DE19930732A1 - Process for the controlled production of spherical activated carbon - Google Patents

Process for the controlled production of spherical activated carbon

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Abstract

The invention relates to a method for producing spherical activated carbon from divinyl-benzene or styrene-divinyl-benzene polymer-based polymers in gel or macroporous form, by sulfonating the polymer with sulfuric acid and stirring the reaction material at a sulfonating temperature of 200 to 250 DEG C, for 20 to 90 minutes. The ratio H2SO4:polymer, calculated as pure substances, is 1.4:1 to 3:1 at the beginning of the sulfonation. The heating rate until the sulfonating temperature is reached is 5 to 20 K/min. The sulfonated polymer is then cooled to a temperature of < 50 DEG C and pyrolised by heating the product to a temperature of 250 DEG C with a heating rate of 5 to 15 K/min. The temperature is maintained at 250 DEG C for 30 minutes. The product is then further heated to 330 DEG C with a heating rate of 2 to 10 K/min, and subsequently to a temperature of 750 to 900 DEG C with a heating rate of 50 K/min. The product is maintained at the maximum temperature for 5 to 10 minutes.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die gesteuerte Herstellung von Kugelaktivkohle, insbesondere die gesteuerte Herstellung von Kugelaktivkohle aus gelförmigen oder makroporösen Polymeren.The present invention relates to the controlled Manufacture of spherical activated carbon, especially the Controlled production of spherical activated carbon from gel-like or macroporous polymers.

Aufgrund der vergleichsweise großen Oberfläche von Aktivkohle und der daraus resultierenden großen Adsorptionskapazität, wird Aktivkohle seit langer Zeit in den verschiedenen Bereichen für Reinigungsaufgaben eingesetzt. Aktivkohle findet dabei auf vielen unterschiedlichen Gebieten Einsatz, wie der Reinigung von Rauchgasen oder der Reinigung von Flüssigkeiten, wobei die Aktivkohle im letztgenannten Fall häufig auch als Filtrationshilfsmittel eingesetzt wird.Due to the comparatively large surface of Activated carbon and the resulting large Adsorption capacity, activated carbon has been in for a long time the different areas for cleaning tasks used. Activated carbon is found on many use in different areas, such as cleaning Flue gases or cleaning liquids, the Activated carbon in the latter case often also as Filtration aid is used.

In jüngerer Zeit werden immer mehr Aktivkohlen mit besonderen, maßgeschneiderten Eigenschaften gefordert. Dies gilt insbesondere auf dem Gebiet der Kfz- Innenraumluftfilter, die ein hohes Adsorptionsvermögen bei oftmals sehr geringen Abmessungen zeigen sollen. Weiterhin sind Spezialfilter zu nennen, die für ganz besondere Einsatzzwecke geschaffen und zum Teil nur für die Adsorption eines bestimmten Stoffes vorgesehen sind.In recent times, more and more activated carbons have been used special, tailor-made properties. This applies particularly in the field of motor vehicle Interior air filter, which has a high adsorption capacity often should show very small dimensions. Farther special filters are to be mentioned that are for very special ones  Purpose created and partly only for Adsorption of a certain substance are provided.

Haupteinsatzgebiet für die Verwendung kohlenstoffhaltiger Adsorbenzien ist seit Jahrzehnten die Luft- und Gasreinigung sowie die Gastrennung. Derartige Adsorptionsmittel haben aufgrund zahlreicher Variationen ein breites Einsatzspektrum. Außer der herkömmlichen Nutzung von Aktivkohle im Schüttbett oder in der Wirbelschicht haben sich in den letzten 20 Jahren Filtersysteme auf dem Markt etabliert, bei denen die Adsorbenzien auf textile Träger, auf PU-Schaum, Metall oder ähnlichem aufgebracht sind. Anwendungen in Schutzanzügen oder als Aktivkohlefilter für die Fahrgastzelle in Fahrzeugen sind in den letzten Jahren entstanden.Main area of use for the use of carbonaceous Adsorbents has been the air and Gas cleaning and gas separation. Such Adsorbents have many variations a wide range of uses. Except the conventional one Use of activated carbon in the bed or in the Fluid bed have changed over the past 20 years Filter systems established on the market where the Adsorbents on textile supports, on PU foam, metal or similar are applied. Applications in protective suits or as an activated carbon filter for the passenger compartment in Vehicles have emerged in recent years.

ABC-Schutzanzüge bestehen dabei im wesentlichen aus einem textilen Oberstoff, der mit einem Aktivkohlefiltermaterial verbunden wird. Als Filter kommen kugelförmige Adsorbenzien in Frage, die als Monoschicht auf einem textilen Träger fixiert sind. Pulveraktivkohle auf feinporigem Polyurethanschaum oder reine Aktivkohlegewebe finden ebenfalls Verwendung. Diese Materialien, bei denen es sich zumindest teilweise um Verbundmaterialien handelt, werden zu entsprechenden Anzügen konfektioniert, die im Einsatzfall als Schutzkleidung über die permanent getragene Kleidung gezogen werden. Außer derartigen Schutzbekleidungen sind auch einlagige Filterverbunde bekannt, die als Unterbekleidung im Anzug tragbar sind.ABC protective suits essentially consist of one textile outer fabric with an activated carbon filter material is connected. Spherical adsorbents come as filters in question as a monolayer on a textile backing are fixed. Powdered activated carbon on fine-pored Find polyurethane foam or pure activated carbon fabric also use. These materials that are are at least partially composite materials made up to suits that are in the Use as protective clothing over the permanently worn Clothes are pulled. Except for those Protective clothing is also a single-layer filter composite known that are wearable as underwear in a suit.

Das Einsatzgebiet für Filtersysteme in Kraftfahrzeugen zum Schutz der Fahrgäste vor schädlichen Emissionen und zur Komfortverbesserung hat in den vergangenen Jahren eine dynamische Entwicklung durchlaufen, so daß auf dem europäischen Markt heute ca. 80% aller Nutzfahrzeuge mit einem Partikelfilter ausgerüstet sind.The area of application for filter systems in motor vehicles for Protection of passengers from harmful emissions and Comfort has had an improvement in recent years  undergo dynamic development so that on the European market today with about 80% of all commercial vehicles are equipped with a particle filter.

Hierbei finden zunehmend sogenannte Kombinationsfilter Einsatz, die aus einem Verbund von textilem Partikelfilter und Aktivkohlemedium bestehen. Weil, wie bereits erwähnt, das Bauvolumen häufig sehr stark begrenzt ist, ergeben sich zum Teil extreme Anforderungen hinsichtlich Strömungswiderstand, Partikelabscheideleistung und Adsorptionsvermögen.So-called combination filters are increasingly being used Use that from a composite of textile particle filter and activated carbon medium. Because, as already mentioned, the construction volume is often very limited, arise sometimes extreme requirements regarding Flow resistance, particle separation performance and Adsorption capacity.

