DE1161869B - Verfahren zur Herstellung von gebundenen Adsorptionsmitteln, insbesondere Molekularsieben - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von gebundenen Adsorptionsmitteln, insbesondere Molekularsieben

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DE1161869B
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Germany
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adsorbent
binder
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molecular sieves
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DES69626A
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Inventor
Dipl-Chem Klaus Wacks
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DAREX GmbH
Original Assignee
DAREX GmbH
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/10Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate
    • B01J20/16Alumino-silicates
    • B01J20/18Synthetic zeolitic molecular sieves
    • B01J20/183Physical conditioning without chemical treatment, e.g. drying, granulating, coating, irradiation

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Description

  • Verfahren zur Herstellung von gebundenen Adsorptionsmitteln, insbesondere Molekularsieben Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gebundenen Adsorptionsmitteln, insbesondere von zeolithischen Molekularsieben oder von Mineralien mit ähnlichen Eigenschaften.
  • Bekanntlich setzen aus Kristalliten zusammengesetzte oder sandige Adsorptionsmittel der Verformung hohen Widerstand entgegen. Sofern Formkörper überhaupt hergestellt werden können, neigen diese zum Abrieb, und ihre leichte Zerstörbarkeit läßt eine technische Verwendung nicht zu.
  • Dies gilt insbesondere für natürliche und synthetische Zeolithe sowie einige andere Mineralien mit ähnlichen Eigenschaften, z.B. Pharmakosiderit. Diese Stoffe haben in letzter Zeit in Anbetracht ihres selektiven Adsorptionsvermögens große Bedeutung erlangt.
  • Es sind verschiedene Verfahren bekannt, um diese Stoffe durch Bindemittel in einen verformbaren Zustand zu bringen und ihnen in einer zur Verformung geeigneten Vorrichtung die gewünschte Gestalt zu geben. Bekannte Bindemittel sind z. B. Tonmineralien, Attapulgit oder besonders reines gelatinöses Aluminiumhydroxyd. An diese Bindemittel werden teilweise besondere Anforderungen bezüglich Reinheit oder besonderer Materialeigenschaften gestellt.
  • Diese pulverförmigen oder pastenförmigen Stoffe werden mit den Molekularsieben in der gewünschten Menge, die zur Erzielung der erforderlichen Härte nötig ist, oft durch stundenlanges inniges Verkneten gleichmäßig vermischt und anschließend verformt.
  • Nach anderen Verfahren werden Fonnlinge von brauchbarer Härte dadurch hergestellt, daß mit Bindemitteln versetzte Molekularsiebe einer Wärmebehandlung in Bädern aus geschmolzenen Metallen unterworfen werden. Alle diese Verfahren liefern Fertigprodukte, die nach teilweise komplizierten Trocknungsvorgängen eine Härte aufweisen, die allen Anforderungen der Technik genügt. Die Mischvorgänge sind jedoch langwierig, werden von vielen Faktoren beeinflußt und lassen sich nur absatzweise durchführen.
  • Nach einem anderen bekannten Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus kristallisierten feinkörnigen Zeolithen unter Verwendung eines Bindemittels werden die Zeolithe unter Zusatz von Kieselsäureestern verformt und die Kieselsäureester anschließend hydrolysiert, worauf das Produkt calciniert wird. Bei diesem Verfahren findet eine verzögerte Bildung des Bindemittels statt. Kieselsäureester weisen jedoch verschiedene Nachteile auf. Abgesehen von ihrer Kostspieligkeit sind sie nur sehr begrenzt haltbar. Ferner sind sie nur in organischen Lösungsmitteln löslich, und man benötigt daher bei ihrer Anwendung außerdem noch organische Lösungsmittel. Schließlich müssen die nach dem bekannten Verfahren hergestellten Formkörper längere Zeit an der Luft liegen bleiben, bis die Hydrolyse des Esters beendet ist, falls man für die Beendigung der Hydrolyse nicht höhere Temperaturen anwenden will, bei denen aber wiederum die Gefahr der Verflüchtigung eines Teiles des Kieselsäureesters besteht. Da die durch Hydrolyse von Kieselsäureestern gebundenen Zeolith-Formkörper offenbar keine ausreichende Festigkeit besitzen, werden nach einer bevorzugten Ausführungsform des bekannten Verfahrens den Zeolithen noch feinstgemahlene gleichartige Zeolithe oder feinkörniger Ton oder Kaolin zugesetzt. Diese Zusätze beeinträchtigen aber das Adsorptionsvermögen der fertigen Formkörper, da Zeolithe beim Durchgang durch eine Kolloidmühle bekanntlich ihre Aktivität einbüßen.
  • Die Erfindung beruht nun auf der Feststellung, daß die oben beschriebenen Nachteile der Kieselsäureester vermieden werden können und man auf sehr einfache Weise mit Hilfe von Kieselsäure oder Aluminiumoxyd gebundene Zeolith-Formkörper von ausreichender Festigkeit erhält, wenn man eine verzögerte Bildung des Bindemittels durch Hydrolyse einer wäßrigen Lösung herbeiführt, die so zusammengesetzt ist, daß die durch Hydrolyse entstehende und als Bindemittel wirkende Kieselsäure oder Tonerde nicht in Form eines Gels anfällt. Hierbei spielt die Hydrolysegeschwindigkeit eine maßgebende Rolle.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von gebundenen Adsorptionsmitteln, insbesondere Molekularsieben, wobei als Bindemittel Aluminiumoxydhydrat oder Kieselsäure verwendet und das Adsorptionsmittel mit einer Bindemittellösung oder -suspension gemischt, verformt, getrocknet und gegebenenfalls aktiviert wird, besteht darin, daß als Bindemittellösung eine wäßrige Lösung verwendet wird, die ein wasserlösliches Aluminiumsalz oder Aluminat, insbesondere Natriumaluminat, bzw. ein wasserlösliches Silicat, wie Natriumsilicat, und außerdem ein Säureamid, insbesondere Harnstoff, bzw. ein Säurechlorid, ein Nitril, einen Ester oder ein Gemisch derartiger Verbindungen enthält.
