DE2349163C3 - Verfahren zur Herstellung eines porösen Kohlenstoffmaterials - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines porösen KohlenstoffmaterialsInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein neues Verfahren zur Herstellung von Kohlematerialien und Aktivkohle,
insbesondere von Kohlenstoff- Formkörpern, und vorzugsweise von kugeligem Kohlenstoffmaterial und
kugelförmiger Aktivkohle. Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnene Kohlcnstoffmatcrial ist
porös und hat ein niedriges Schüttgewicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß ein Pech zu Formkörpern verarbeitet wird und diese
Formkörper mit einem Lösungsmittel behandelt, das anfallende poröse Pechmaterial bei einer Temperatur
von Raumtemperatur bis 400°C unter Verwendung eines Oxidationsmittels oxidiert und anschließend
aktiviert wird, und ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Pech, das einen Erweichungspunkt von 50—350°C,
einen Kohlenstoffgehalt von 80—97 Gew.%, ein Wasserstoff/Kohlenstoff-Verhältnis
von 0,3 bis 2,5 und eine in Nitrobenzol unlösliche Fraktion von weniger als
Gew.% aufweist, mit mindestens einem aromatischen Kohlenwasserstoff, welcher einen Siedepunkt von
200"C oder höher besitzt, unter Erwärmen vermischt wird, das entstandene Gemisch zu beliebigen Formkörpern
verarbeitet wird, diese Formkörper in ein Lösungsmittel eingetaucht werden, in welchem dieser
aromatische Kohlenwasserstoff leicht löslich, dieses Pech jedoch kaum löslich ist, so daß dieser aromatische
Kohlenwasserstoff aus diesen Formkörpern extrahiert und ein poröses Pechmaterial erhalten wird, das nach
der Oxidation und vor der Aktivierung in einer inerten Atmosphäre bei einer Temperatur oberhalb 600°C
kalziniert wird.
ίο Aktivkohle wird wegen ihrer ausgezeichneten Adsorptionseigenschaften
sehr häufig angewendet, z. B. als Mittel zum Entfernen von Verunreinigungen aus Luft,
Wasser usw., zum Reinigen von Wasser oder Lufl usw. Aktivkohle ist besonders vorteilhaft, wenn sie in Form
von Kügelchen verwendet wird. Kugelförmige Aktivkohle kann wegen ihres guten Fließvermögens leicht
gehandhabt und gleichmäßig in Behälter und Gefäße abgefüllt und aus diesem entnommen werden. Außerdem
bietet kugelförmige Aktivkohle einen geringen Strömungswiderstand gegenüber Gasen und Flüssigkeiten
in einer Packungsschicht. Sie kann selbst in einer Wirbelschicht ohne Schwierigkeiten angewandt werden.
Kugelförmige Aktivkohle zerbricht wegen ihrer Gestalt während des Betriebs kaum in Bruchstücke und
zeigt fast überhaupt keine Abriebverluste, die bei Aktivkohle von anderer Gestalt in erheblichem Umfang
auftreten.
Kugelige Kohlenstoff-Formkörper finden jedoch außer als Aktivkohle noch auf vielen anderen Gebieten
Verwendung, auf denen ihre Gestalt von großem Vorteil ist. Werden z. ü. Kohlensioff-Kügelchen bei der
Herstellung von Verbundmaterialen verwendet, indem sie mit einem Metall, wie z. B. Aluminium, Kupfer, Zinn
usw., oder einem synthetischen Harz, wie z. B. Nylon, Polyester, Epoxvharz. Fluorharz usw. vermischt werden,
dann besitzt dieses Verbundmaterial eine weit höhere Abriebsfestigkeil und bessere Obcrflächengleilfähigkeit
als solche Materialien, die unter Verwendung von herkömmlichem Kohlenstoffpulver oder -granulat hergestellt
worden sind; der Grund hierfür sind die höhere mechanische Festigkeit der Kugelgestalt und das
gleichmäßigere Mischungsvermögen des kugeligen Kohlenstoffs mil dem Metall oder Harz. Kugelige
Kohlenstoff-Formkörper finden auch Verwendung als Füllmittel in Pulverfarbanstrichen oder als Ausgangsmaterial
bei d^r Gewinnung von isotropischem Graphit.
Kugelige Kohlenstoff-Formkörper wurden bisher hergestellt, indem pulveriger Kohlenstoff oder ein
pulveriges Kohlenstoff-Vorprodukt mil einem Bindemittel vermischt und das Gemisch zu Kügelchen
geformt wurde. Die entstandenen kugeligen Kohlenstoff-Formkörper können in üblicher Weise zu kugeliger
Aktivkohle aktiviert werden. Mit den bisherigen Formgebungsverfahren unter Verwendung von pulverigen
Ausgangsmatcrialien ist es jedoch sehr schwierig, feine kugelförmige Kohlenstoff-Formkörper oder Aktivkohle
mit einem Durchmesser von einigen μ bis zu 1 mm zu erhalten. Die Verwendung von pulverigen
Materialien bringt stets eine Verringerung des Nutzeffektes und das Auftreten von unerwünschten Unregelmäßigkeiten
in der Gestalt mit sich. Ein Verfahren, mi; welchem es möglich ist, kugelförmige kohlcnstoff-Formkörper
und kugelige Aktivkohle vn besserer Qualität herzustellen, wäre darum ein großer Fortschritt.