Das Aktivkohlevolumen der Kombinationsfilter und die daraus resultierende Adsorptionskapazität ist relativ gering. Das Porengefüge der Aktivkohle ist jedoch so beschaffen, daß auch im niedrigen Partialdruckbereich (< 100 ppm) eine gute Adsorptionskinetik gegeben ist. Kombinationsfilter können daher hervorragend für die Reduzierung von kurzzeitigen Konzentrationsspitzen verwendet werden, d. h. für die Glättung. Eine wesentliche Komfortverbesserung wird erreicht, indem geruchsintensive Komponenten des Zuluftstroms unter den Geruchsschwellenwert gesenkt werden. Als Leitsubstanzen zur Bestimmung derartiger Aktivkohle- bzw. Filtereigenschaften werden n-Butan, Toluol, Schwefeldioxid und Stickoxid verwendet.The activated carbon volume of the combination filter and the resulting one resulting adsorption capacity is relatively low. The However, the pore structure of the activated carbon is such that a good one even in the low partial pressure range (<100 ppm) Adsorption kinetics is given. Combination filters can therefore excellent for reducing short-term Concentration peaks are used, d. H. for the Smoothing. A significant improvement in comfort achieved by using high-odor components of the Supply air flow can be reduced below the odor threshold. As key substances for the determination of such activated carbon or filter properties are n-butane, toluene, Sulfur dioxide and nitrogen oxide are used.

Bereits heute finden in verschiedenen Fahrzeugtypen der gehobenen Mittel- und der Oberklasse sogenannte Aktivkohlematrixfilter Einsatz, die über ein wesentlich höheres Aktivkohlevolumen verfügen. Diese sogenannten "extended bed"-Filter besitzen eine zu klassischen Schüttbettfiltern vergleichbare Adsorptionscharakteristik, jedoch mit stark reduziertem Strömungswiderstand. Dieser Effekt wird erreicht, indem auf den Trägerwänden eines offenporigen Polyurethanschaums Aktivkohle fixiert wird. Wenn eine Kugelgleichkornschüttung im Sinne einer Zufallspackung über ein Aktivkohlevolumen von ca. 62,5% und ein sich daraus ergebendes Lückenvolumen von 37,5% verfügt, ergeben sich für Matrixfilter Werte von 35 bis 40%. Es ist daher offensichtlich, daß zum Erreichen der Schüttbettadsorptionscharakteristik (kein Sofortdurchbruch und lange Durchbruchszeit mit anschließend steilem Anstieg der Durchbruchskurve) eine gezielte Auswahl der Aktivkohle vorgenommen werden muß.Already found in various vehicle types so-called upper middle and upper class Activated carbon matrix filter that has an essential have higher activated carbon volume. These so-called "Extended bed" filters are too classic Bed filter comparable adsorption characteristics, however with greatly reduced flow resistance. This  Effect is achieved by using a open-pore polyurethane foam activated carbon is fixed. If a ball of equal grain size in the sense of a Random pack over an activated carbon volume of approx. 62.5% and a resulting gap volume of 37.5% values for matrix filters are from 35 to 40%. It is therefore obvious that to achieve the Bulk bed adsorption characteristics (no immediate breakthrough and long breakthrough times followed by a steep climb the breakthrough curve) a targeted selection of activated carbon must be made.

Aufgrund der gestiegenen Anforderungen an die Eigenschaften derartiger Aktivkohlen ist verständlich, daß derartige Aktivkohlen nicht mehr mit den herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle auf einfache Weise herstellbar sind. Im Stand der Technik gibt es seit geraumer Zeit vereinzelte Versuche zur gezielten und gegebenenfalls gesteuerten Herstellung von Aktivkohlen.Due to the increased demands on the properties such activated carbon is understandable that such Activated carbons are no longer used with conventional methods Production of activated carbon can be produced in a simple manner are. The prior art has been around for some time isolated attempts for targeted and if necessary controlled production of activated carbons.

In diesem Zusammenhang ist z. B. die EP 0 326 271 B1 zu nennen, aus der die Herstellung von Aktivkohle, insbesondere aus Styrol-Divinylbenzol-Copolymeren bekannt ist. Bei dem offenbarten Verfahren wird das Copolymer zuerst mit einem großen Überschuß an rauchender Schwefelsäure oder Oleum für einen längeren Zeitraum behandelt. Nach erfolgter Sulfonierung wird das polysulfonierte Copolymer zur Entfernung von überschüssiger Säure aufwendig gewaschen und nachfolgend getrocknet. Dieses Verfahren ist aufgrund des hohen Schwefelsäureeinsatzes und des energetisch aufwendigen Trocknungsschritts sowie im Hinblick auf die entstehenden Prozeßabwässer äußerst unwirtschaftlich. In this context, e.g. B. EP 0 326 271 B1 name from which the production of activated carbon, especially known from styrene-divinylbenzene copolymers is. In the process disclosed, the copolymer first with a large excess of smoking Sulfuric acid or oleum for a long period of time treated. After sulfonation is done polysulfonated copolymer to remove excess Acid washed extensively and then dried. This procedure is due to the high Use of sulfuric acid and the energy-intensive Drying step and with regard to the resulting Process wastewater extremely uneconomical.  

Aus der WO 96/21616 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Styrol-Divinylbenzol-Copolymer mit 5 bis 50 Gew.-% Schwefelsäure bei einer Temperatur bis zu 750°C verschwelt bzw. pyrolisiert wird. Aufgrund der bereits für eine Monosulfonierung der aromatischen Kerne unzureichenden Schwefelsäuremenge erfolgt ein vergleichsweise hoher Masseverlust während der Pyrolyse. Auch dieses Verfahren ist aufgrund des genannten Masseverlusts nicht wirtschaftlich durchzuführen.A method is known from WO 96/21616 in which a Styrene-divinylbenzene copolymer with 5 to 50% by weight Sulfuric acid at a temperature up to 750 ° C or pyrolyzed. Because of the already for one Monosulfonation of the aromatic nuclei inadequate The amount of sulfuric acid is comparatively high Mass loss during pyrolysis. This procedure too is not due to the loss of mass mentioned to perform economically.