  • Vorzugsweise wird dabei die Bindemittellösung in solcher Menge bzw. Konzentration angewandt, daß die Bindemittelmenge im gebundenen Adsorptionsmittel 1 bis 35 Gewichtsprozent, bezogen auf aktives Adsorptionsmittel, beträgt.
  • Das am besten geeignete Fällungsmittel, welches gleichzeitig auch die billigste Produktion gestattet, ist Harnstoff, Als Säurechlorid kann man beispielsweise sChlorpropionsäurechlorid, als Nitrile Acetonitril oder Propionitril, als Ester Methylacetat verwenden.
  • Das feinkristalline Adsorptionsmittel kann aus bestimmten Arten Tonerde, Kieselsäure oder Silicaten, Aluminiumsilicaten, aus natürlichen Würfel-, Blätter-oder Faserzeolithen, aber auch aus synthetischen Zeolithen, wie den Zeolithen A und X bzw. ähnlichen Produkten, bestehen.
  • Der Mischvorgang besteht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren lediglich im Zusammenbringen des feinkristallinen Adsorptionsmittels mit der Bindemittellösung. Dies geschieht zweckmäßig durch Versprühen der Bindemittellösung oder -suspension in geeigneter Menge auf das in einer entsprechenden Fördervorrichtung geförderte Gut. Dadurch wird eine praktisch kontinuierliche Arbeitsweise bei kürzestem Weg vom pulverförmigen Material zur Verformungseinrichtung erzielt.
  • Nach der Verformung kann das Adsorptionsmittel beliebig bei Temperaturen zwischen 60 und 3000 C, gegebenenfalls auch bei höheren Temperaturen, getrocknet werden.
  • Vorzugsweise können Trocknung und Aktivierung unmittelbar anschließend an den Verformungsvorgang in einem Arbeitsgang durchgeführt werden. Ein längeres Warten nach dem Verformungsvorgang ist also nicht erforderlich. Die erfindungsgemäß hergestellten Formkörper behalten auch nach tagelangem Liegen in Wasser ihre Härte bei.
  • Bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung werden z. B. Harnstoff und Natriumaluminat gesondert in geeigneten Wassermengen gelöst und beide Lösungen vereinigt. Das Gemisch ist selbst bei 800 C einige Stunden haltbar, ohne Aluminiumhydroxyd abzuscheiden. Die Lösung wird nun in geeigneter Menge mit dem zu bindenden Adsorptionsmittel in Berührung gebracht, z. B. durch Versprühen auf das in einer entsprechenden Vorrichtung geförderte feinkristalline Adsorptionsmittel. Dieses wird anschließend sofort in geeigneter Weise, z. B. durch eine Strangpresse, Tablettierpresse oder einen Granulator, verformt.
  • Das als Nebenprodukt entstehende Natriumcarbonat wirkt lediglich als Füllstoff, ohne das Adsorptionsvermögen des Adsorptionsmittels in irgendeiner Weise zu beeinträchtigen. Die als Bindemittel entstehende Tonerde weist bei diesem Verfahren ein so geringes Adsorptionsvermögen auf, daß die Wirkung des eigentlichen aktiven Stoffes dadurch nicht beein- flußt und seine Leistung nicht beeinträchtigt wird.
  • Bei einem Zeolith ist z. B. die Leistung stets proportional dem Zeolithanteil.
  • Das Ende der bei der Trocknung stattfindenden Reaktion zwischen dem Harnstoff und dem Natriumaluminat erkennt man am Aufhören der Ammoniakentwicklung. Will man das entstandene Natriumcarbonat im Produkt belassen, so werden die Formlinge gleich weiteraktiviert, worauf sie verwendungsfähig sind. In einigen Sonderfällen erweist sich der Gehalt an Natriumcarbonat als günstig. Andernfalls kann nach Beendigung der Reaktion das verformte Gut in geeigneter Weise ausgewaschen werden.
  • Trocknung und Aktivierung dieses Materials können in einem Arbeitsgang vorgenommen werden.
  • Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formkörper erfüllen bezüglich Härte und Abriebfestigkeit alle an sie gestellten Anforderungen.
  • Beispiel 1 Es wird eine Lösung von 8 g Harnstoff in 15 ccm Wasser und außerdem gesondert eine Lösung von 20 g Natriumaluminat in 30 ccm Wasser hergestellt.
  • Beide Lösungen werden miteinander vereinigt.
  • 100 g vollsynthetischer Zeolith A werden mit 44 ccm der obigen Lösung verrührt, und das Gemisch wird durch eine Strangpresse verformt. Der Lochabstand in der Düsenplatte ist von untergeordneter Bedeutung, ebenso wie die Anordnung der Löcher, da die verwendete Lösung als Gleitmittel wirkt. Nach der Trocknung bei 2000 C wird das Natriumcarbonat ausgewaschen und das verformte und gebundene Adsorptionsmittel auf Wasseraufnahme geprüft. Die Leistung erweist sich als dem Zeolithgehalt proportional.
  • Beispiel 2 Es wird, wie im Beispiel 1, zunächst eine Lösung von 8 g Harnstoff in 15 ccm Wasser und eine zweite Lösung von 20 g Natriumaluminat in 30 ccm Wasser hergestellt, und die Lösungen werden miteinander vermischt.
  • 100 g Natrolith (Fundstelle bei Sontra in Hessen), zerkleinert auf einer Korngröße von weniger als 30 Il, werden mit 40 ccm der obigen Lösung vermischt und stranggepreßt. Die weitere Behandlung entspricht derjenigen des Beispiels 1 und ergibt die gleichen Resultate.
  • Bei Verwendung von nur 30 ccm Lösung erhält man noch ein fließfähiges Pulver, welches sich gut tablettieren läßt.