Zwar ist bereits bekannt geworden (US-PS 26 81 318).
zur Umwandlung von Pech in aktivierte Kohle ein Pech bestimmter Art zu granulieren, das Granulat mit einem
Lösungsmiuel zu behandeln und danach durch Erhitzen in Luft in ein unschmelzbares Kohlegranulat umzuwandeln,
welches dann oxidiert wird und in üblicher Weise aktiviert werden kann, jedoch können bei Verwendung
der dort empfohlenen Ausgangsmaterialien und Lösungsmittel und bei der dort vorgeschriebenen Verfahrensweise
Aktivkohle-Formkörpet mit den erfindungsgemäß angestrebten Eigenschaften nicht erhalten
werden.
Auch war ^s bereits bekannt (DE-OS 20 06 524), ein
Pech ähnlich der erfindungsgemäß einzusetzenden Art zu Formkörpern zu verarbeiten, welche dann unschmelzbar
gemacht werden, um in diesem Zustand carbonisiert werden zu können, jedoch können nach
diesem bekannten Verfahren zwar z. B. hochschmiegsame Kohlefasern, nicht jedoch hochporöse Aktivkohlekügelchen
gewonnen werden.
Ziel dieser Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von porösen Kohlenstoff-Formkörpern und
porösen Aktivkohle-Formkörpern mit beliebiger, gewünschter Gestalt, insbesondere mit Kugelgestalt.
Dieses Ziel wird mit einem Verfahren gemäß dem Hauptanspruch erreicht.
Die Kohlenstoff-Formkörper oder die unschmelzbaren Pech-Formkörper können mittels Wasserdampf
oder Luft zu Aktivkohle-Fonnkörpern aktiviert werden. Wenn das Gemisch aus Pech und einem oder mehreren
aromatischen Kohlenwasserstoffen zu kugeligen Körpern oder zu Körpern von anderer gewünschter Gestalt
geformt wird, dann können natürlich auch die endgültig erhaltenen Kohlenstoff-Formkörper oder Aktivkohle-Formkörper
diese Gestalt haben.
Das in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendbare Pech hat einen Erweichungspunkt von 50—3500C,
einen Kohlenstoffgehalt von 80—97 Gew.% und ein Wasserstoff/Kohlenstoff-Verhältnis von 0,3-2,5 und
enthält eine in Nitrobenzol unlösliche Fraktion von weniger als 60 Gew.%. Vorzugsweise weist das Pech
einen Erweichungspunkt von 150—2500C, einen Kohlenstoffgehalt
von 85—97 Gew.%, ein Wasserstoff/ Kohlenstoff-Verhältnis von 0,35—1,0 und eine in
Nitrobenzol unlösliche Komponente von weniger als 60 Gew.% auf. Außerdem soll das Pech vorzugsweise
außer Wasserstoff und Kohlenstoff keine anderen Elemente, wie z. B. Schwefel, Halogene, Metalle usw.
enthalten. Wenn solche Elemente enthalten sind, soll ihr Gehalt unter 1% liegen. Dies ist keine entscheidende,
sondern nur eine bevorzugte Voraussetzung für die Erfindung. Das als Ausgangsmaterial verwendete Pech
kann leicht erhalten werden, z. B. durch Hitzebehandlung einer teerartigen Substanz, die als Nebenprodukt
bei der zur Gewinnung von gasförmigen Kohlenwasserstoffen durchgeführten thermischen Crackung von
ölen, einschließlich Rohölen, Schwerbenzin, Asphalt,
Schwerölen, Leichtölen, Kerosin usw., oder von Rückstandsölen erhalten wird, die bei Erdölraffinerieverfahren
anfallen, und durch Entfernen der niedrigsiedenden Komponenten aus dem derart behandelten Teer
oder Rückstandsöl mittels Destillation, Extraktion oder auf andere Weise. Das Pech kann auch durch Entfernen
niedrigsiedender Komponenten aus Kohleteeren gewonnen werden, oder durch Entfernen der niedrigsiedenden
Komponenten aus einem Rückstand, der bei der thermischen Crackung von organischen polymeren
Kunststoffen usw. anfällt. Es können somit verschiedene Arten von Materialien, einschließlich solcher auf Erdöloder
Kohlebasis als Pech-Ausgangsmaterial bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden.