Aus der DE 197 52 593.8, die auf denselben Anmelder wie die vorliegende Erfindung zurückgeht, ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle aus Polymeren mit aromatischen Kernen bekannt, bei dem das eingesetzte Polymer mit konzentrierter Schwefelsäure sulfoniert, abfiltriert, pyrolisiert und aktiviert wird. Obwohl die vorgenannte Patentanmeldung bereits einen erheblichen Fortschritt gegenüber den zuvor genannten Druckschriften darstellt, weil das offenbarte Verfahren eine Steuerung der Aktivkohleeigenschaften, insbesondere der Porengröße und Porengrößenverteilung, durch Veränderung der einzelnen Verfahrensparameter ermöglicht, besteht weiterhin Bedarf an weiteren maßgeschneiderten Aktivkohlen mit ganz individuellen Eigenschaften und auch an der Verbreiterung der Rohstoffbasis.From DE 197 52 593.8, which is the same applicant as the the present invention goes back is already a process for the production of activated carbon from polymers with aromatic kernels known in which the used Polymer sulfonated with concentrated sulfuric acid, filtered off, pyrolyzed and activated. Although the the aforementioned patent application already a substantial Progress over the previously mentioned publications because the disclosed method controls the Activated carbon properties, especially the pore size and Pore size distribution, by changing the individual Process parameters enabled, there is still a need other bespoke activated carbons with whole individual properties and also with the broadening the raw material base.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung zumindest ein weiteres Verfahren zur gesteuerten Herstellung von Aktivkohle anzugeben, das wenigstens einen Teil der aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile vermeidet. It is therefore an object of the present invention at least another method for the controlled production of Activated carbon to indicate that at least part of the from the Avoids known disadvantages.  

Diese Aufgabe wird vorliegend durch ein Verfahren mit den Verfahrensschritten des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.This task is accomplished in the present case by a method with the Process steps of claim 1 solved. Beneficial Refinements of this method are the subject of Subclaims.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht zusätzlich zum Einsatz von Styrol-Divinylbenzol-Polymeren vorteilhafterweise den Einsatz von Divinylbenzol-Polymeren zur Herstellung von Aktivkohle, wodurch hinsichtlich des Ausgangsmaterials für die Herstellung spezieller Aktivkohlen die Basis verbreitert wird und auch Aktivkohlen mit veränderten Eigenschaften erhalten werden.The method according to the invention enables in addition to Use of styrene-divinylbenzene polymers advantageously the use of divinylbenzene polymers for the production of activated carbon, which in terms of Starting material for the production of special Activated carbons the base is widened and also activated carbons can be obtained with changed properties.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der Straffung des Gesamtverfahrens, wobei insbesondere auch eine Aktivierung nur bei einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen ist.Another advantage of the method according to the invention lies in streamlining the overall process, in particular also activation only for a special one Design of the method according to the invention provided is.

Die Sulfonierung des Ausgangspolymers ist in Bezug auf die Eigenschaften des Endprodukts, d. h. der Anzahl und Verteilung der Poren in der Aktivkohle nach ihrer Größe sowie in Bezug auf das gesamte Porenvolumen von besonderer Bedeutung. Hierbei beruht die vorliegende Erfindung zum Teil auf der Erkenntnis, daß ein hoher Schwefelgehalt im Koksgerüst besonders vorteilhaft ist.The sulfonation of the starting polymer is related to that Properties of the final product, i.e. H. the number and Distribution of the pores in the activated carbon according to their size as well as in relation to the total pore volume of particular Importance. Here, the present invention is based on Part of the realization that a high sulfur content in the Coke framework is particularly advantageous.

Es ist allgemein bekannt, daß die Sulfonierung von Polymeren zu unschmelzbaren Produkten führt. Überraschend wurde jedoch weiterhin herausgefunden, daß eine Erhöhung des Schwefelgehalts besondere Vorteile hinsichtlich der erhältlichen Porenstruktur zur Folge hat. Der in dem Koksgerüst enthaltene Schwefel wird nämlich bei der Pyrolyse und/oder der gegebenenfalls stattfindenden Aktivierung aus dem Koksgerüst herausgelöst und bildet "Fehlstellen" in der Form von Mikroporen. Der in Form von Sulfon- oder Schwefelsäuregruppen in das Ausgangspolymer eingebrachte Schwefel ist somit von wesentlicher Bedeutung für die relevanten Merkmale des Endprodukts.It is well known that the sulfonation of Polymers leads to infusible products. Surprised however, it was further found that an increase the sulfur content has particular advantages in terms of available pore structure results. The one in the Sulfur contained in the coke structure is used in the  Pyrolysis and / or the possibly taking place Activation detached from the coke structure and forms "Voids" in the form of micropores. The one in the form of Sulfonic or sulfuric acid groups in the starting polymer the sulfur introduced is therefore essential for the relevant characteristics of the end product.

Für den Mechanismus wird derzeit davon ausgegangen, daß die Sulfonierung bereits bei relativ niedrigen Temperaturen beginnt, wobei bei Temperaturen bis etwa 200°C fast ausschließlich die Bildung von Sulfonsäuregruppen durch elektrophile Substitution an den im Polymer enthaltenen aromatischen Kernen erfolgt. Bei Temperaturen über 200°C erfolgt dann bevorzugt die Bildung von Sulfongruppen, was einer Vernetzung eines bereits durch eine Sulfonsäuregruppe substituierten aromatischen Kerns mit einem weiteren aromatischen Kern über dieselbe Sulfogruppe unter Abspaltung von Wasser entspricht.For the mechanism it is currently assumed that the Sulphonation even at relatively low temperatures begins, almost at temperatures up to about 200 ° C exclusively through the formation of sulfonic acid groups electrophilic substitution on those contained in the polymer aromatic seeds. At temperatures above 200 ° C then preferably the formation of sulfone groups occurs a crosslinking of one already by a sulfonic acid group substituted aromatic nucleus with another aromatic nucleus over the same sulfo group below Elimination of water corresponds.

Bei einer weiteren Temperaturerhöhung, die grundsätzlich möglich ist, tritt die Wirkung von heißer Schwefelsäure als Oxidationsmittel immer stärker in den Vordergrund, weshalb eine Temperaturerhöhung auf über 300°C eine stark verminderte Ausbeute an sulfoniertem Produkt zur Folge hat.In the event of a further temperature increase, the fundamentally is possible, the effect of hot sulfuric acid occurs Oxidants increasingly in the foreground, which is why a temperature increase to over 300 ° C a strong reduced yield of sulfonated product results.

