulfat, Eisenchlorid, Eisensulfat, Kobaltnitrat und Nickelsulfat. Bevorzugt sind Salze des Aluminiums, sehr bevorzugt ist Aluminiumsulfat.
Nach der Ausfällung des füllstoffhaltigen Kautschukpulvers erfolgt erfindungsgemäß die Abtrennung der flüssigen Phase. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass das füllstoffhaltige Kautschukpulver in einer Presse entwässert wird. Hierzu kann eine Bandfilterpresse, eine Kammerfilterpresse oder eine Membranfilterpresse eingesetzt werden. Zweckmäßigerweise wird die Entwässerung des Kautschukpulvers in der Presse mit der Maßgabe durchgeführt, dass die Restfeuchte des entwässerten Kautschukpulvers 65 bis 85 Gew.-% beträgt. An die Entwässerung in der Presse schließt zweckmäßigerweise eine Vortrocknung des füllstoffhaltigen Kautschukpulvers an.
Im Anschluss an die Abtrennung der flüssigen Phase bzw. an die Entwässerung in der Presse und ggf. an die Vortrocknung erfolgt das Pressen des Kautschukpulvers zu Formlingen. Das . Pressen der Formlinge findet zweckmäßigerweise in einer Flachmatrizenpresse statt. Nach sehr bevorzugter Ausführungsform, der im Rahmen der Erfindung ganz besondere Bedeutung zukommt, wird das Kautschukpulver zu zylinderförmigen Formlingen gepresst. Diese Formlinge haben sich bei der Lösung des erfindungsgemäßen technischen Problems besonders bewährt. Zweckmäßigerweise haben die zylinderförmigen Formlinge einen Zylinderdurchmesser von 1 bis 4 mm und eine Zylinderhöhe, die dem Ein- bis Dreifachen des Zylinderdurchmessers entspricht. Grundsätzlich können aus dem füllstoffhaltigen Kautschukpulver auch Formlinge mit anderen Formgebungen gepresst werden, beispielsweise kugelförmige Formlinge. - Nach bevorzugter Ausführungsform beträgt der größte Durchmesser der gepressten Formlinge 2 bis 12 mm, vorzugsweise 3 bis 10 mm. Größter Durchmesser meint hier die längste Erstreckung bzw. die größte Abmessung des Formlings. Wenn zylinderförmige Formlinge mit der oben genannten Zylinderhöhe gepresst werden, entspricht der größte Durchmesser also der Zylinderhöhe, die das Ein- bis Dreifache des Zylinderdurchmessers beträgt.
Nach dem Pressen der Formlinge werden die Formlinge zweckmäßigerweise bei 70 bis 150°C, vorzugsweise bei 80 bis 140°C im Trocknungsofen gehärtet. Es findet also eine Härtung der noch feuchten Formlinge statt. Die Formlinge ruhen dabei zweckmäßigerweise im Trocknungsofen und sind keiner mechanischen Beanspruchung ausgesetzt. Durch die Härtung erhält man sehr feste und mechanisch belastbare Formlinge. Die Formlinge weisen nach der Härtung im Trocknungsofen vorzugsweise lediglich einen Restwassergehalt von < 3 Gew.-%, auf, bevorzugt einen Restwassergehalt von 0,01 bis < 3 Gew.-%. Die gehärteten Formlinge haben vorzugsweise einen Kautschukgehalt von 2 bis 33 Gew.%.