Claims (5)

  1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von gebundenen Adsorptionsmitteln, insbesondere Molekularsieben, wobei als Bindemittel Aluminiumoxydhydrat oder Kieselsäure verwendet und das Adsorptionsmittel mit einer Bindemittellösung oder -suspension gemischt, verformt, getrocknet und gegebenenfalls aktiviert wird, da d u r c h g e -kennzeichnet, daß als Bindemittellösung eine wäßrige Lösung verwendet wird, die ein wasserlösliches Aluminiumsalz oder Aluminat, insbesondere Natriumaluminat, bzw. ein wasserlösliches Silicat, wie Natriumsilicat, und außerdem ein Säureamid, insbesondere Harnstoff, bzw. ein Säurechlorid, ein Nitril, einen Ester oder ein Gemisch derartiger Verbindungen enthält.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindemittellösung in solcher Menge bzw. Konzentration angewandt wird, daß die Bindemittelmenge im gebundenen Adsorptionsmittel 1 bis 35 Gewichtsprozent, bezogen auf aktives Adsorptionsmittel, beträgt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindemittellösung oder -suspension durch Versprühen auf das zu bindende Adsorptionsmittel aufgebracht wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorp- tionsmittel nach der Verformung bei Temperaturen zwischen 60 und 3000 C getrocknet wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Bildung des Bindemittels entstehende Nebenprodukt, z. B. Natriumcarbonat, vorzugsweise nach dem Trockenvorgang, aus dem Adsorptionsmittel ausgewaschen wird.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1044782, 1080084.
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