Eine besondere Verfahrensmaßnahme im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die Durchführung der Sulfonierung des Polymers mit Schwefelsäure unter Agitation des Reaktionsguts. Hierbei ist festzustellen, daß eine stationäre Sulfonierung nur zu einem Sinterprodukt führt, das für keines der angestrebten Einsatzgebiete verwendbar ist. Erst, wenn eine ausreichende Durchmischung des Reaktionsguts erfolgt, wird ein rieselfähiges Sulfonierungsprodukt erhalten.A special procedural measure within the present invention is the implementation of the Sulphonation of the polymer with sulfuric acid with agitation of the reaction material. It should be noted that a stationary sulfonation only leads to a sintered product, that cannot be used for any of the intended areas of application is. Only when there is sufficient mixing of the  Reaction material takes place, becomes a free-flowing Obtained sulfonation product.

Selbstverständlich spielt auch das Aufheizregime bei der Sulfonierung eine entscheidende Rolle, wobei die Produktqualitäten auch durch diesen Faktor beeinflußbar sind. Es ist daher erforderlich eine Aufheizrate im Bereich von 5 bis 20 Kelvin zu wählen, um das Reaktionsgut auf Sulfonierungstemperatur zu bringen. Bei einer Aufheizrate unter 5 K./Min. verlängert sich der Verfahrensabschnitt des Aufheizens und der Sulfonierung unnötig. Bei einer Aufheizrate von mehr als 20 K./Min. kann es durchaus zu lokalen Überhitzungen kommen, die negative Einflüsse auf das Endprodukt haben, da hierdurch insbesondere die Sinterneigung des Ausgangspolymers vergrößert wird.Of course, the heating up regime also plays at Sulfonation plays a crucial role in that Product qualities can also be influenced by this factor are. A heating rate in the range is therefore required from 5 to 20 Kelvin to choose the reaction material Bring sulfonation temperature. At a heating rate under 5 K./Min. the procedural section of the Heating and sulfonation unnecessary. At a Heating rate of more than 20 K./min. it can be too local overheats come up that have negative influences have the end product, as this in particular the Sintering tendency of the starting polymer is increased.

Eine weitere Möglichkeit zur Beeinflussung des Endprodukts liegt in der Variation des Verhältnisses von H2SO4 zu eingesetztem Polymer. Dieses Verhältnis, berechnet als Verhältnis der reinen Stoffe, beträgt erfindungsgemäß 1,4 : 1 bis 3 : 1. Die als Sulfonierungsmittel eingesetzte Schwefelsäure liegt somit grundsätzlich im Überschuß vor, wobei es möglich war eine Beschränkung auf den maximal dreifachen Überschuß zu erzielen. Hierdurch wird der übermäßige Einsatz an Schwefelsäure beschränkt, was die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens weiter erhöht.Another way of influencing the end product is to vary the ratio of H 2 SO 4 to the polymer used. According to the invention, this ratio, calculated as the ratio of the pure substances, is 1.4: 1 to 3: 1. The sulfuric acid used as the sulfonating agent is therefore in principle in excess, and it was possible to limit the excess to a maximum of three. This limits the excessive use of sulfuric acid, which further increases the economics of the process.

Nach Abschluß der Sulfonierung mit Schwefelsäure läßt man das Reaktionsgut auf eine Temperatur von < 50°C abkühlen. Nachfolgend wird das sulfonierte Polymer durch Aufheizen des Produkts auf eine Temperatur von 250°C mit einer Aufheizrate von 5 bis 15 K./Min. und 30 Min. Halten bei 250°C, weiteres Aufheizen bis auf 330°C mit einer Aufheizrate von 2 bis 10 K/Min. und anschließendem weiteren Aufheizen bis zu einer Temperatur von 750 bis 900°C mit einer Aufheizrate von 30 bis 50 K/Min. und Halten auf der maximal erreichten Temperatur für 5 bis 10 Minuten pyrolisiert.After completion of the sulfonation with sulfuric acid cool the reaction mixture to a temperature of <50 ° C. Subsequently, the sulfonated polymer is heated of the product to a temperature of 250 ° C with a Heating rate from 5 to 15 K./min. and 30 min hold 250 ° C, further heating up to 330 ° C with a  Heating rate from 2 to 10 K / min. and then another Heating up to a temperature of 750 to 900 ° C with a heating rate of 30 to 50 K / min. and keep on the maximum temperature reached for 5 to 10 minutes pyrolyzed.

Gewöhnlich wird bei der Sulfonierung so verfahren, daß Schwefelsäure und Polymer gemeinsam in einem Reaktionsbehälter vorgelegt und dann auf Sulfonierungstemperatur aufgeheizt werden. In einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird jedoch die Schwefelsäure zunächst vorgelegt und auf Sulfonierungstemperatur aufgeheizt. Im Anschluß daran wird das zu sulfonierende Polymer zugegeben. Da die Temperatur im Reaktionsgefäß durch den Polymereintrag absinkt, wird erneut bis zum Erreichen der Sulfonierungstemperatur im Reaktionsgefäß aufgeheizt, wobei die Aufheizrate ebenfalls im Bereich von 5 bis 20 K/Min. liegt.The usual procedure for sulfonation is that Sulfuric acid and polymer in one Reaction container submitted and then on Sulfonation temperature to be heated. In a special embodiment of the method according to the invention however, the sulfuric acid is first introduced and on Sulphonation temperature heated. Following that the polymer to be sulfonated added. Because the temperature in the reaction vessel sinks due to the polymer input again until the sulfonation temperature is reached in the Reaction vessel heated, the heating rate also in the range of 5 to 20 K / min. lies.

Die Sulfonierung wird bevorzugt für 20 bis 40 Minuten durchgeführt, wobei in einer besonderen Verfahrensvariante die Sulfonierung unter Unterdruck erfolgt. Der Unterdruck im Reaktionsgefäß ist dabei so bemessen, daß die Druckdifferenz zur Umgebung etwa 50 bis 550 mbar beträgt.The sulfonation is preferred for 20 to 40 minutes carried out, in a special process variant the sulfonation takes place under negative pressure. The negative pressure in the reaction vessel is such that the Pressure difference to the environment is about 50 to 550 mbar.

Insbesondere durch Anlegen von Unterdruck läßt sich die Reaktionszeit vorteilhafterweise auf 20 bis 40 Minuten beschränken, da bei der Sulfonierung als Reaktionsprodukt gebildetes Wasser aus dem Gleichgewicht entfernt und somit die weitere Sulfonierung begünstigt wird.In particular, by applying negative pressure Response time advantageously to 20 to 40 minutes restrict because in the sulfonation as a reaction product formed water is removed from the equilibrium and thus further sulfonation is favored.