Nach der Härtung der Formlinge findet zweckmäßigerweise eine Carbonisierung der Formlinge durch Erhitzen statt. Die Carbonisierung wird vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 120 und 750°C, bevorzugt bei einer Temperatur zwischen 140 und 650°C durchgeführt. Carbonisierung meint im Rahmen der Erfindung, dass der Kautschuk in den Formlingen zumindest teilweise verkohlt wird. Zweckmäßigerweise findet die Carbonisierung unter Inertgasatmosphäre statt und zwar vorzugsweise in einem Drehrohrofen. Die Verweilzeit der Formlinge beim Erhitzen in der Inertgasatmosphäre bzw. in dem Drehrohrofen beträgt bevorzugt 10 bis 80 min. sehr bevorzugt 15 bis 160 min. Der Drehrohrofen kann direkt auf die genannten Carbonisierungstemperaturen erhitzt werden, indem ein inertes Heißgas mit entsprechender Temperatur durch das Drehrohr des Drehrohrofens geleitet wird. Der Drehrohrofen kann aber auch indirekt beheizt werden, z. B. durch eine elektrische Mantelbeheizung oder durch eine indirekte Gasbeheizung von außen. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass nach der Carbonisierung eine Kühlung der Formlinge erfolgt. Dabei kann zunächst eine Vorkühlung auf 140°C stattfinden, wobei diese Vorkühlung zweckmäßigerweise im Bereich des Drehofens erfolgt. Die Formlinge werden bei der Kühlung letztendlich auf eine Temperatur < 80°C abgekühlt und zwar entweder in einer indirekt gekühlten Vorrichtung oder durch direkte Abkühlung, beispielsweise durch Eingeben der Formlinge, in ein Wasserbad, wobei eine Abschreckung auf eine Temperatur < 80°C stattfindet.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung können die Formlinge einer Aktivierung mit Wasserdampf bei 500 bis 1000°C, zweckmäßigerweise bei 650 bis 950°C unterzogen werden. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um eine Nachaktivierung, die sich an die Carbonisierung anschließt bzw. zwischen Carbonisierung und Kühlung der Formlinge durchgeführt wird. Die Aktivierung mit Wasserdampf findet vorzugsweise in einem Drehrohrofen statt. Die Verweilzeit der Formlinge bei der Aktivierung bzw. in dem Drehrohrofen beträgt zumindest 15 min. beispielsweise 15 bis 180 min. Zur Lösung des technischen Problems lehrt die Erfindung weiterhin ein Adsorptionsmittel, insbesondere ein Gas- Adsorptionsmittel, in Form von gepressten, gehärteten und carbonisierten Formlingen aus einem füllstoffhaltigen Kautschukpulver. Nach der Härtung und vor der Carbonisierung sind in den Formlingen vorzugsweise 2 bis 33 Gew.% Kautschuk enthalten. Zweckmäßigerweise wird als Füllstoff Ruß eingesetzt. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass das erfindungsgemäße Adsorptionsmittel nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt wird.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass mit dem erfindungsgemäßen Adsorptionsmittel eine optimale und sehr effektive Adsorption erreicht werden kann. Insbesondere Gase, bzw. Schadstoffgase werden wirksam und möglichst vollständig an dem Adsorptionsmittel adsorbiert. Das Adsorptionsmittel zeichnet sich vor allem durch den beachtlichen Vorteil aus, dass bei einer Regenerierung des Adsorptionsmittels problemlos eine nahezu vollständige Desorption erzielt werden kann. Und zwar können auf einfache Weise Desorptionsgrade bis zu 99,5% erreicht werden. Die Restbeladung des Adsorptionsmittels mit adsorbierten Stoffen kann also bis zu 0,5% reduziert werden.
Die Erfindung lehrt weiterhin die Verwendung eines erfindungsgemäßen Adsorptionsmittels in Form von gepressten, gehärteten und carbonisierten Formlingen aus einem füllstoffhaltigen Kautschukpulver als Tankfilter zur Adsorption von Kraftstoffen bzw. von Benzindämpfen. Zweckmäßigerweise wird das Adsorptionsmittel nach dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt. Nach der Härtung und vor der Carbonisierung enthalten die Formlinge vorzugsweise 2 bis 33 Gew.-% Kautschuk. - Das erfindungsgemäße Adsorptionsmittel wird insbesondere in Tankfiltern von Kraftfahrzeugen verwendet. Hier hat sich das Adsorptionsmittel bzw. der entsprechende Tankfilter durch eine besonders hohe bzw. effektive Adsorption von Kraftstoffdämpfen bzw. von Benzindämpfen bewährt. Vor allem bei diesem Verwendungszweck ist bei einer Regenerierung des Adsorptionsmittels bzw. des Tankfilters eine überraschend weitgehende Desorption möglich, und zwar ist eine fast vollständige Desorption bis zu 99,5% möglich. Die Restbeladung des Filters mit adsorbierten Gasen bzw. Benzindämpfen kann bis zu 0,1 bis 1,5% reduziert werden. In einem Tankfilter für Kraftstoffdämpfe zeichnet sich somit das erfindungsgemäße Adsorptionsmittel durch ganz besondere Vorteile aus.