Überraschenderweise ist bei der Sulfonierung von gelförmigen oder makroporösen Polymeren auch ein Einsatz von verdünnter Schwefelsäure als Sulfonierungsmittel möglich. Grundsätzlich ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren daher möglich Schwefelsäure mit einer Konzentration von etwa 54 bis 96 Gew.-% H2SO4 als Sulfonierungsmittel einzusetzen. Beim Einsatz von verdünnter Schwefelsäure als Sulfonierungsmittel ist eine Verfahrensführung in Kombination mit der Durchführung der Sulfonierung unter vermindertem Druck besonders bevorzugt.Surprisingly, the use of dilute sulfuric acid as a sulfonating agent is also possible in the sulfonation of gel-like or macroporous polymers. In principle, it is therefore possible in the process according to the invention to use sulfuric acid with a concentration of about 54 to 96% by weight of H 2 SO 4 as the sulfonating agent. When using dilute sulfuric acid as the sulfonating agent, it is particularly preferred to carry out the process in combination with carrying out the sulfonation under reduced pressure.

Von besonderer Bedeutung zum Erhalt eines nicht-gesinterten und rieselfähigen Produkts ist bei der Sulfonierung ferner, daß das Reaktionsgut ausreichend bewegt und durchmischt wird, weil andernfalls, möglicherweise aufgrund lokaler Überhitzungen, die Sinterneigung des Ausgangspolymers deutlich zunimmt. Es ist dabei besonders bevorzugt, wenn das Reaktionsgut durch Rotation des Reaktionsbehälters bewegt wird. Gegenüber der Verwendung eines mit einer Rühreinrichtung versehenen starren Reaktionsbehälters ist die Durchführung der Sulfonierung in einem rotierenden Reaktionsbehälter dahingehend vorteilhaft, daß die Rieselfähigkeit des Sulfonierungsprodukts besser gewahrt bleibt. Als Grund hierfür wird angenommen, daß die mechanische und unter Umständen auch thermische Belastung des Ausgangspolymers in einem rotierenden Reaktionsgefäß geringer ist.Of particular importance for obtaining a non-sintered one and free-flowing product is also in sulfonation, that the reaction material is sufficiently moved and mixed is because otherwise, possibly due to local Overheating, the tendency of the starting polymer to sinter increases significantly. It is particularly preferred if the reaction material by rotating the reaction container is moved. Compared to using one with one Stir is provided rigid reaction container performing sulfonation in a rotating Reaction container advantageous in that the Free flow of the sulfonation product better preserved remains. The reason for this is assumed that the mechanical and possibly thermal load of the starting polymer in a rotating reaction vessel is less.

Die Pyrolyse in Verfahrensschritt b) erfolgt im allgemeinen unter einer Stickstoffatmosphäre. In einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Pyrolyse in einer aus Stickstoff und Wasserstoff zusammengesetzten Atmosphäre, die in einer weiteren Fortbildung zusätzlich noch Kohlendioxid enthält. Je nach vorheriger Verfahrensführung bei der Sulfonierung, d. h. z. B., wenn die Sulfonierung unter normalem Druck durchgeführt wurde, muß der Wasseranteil der Pyrolyseatmosphäre nicht unbedingt von außen zudosiert werden sondern wird durch den Wassergehalt des sulfonierten Polymers mit eingebracht. Selbstverständlich ist aber auch eine Zudosierung von Wasserdampf in die Pyrolyseatmosphäre möglich.The pyrolysis in process step b) is generally carried out under a nitrogen atmosphere. In a special one The method according to the invention is designed Pyrolysis in one of nitrogen and hydrogen compound atmosphere that in another Training also contains carbon dioxide. Depending on prior conduct of sulfonation, d. H.  e.g. B. when sulfonation under normal pressure the water content of the Pyrolysis atmosphere not necessarily metered in from the outside but will be due to the water content of the sulfonated Polymers introduced. Of course it is also an addition of water vapor into the pyrolysis atmosphere possible.

Dadurch, daß die Pyrolyseatmosphäre neben Stickstoff noch Wasserstoff und/oder Kohlendioxid enthält, kann vorteilhafterweise auf eine besondere Aktivierung verzichtet werden. Hierdurch ist eine Verfahrensverkürzung und besonders eine hohe Energieeinsparung möglich. Andererseits ist durch eine weitere Aktivierung eine zusätzliche Anpassung der Adsorptionseigenschaften der hergestellten Kugelaktivkohle an die voraussichtlichen Anforderungen des Einsatzgebietes möglich.Because the pyrolysis atmosphere in addition to nitrogen Contains hydrogen and / or carbon dioxide advantageously on a special activation to be dispensed with. This is a shortening of the procedure and particularly high energy savings possible. On the other hand, a further activation is a additional adjustment of the adsorption properties of the manufactured activated carbon to the expected Requirements of the area of application possible.

Die Zusammensetzung der Aktivierungsatmosphäre oder spezielle Aktivierungsverfahren, wie z. B. Imprägnierungen mit Salzlösungen, sind dem Fachmann grundsätzlich geläufig und werden je nach Anforderung gewählt.The composition of the activation atmosphere or special activation procedures, such as B. impregnation with salt solutions are generally familiar to the person skilled in the art and are chosen according to requirements.

Zur weiteren Erläuterung der vorliegenden Erfindung dienen die nachfolgenden Ausführungsbeispiele, aus denen auch weitere Vorteile der Erfindung ersichtlich werden.Serve to further explain the present invention the following examples, from which also further advantages of the invention will become apparent.

BeispieleExamples Makroporöses und gelförmiges Polymer als Ausgangsmaterial für die SulfonierungMacroporous and gel-like polymer as a starting material for sulfonation

Für die Sulfonierversuche wurden ein makroporöses Polymer eingesetzt, im Handel z. B. unter der Bezeichnung "LEWATIT" als reines Dinvinylbenzolpolymer erhältlich, und ein gelförmiges Polymer, im Handel als Styroldivinylbenzolpolymer unter der Bezeichnung "LEWAPOL" mit variierendem Divinylbenzol(DVB)gehalt erhältlich.A macroporous polymer was used for the sulfonation experiments used in trade z. B. under the name "LEWATIT" available as pure dinvinylbenzene polymer, and a gel polymer, commercially available as Styrene-divinylbenzene polymer under the name "LEWAPOL" available with varying divinylbenzene (DVB) content.

40 g des Polymers werden mit der entsprechend dem Einsatzverhältnis berechneten Menge H2SO4 (96 Gew.-%) in ein Reaktionsgefäß von 0,5 l Fassungsvermögen eingebracht und durch Drehen des Reaktionsgefäßes vermischt. Das Reaktionsgefäß rotiert mit 30 Umdrehungen/Min. um seine Längsachse, die mit 30° gegen die Horizontale geneigt ist. Das Reaktionsgefäß wird durch einen feststehenden elektrischen Ofen allseitig beheizt. Durch Einstellen eines bestimmten Aufheizmodus läßt sich das gewünschte Temperaturregime in der Reaktionsmasse realisieren.40 g of the polymer are introduced into a reaction vessel of 0.5 l capacity with the amount of H 2 SO 4 (96% by weight) calculated according to the application ratio and mixed by rotating the reaction vessel. The reaction vessel rotates at 30 revolutions / min. about its longitudinal axis, which is inclined at 30 ° to the horizontal. The reaction vessel is heated on all sides by a fixed electric furnace. The desired temperature regime can be achieved in the reaction mass by setting a specific heating mode.

Der während der Sulfonierung freigesetzte Reaktionswasserdampf wird über eine Pumpe (z. B. Wasserstrahlpumpe) aus dem Reaktionsgefäß abgeführt.The released during sulfonation Reaction water vapor is pumped (e.g. Water jet pump) removed from the reaction vessel.

Nach der jeweiligen Sulfonierzeit wird die Heizung abgeschaltet und die Reaktionsmischung auf Raumtemperatur abkühlen gelassen, wobei das Reaktionsgefäß weiterhin rotiert.After the respective sulfonation time, the heating switched off and the reaction mixture to room temperature allowed to cool while the reaction vessel continues rotates.

Das rieselfähige, sulfonierte Produkt wird anschließend in einer ruhenden Schüttschicht entsprechend den Vorgabewerten in einer N2-Atmosphäre verkokt.The free-flowing, sulfonated product is then coked in a quiescent bed in accordance with the specified values in an N 2 atmosphere.

Der auf Raumtemperatur abgekühlte Koks wird im Anschluß daran in einer fluidisierten Schicht bis zum gewünschten Abbrand aktiviert. Alternativ kann die Aktivierung des sulfonierten Produkts bei der Pyrolyse und ohne Zwischenabkühlung erfolgen.The coke cooled to room temperature is then on it in a fluidized layer to the desired one  Burning activated. Alternatively, the activation of the sulfonated product during pyrolysis and without Intermediate cooling.

ErgebnisseResults

Bei Verwendung eines makroporösen Polymers werden unter sonst gleichen Bedingungen bei der Sulfonierung, Verkokung und Aktivierung im Vergleich zu einem gelförmigen Polymer mesoporenreiche Aktivate erhalten (Beispiele 3 und 6). Die Porengrößen wurden dabei wie folgt festgelegt:
Mikroporen: < 7,6 nm
Mesoporen: 7,6 bis 50 nm
Makroporen: < 50 nm.
When using a macroporous polymer, mesopore-rich activates are obtained under otherwise identical conditions during sulfonation, coking and activation compared to a gel-like polymer (Examples 3 and 6). The pore sizes were determined as follows:
Micropores: <7.6 nm
Mesopores: 7.6 to 50 nm
Macropores: <50 nm.

Im übrigen wurde zur Bestimmung der Porenvolumina und sonstiger Meßwerte auf Verfahren zurückgegriffen, wie sie bereits in der DE 19 75 293.8 der Anmelderin offenbart sind.For the rest, was used to determine the pore volumes and other measured values used methods as they already disclosed in DE 19 75 293.8 by the applicant are.

Über das Masseneinsatzverhältnis Schwefelsäure zu makroporöses Polymer läßt sich zusätzlich Einfluß auf den Makroporenanteil (absolut unprozentual) nehmen (Beispiele 1 bis 4).About the mass ratio of sulfuric acid too Macroporous polymer can also influence the Take the percentage of macropores (absolutely non-percentage) (Examples 1 to 4).

Als Vergleichsbeispiel zeigt Beispiel 5, daß ein Masseneinsatzverhältnis von 1 : 1 eine signifikante Abnahme der Koks- und Aktivatausbeute sowie der volumenbezogenen BET-Oberfläche zur Folge hat. As a comparative example, Example 5 shows that a Mass usage ratio of 1: 1 a significant decrease the coke and activates yield as well as the volume-related BET surface results.  

Die Sulfonierung wird außer durch die Verfahrensbedingungen Aufheizrate, Temperatur und Haltezeit noch vom Reaktortyp und der Art des mechanischen Energieeintrags beeinflußt. Es wurden daher Sulfonierreaktionen in einem feststehenden Reaktionsgefäß ohne mechanische Rührer sowie ein geneigtes, rotierendes Reaktionsgefäß mit und ohne Hubelementen an der Innenwand für entsprechende Versuche eingesetzt.The sulfonation is governed by the process conditions Heating rate, temperature and holding time still of the reactor type and influenced the type of mechanical energy input. It were therefore sulfonation reactions in a fixed Reaction vessel without mechanical stirrer and an inclined rotating reaction vessel with and without lifting elements on the Inner wall used for corresponding tests.

Bei der erstgenannten Variante wird das Polymer in den feststehenden Reaktionskolben geschüttet und mit der entsprechenden Menge Schwefelsäure in Kontakt gebracht. Die Reaktionsmischung wird mit einem mechanischen Rührer homogenisiert. Dies gelingt jedoch nur solange die Mischung als Suspension vorliegt. Sobald der Sulfonierprozess einsetzt, d. h. der Flüssigkeitsanteil zurückgeht, kommt die Durchmischung zum Erliegen. Im weiteren Verlauf der Sulfonierung findet keine Produktbewegung mehr statt. Im Verlauf der Sulfonierung findet weiterhin eine starke Versinterung statt und es kann kein rieselfähiges Reaktionsprodukt erhalten werden.In the former variant, the polymer is in the fixed reaction flask poured and with the appropriate amount of sulfuric acid contacted. The Reaction mixture is with a mechanical stirrer homogenized. However, this only works as long as the mixture is in suspension. Once the sulfonation process uses d. H. the liquid content decreases, the comes Mixing to a halt. In the further course of the Sulfonation no longer takes place in product movement. in the The course of the sulfonation continues to be strong Sintering takes place and it cannot be pourable Reaction product can be obtained.