Das erfindungsgemäße Adsorptionsmittel kann vor allem sehr effektiv als Gas-Adsorptionsmittel verwendet werden und zwar auf verschiedenen Gebieten der Gasreinigung, Gastrennung und Abluftbehandlung (Filterung von Schadstoffgasen). - Grundsätzlich kann das erfindungsgemäße Adsorptionsmittel aber auch für die Reinigung von flüssigen Phasen eingesetzt werden und zwar im Bereich der Trinkwasserreinigung, Abwasserreinigung, Deponiesickerwasserreinigung bzw. Reinigung belasteter Sickerwässer. Für die Reinigung belasteter Sickerwässer kann beispielsweise auch eine Adsorptionswand aus dem erfindungsgemäßen Adsorptionsmittel im Erdboden erstellt werden. Weiterhin können horizontale und/oder vertikale Schutzschichten aus dem erfindungsgemäßen Adsorptionsmittel gegen die Ausbreitung belasteter Flüssigkeiten realisiert werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Adsorptionsmittels, wobei eine Füllstoffsuspension aus zumindest einem Füllstoff und Wasser hergestellt wird,
wobei die Füllstoffsuspension mit einem Kautschuklatex oder einer Kautschukemulsion oder einer Kautschuklösung vermischt wird, wobei aus der Mischung füllstoffhaltiges Kautschukpulver ausgefällt wird,
wobei anschließend das Kautschukpulver von der flüssigen Phase abgetrennt wird, wobei das Kautschukpulver zu Formlingen gepresst wird, wobei die Formlinge gehärtet werden, und wobei die Formlinge durch Erhitzen carbonisiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Füllstoffsuspension aus Ruß und Wasser hergestellt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei ein Kautschuklatex oder eine Kautschukemulsion oder eine Kautschuklösung zumindest eines natürlichen Kautschuks und/oder zumindest eines synthetischen Kautschuks eingesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zur Ausfällung des füllstoffhaltigen Kautschukpulvers ein Koagulationsmittel zu der Mischung gegeben wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das füllstoffhaltige Kautschukpulver in einer Presse entwässert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Kautschukpulver zu zylinderförmigen Formlingen gepresst wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der größte Durchmesser der Formlinge 2 bis 12 mm, vorzugsweise 3 bis 10 mm beträgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Formlinge bei 70 bis 150°C, vorzugsweise bei 80 bis 140°C im Trocknungsofen gehärtet werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Formlinge bei einer Temperatur zwischen 120 und 750°C, vorzugsweise zwischen 140 und 650°C carbonisiert werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Formlinge einer Aktivierung mit Wasserdampf bei 500 bis 1.000°C, zweckmäßigerweise bei 650 bis 950°C, unterzogen werden.

11. Adsorptionsmittel, insbesondere Gas-Adsorptionsmittel in Form von gepressten, gehärteten und carbonisierten Formlingen aus einem füllstoffhaltigen Kautschukpulver.

12. Adsorptionsmittel nach Anspruch 11, wobei der Füllstoff Ruß ist.

13. Verwendung eines Adsorptionsmittels in Form von gepressten, gehärteten und carbonisierten Formlingen aus einem füllstoffhaltigen Kautschukpulver als Tankfilter zur Adsorption von Kraftstoffdämpfen.