Bei der Variante mit dem bewegten Reaktionsgefäß ist dieses etwa unter einem Winkel von 30 bis 45° gegen die Horizontale geneigt angeordnet und rotiert um seine Längsachse mit 1 bis 30 Umdrehungen/Min. An der Innenwand des Reaktiongefäßes können sich Einbauten befinden, die in der Art von Hubschaufeln die Durchmischung fördern. Hierdurch wird die in einem bestimmten Reaktionsstadium eintretende zeitweise Verfestigung des Reaktionsproduktes, die auch als Kuchenbildung bekannt ist, vermieden und der Wasserdampf wird gleichmäßig aus der abreagierenden Reaktionsmischung abgeführt. Die sich aus dieser Gestaltung des Reaktors ergebenden Vorteile sind zum einen ein rieselfähiges Sulfonierungsprodukt und eine erhebliche Einsparung an Schwefelsäure, da, im Vergleich zum feststehenden Reaktor, eine deutlich geringere Schwefelsäuremenge zu einer entsprechenden Sulfonierung ausreicht.In the variant with the moving reaction vessel, this is approximately at an angle of 30 to 45 ° against the Horizontal arranged inclined and rotating around its Longitudinal axis with 1 to 30 revolutions / min. On the inside wall the reaction vessel can be built-in, which in promote the mixing of the type of lifting blades. This will result in a certain reaction stage Occasional solidification of the reaction product, which is also known as cake formation, avoided and the Water vapor is evacuated evenly from the Dissipated reaction mixture. The result of this design advantages of the reactor are on the one hand  free-flowing sulfonation product and a substantial one Saving sulfuric acid because compared to fixed reactor, a much smaller one Amount of sulfuric acid for a corresponding sulfonation is sufficient.

Im Vergleich zu einem im wesentlichen horizontal gelagerten Drehrohr ist die Ausnutzung des Reaktionsraumes beim geneigten Reaktor um mehr als das Doppelte besser, da Füllungsgrade bis 60% möglich sind. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß die für den geneigten Reaktor typischen Mischbewegungen, bei denen die radiale Gutbewegung durch Abrollen an der Reaktorwand durch eine Gutbewegung in achsialer Richtung überlagert wird, die Homogenisierung der Reaktionsmischung fördern auf diese Weise die Reaktionszeit verkürzen und somit zur Energieeinsparung beitragen.Compared to an essentially horizontal one Rotary tube is the exploitation of the reaction space in the inclined reactor better by more than twice as Fill levels up to 60% are possible. It has surprisingly shown that for the inclined Reactor typical mixing movements in which the radial Good movement by rolling on the reactor wall through a Good movement is superimposed in the axial direction Homogenization of the reaction mixture promote this Way shorten the response time and thus to Contribute energy saving.

Ab Ausführungsbeispiel 11 wurde ein Reaktionsgefäß mit 2 Liter Fassungsvermögen benutzt, in das 300 g des jeweiligen Polymers eingebracht wurden.From embodiment 11, a reaction vessel with 2 Liter capacity used, in which 300 g of each Polymers were introduced.

Wie aus den Beispielen 37 bis 40 zu entnehmen ist, hat das Anlegen eines Unterdrucks keinen unmittelbares Einfluß auf die Koksausbeute und die Porenstruktur des Kokses. Bei einem ausreichenden Unterdruck, d. h. bei einem Differenzdruck von wenigstens 50 mbar geht das Reaktionsprodukt jedoch eher in den rieselfähigen Zustand über, was sich insgesamt günstig hinsichtlich der Durchmischung des Reaktionsguts und der Verkürzung der Prozeßzeit auswirkt. Zu starke Unterdrücke, d. h. bei Differenzdrücken ab etwa 550 bis 700 mbar, führen zu Schwefelsäureverlusten infolge teilweiser Verdampfung und sind daher ebenfalls zu vermeiden.As can be seen from Examples 37 to 40, this has Applying a negative pressure has no direct influence the coke yield and the pore structure of the coke. At sufficient vacuum, d. H. at a Differential pressure of at least 50 mbar is possible Reaction product, however, rather in the free-flowing state about what's overall favorable in terms of Mixing of the reaction material and shortening the Process time affects. Excessive negative pressure, i. H. at Differential pressures from about 550 to 700 mbar lead to  Loss of sulfuric acid due to partial evaporation and should therefore also be avoided.

Überraschenderweise hat sich weiterhin gezeigt, daß auch eine verdünnte Schwefelsäure einsetzbar ist. Insbesondere wurde festgestellt, daß Schwefelsäure mit einer Konzentration im Bereich von 54 bis 96 Gew.-% H2SO4 keinen Einfluß auf die Koksausbeute sowie die Aktivatqualität hat, soweit die anderen Bedingungen gleich gehalten werden. Dies ist den Beispielen 20 bis 32 und Beispiel 42 zu entnehmen, wobei weiterhin festzustellen ist, daß bei Einsatz einer verdünnten Schwefelsäure eine Verlängerung der Sulfonierdauer erforderlich sein kann.Surprisingly, it has also been shown that a dilute sulfuric acid can also be used. In particular, it was found that sulfuric acid with a concentration in the range from 54 to 96% by weight of H 2 SO 4 had no influence on the coke yield and the quality of the activates, provided the other conditions were kept the same. This can be seen from Examples 20 to 32 and Example 42, it also being found that an extension of the sulfonation time may be necessary when using dilute sulfuric acid.

In den nachfolgenden Tabellen 1 und 2 sind jeweils die Ergebnisse der Versuche zur Herstellung von Kugelaktivkohle aufgeführt.
Tables 1 and 2 below show the results of the tests for the production of spherical activated carbon.

Da die Vernetzung der eingesetzten Styrol-Divinylbenzol- Polymere von Ihrem Vernetzungsgrad und somit von Ihrem Divinylbenzol-Gehalt abhängt, wurden weitere Untersuchungen hinsichtlich des Einflusses des Vernetzungsgrades in Bezug auf die Eigenschaften des Verfahrensprodukts durchgeführt.Since the crosslinking of the styrene-divinylbenzene used Polymers based on their degree of crosslinking and therefore yours Divinylbenzene content depends, further research has been done regarding the influence of the degree of networking in relation performed on the properties of the process product.

Als Beispiele wurden Styrol-Divinylbenzol-Copolymere mit einem Divinylbenzol-Gehalt von 2 und 4 Gew.-% sowie ein sogenanntes monodisperses Styrol-Divinylbenzol-Polymer mit einem Divinylbenzol-Gehalt von etwa 8%, das mit einem Quellmittel versetzt war, untersucht, wobei die Haltezeit der Sulfonierung, d. h. die Reaktionsdauer und das Massenverhältnis von Schwefelsäure zu Polymer variiert wurden.Examples include styrene-divinylbenzene copolymers a divinylbenzene content of 2 and 4 wt .-% and a so-called monodisperse styrene-divinylbenzene polymer a divinylbenzene content of about 8%, which with a Swelling agent was added, examined, the holding time sulfonation, d. H. the response time and that Mass ratio of sulfuric acid to polymer varies were.

Grundsätzlich ist dabei als Ergebnis festzustellen, daß der Divinylbenzol-Gehalt im Bereich zwischen 2 und 8 Gew.-% keinen signifikanten Einfluß auf die Aktivatqualität und Ausbeute besitzt. Sowohl über die Sulfonierdauer als auch über den Säureanteil kann gezielt die Porenstruktur verändert werden. Bei kurzen Sulfonierzeiten und vergleichsweise niedrigen Säure-Polymer-Verhältnissen werden bei Einsatz von gelförmigem Styrol-Divinylbenzol- Polymer mikroporöse Aktivate mit einem erhöhten Makroporenvolumen erhalten. Durch Änderung dieser beiden Steuergrößen des Prozesses lassen sich Aktivkohlen mit einer gewollt unterschiedlichen Makroporenstruktur, aber annähernder Übereinstimmung der BET-Oberfläche und folglich entsprechender Adsorptionskapazität erzeugen. Über die Makroporenstruktur läßt sich die Adsorptionsgeschwindigkeit steuern. Bei der Sulfonisierung von makroporösem Polymer, d. h. von Divinylbenzol-Polymer, kann insbesondere das Mesoporenvolumen der herzustellenden Kugelaktivkohle eingestellt werden. Dabei liefert eine kurze Haltezeit von etwa 20 Min. bei der Sulfonierung extrem mesoporenreiche Kokse und Aktivate bei gleicher BET-Oberfläche, während eine lange Haltezeit von etwa 90 Min. den Mesoporenanteil bis auf 1/3 senkt.Basically, the result is that the Divinylbenzene content in the range between 2 and 8% by weight no significant influence on the quality of the activates and Yield. Both over the sulfonation period as well The pore structure can be targeted via the acid content to be changed. With short sulfonation times and comparatively low acid-polymer ratios are used when using styrene-divinylbenzene gel Polymer microporous activates with an increased Macro pore volume obtained. By changing these two Activated carbons can be used to control the process a deliberately different macroporous structure, however approximate match of the BET surface area and consequently generate appropriate adsorption capacity. About the Macroporous structure allows the adsorption rate Taxes. In the sulfonation of macroporous polymer,  d. H. of divinylbenzene polymer, especially that Mesopore volume of the activated spherical carbon to be produced can be set. A short hold time of about 20 min. during sulfonation extremely mesopore-rich Coke and activates with the same BET surface area, while a long hold time of about 90 minutes the mesopore fraction down to 1/3.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung von Kugelaktivkohle aus gelförmigen oder makroporösen Polymeren auf der Basis von Divinylbenzol- oder Styrol-Divinylbenzol- Polymeren mit folgenden Verfahrensschritten:
  • a) Sulfonierung des Polymers mit Schwefelsäure unter Agitation des Reaktionsguts bei einer Sulfonierungstemperatur von 200 bis 250°C für eine Dauer von 20 bis 90 Minuten, wobei das als reine Stoffe berechnete Verhältnis von H2SO4 : Polymer zu Beginn der Sulfonierung im Bereich von 1,4 : 1 bis 3 : 1 liegt und die Aufheizrate bis zum Erreichen der Sulfonierungstemperatur im Bereich von 5 bis 20 K/Min. liegt,
  • b) Abkühlen des sulfonierten Polymers auf eine Temperatur von < 50°C und Pyrolisieren des sulfonierten Polymers durch Aufheizen des Produkts auf eine Temperatur von 250°C mit einer Aufheizrate von 5 bis 15 K/Min. und 30 Min. Halten bei 250°C, weiteres Aufheizen bis auf 330°C mit einer Aufheizrate von 2 bis 10 K/Min. und anschließendem weiteren Aufheizen bis zu einer Temperatur von 750 bis 900°C mit einer Aufheizrate von 50 K/Min. und Halten auf der maximal erreichten Temperatur für 5 bis 10 Minuten.
1. Process for producing spherical activated carbon from gel-like or macroporous polymers based on divinylbenzene or styrene-divinylbenzene polymers with the following process steps:
  • a) Sulfonation of the polymer with sulfuric acid with agitation of the reaction mixture at a sulfonation temperature of 200 to 250 ° C for a period of 20 to 90 minutes, the ratio of H 2 SO 4 : polymer calculated as pure substances at the start of sulfonation in the range of 1.4: 1 to 3: 1 and the heating rate until the sulfonation temperature is reached in the range from 5 to 20 K / min. lies,
  • b) cooling the sulfonated polymer to a temperature of <50 ° C and pyrolyzing the sulfonated polymer by heating the product to a temperature of 250 ° C with a heating rate of 5 to 15 K / min. and 30 min. hold at 250 ° C, further heating up to 330 ° C with a heating rate of 2 to 10 K / min. and then further heating up to a temperature of 750 to 900 ° C with a heating rate of 50 K / min. and hold at the maximum temperature reached for 5 to 10 minutes.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt a) Schwefelsäure und Polymer zur Sulfonierung gemeinsam vorgelegt und auf Sulfonierungstemperatur aufgeheizt werden.2. The method according to claim 1, characterized, that in step a) sulfuric acid and polymer for Sulfonation submitted together and on Sulfonation temperature to be heated. 3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt a) die Schwefelsäure zunächst vorgelegt, auf Sulfonierungstemperatur aufgeheizt und das zu sulfonierende Polymer nachfolgend zugegeben wird.3. The method according to claim 1, characterized, that in step a) the sulfuric acid initially submitted, heated to sulfonation temperature and the polymer to be sulfonated subsequently added becomes. 4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sulfonierung für 20 bis 40 Minuten durchgeführt wird.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the sulfonation for 20 to 40 minutes is carried out. 5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sulfonierung unter Unterdruck erfolgt, insbesondere bei einer Druckdifferenz zur Umgebung von 50 bis 550 mbar.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the sulfonation takes place under negative pressure, especially with a pressure difference to the environment from 50 to 550 mbar. 6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in Schritt a) eingesetzte Schwefelsäure eine Konzentration zwischen 54 und 96% besitzt.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized,  that the sulfuric acid used in step a) a Has a concentration between 54 and 96%. 7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Agitation des Reaktionsguts durch Bewegen, insbesondere Rotation des Reaktionsbehälters erfolgt.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that agitation of the reactant by moving in particular rotation of the reaction vessel takes place. 8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pyrolyse in Schritt b) unter einer Stickstoffatomsphäre erfolgt.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the pyrolysis in step b) under a Nitrogen atmosphere takes place. 9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Pyrolyse in Schritt b) unter einer aus Stickstoff und Wasserdampf zusammengesetzten Atmosphäre erfolgt.9. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized, that the pyrolysis in step b) under one Compound nitrogen and water vapor Atmosphere. 10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Atmosphäre bei der Pyrolyse in Schritt b) weiterhin CO2 enthält.10. The method according to claim 9, characterized in that the atmosphere in the pyrolysis in step b) further contains CO 2 .
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