Der dem Pech zuzusetzende aromatische Kohlenwasserstoff soll einen Siedepunkt von 2000C oder darüber
haben und eine gute Verträglichkeit mit dem Pech aufweisen. Wenn der aromatische Kohlenwasserstoff
mit dem Pech vermischt wird, bewirkt er in einem gewissen Umfang eine Herabsetzung des Erweichungspunkts
und der Viskosität des Pechs, so daß das Gemisch leicht zu geeigneten Formkörpern verarbeitet
werden kann. Beispiele für aromatische Kohlenwasserstoffe, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind,
sind aromatische Kohlenwasserstoffe mit 2 oder 3 Ringen, wie Naphthalin, Methylnaphthalin, Dimethylnaphthalin,
Anthracen, Phenanthren, Triphenylen, Diphenyl, Diphenylmethan, Diphenylether usw., sowie
deren Alkylderivate. Das Mengenverhältnis von Pech zu aromatischen Kohlenwasserstoffen liegt vorzugsweise
im Bereich von 5—50 Teilen Kohlenwasserstoff zu 100
Teilen Pech auf Gewichtsbasis; jedoch ist dieses Verhältnis nicht kritisch. Der Pech wird mit den
aromatischen Kohlenwasserstoffen unter Erwärmen gemischt, so daß ein leicht bewegliches Gemisch
entsteht, und dieses Gemisch wird dann nach einem beliebigen Verfahren zu Körpern mit der gewünschten
Gestalt geformt. Um z. B. Kügelchen aus dem Gemisch zu formen, wird dieses in Form von kugelförmigen
Tröpfchen in einem geeigneten Dispergierungsniedium dispergiert. Das entstandene Material, welches aus dem
Pech und einem oder mehreren aromatischen Kohlenwasserstoffen befreit, wobei ein stark poröses Pechmaterial
entsteht. Das geschieht, indem das aus Pech und aromatischen Kohlenwasserstoffen bestehenden Material
in ein Lösungsmittel getaucht wird, in welchem der Pech kaum löslich ist, die aromatischen Kohlenwasserstoffe
jedoch leicht löslich sind. Beispiele für geeignete Lösungsmittel sind aliphatische Kohlenwasserstoffe,
wie Butan, Pentan, Hexan, Heptan usw., ein hauptsächlich aus aliphatischen Kohlenwasserstoffen bestehendes
Gemisch, wie Schwerbenzin, Kerosin usw., oder aliphatische Alkohole, wie Methanol, Äthanol, Propanol,
Butanol usw.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann, wenn das aus dem Pech und den aromatischen Kohlenwasserstoffen
bestehende Gemisch in das vorstehend erwähnte Lösungsmittel eingetaucht wird, der aromatische
Kohlenwasserstoff aus diesem Material extrahiert werden, wobei die äußere Gestalt des Materials
erhalten bleibt und ein Pechmaterial entsteht, das eine starke Porosität aufweist, die aus der Extraktion des
aromatischen Kohlenwasserstoffs resultiert. Die Porosi-' tat des Pechmaterials ist sehr vorteilhaft, weil sie das
nachfolgende Unschmelzbarmachen, das Carbonisieren und das Aktivieren wirksam erleichtert. Da das
Unschmelzbarmachen eine heterogene Reaktion zwischen dem festen Pechmaterial und einem oxydierenden
Gas oder einer oxydierenden Flüssigkeit bedingt, ermöglicht es die Porosität des festen Pechmaterials
dem Oxydationsmittel leicht das Innere des Pechmaterials zu erreichen und gründlich darauf einzuwirken.
Desgleichen werden das Austreten der Zersetzungsgase beim Carbonisierungsprozeß und die Diffusion eines
aktivierenden Gases in das Innere des porösen Pechmaterials genauso gefördert wie das Unschmelzbarwerden.
Mittels welcher Vorrichtung das aus dem Pech und de iironiatischen Kohlenwasserstoff bestehende Material
in das vorstehend genannte Lösungsmittel eingetaucht wird, damit sich daraus ein poröses
Pechmaterial bildet, ist nicht kritisch; vielmehr kann
jede beliebige, geeignete Vorrichtung hierfür dienen.
Das dabei erhaltene, poröse Pechmateriai wird mittels eines Oxydationsmittels bei einer Temperatur
zwischen Umgebungstemperatur und 400°C oxydiert, wobei ein unschmelzbares, poröses Pechmaterial
erhalten wird. Das Oxydationsmittel kann z. B. ein Gas. wie O2, O3, SO3, NO2 oder Cb, ein durch Verdünnen
eines dieser Gase mit Luft oder Stickstoff erhaltenes Mischgas, Luft oder eine oxydierende Flüssigkeit, wie
Schwefelsäure, Phosphorsäure, Salpetersäure, wäßrige Chromsäurelösung oder wäßrige Permangansäurelösung
usw. sein. Diese Oxydationsmittel können allein oder in Kombination miteinander angewendet werden.
Während dei Vorgangs des Unschmelzbarmachens wird das Pechmaterial vorzugsweise zunächst bei einer
tieferen Temperatur als dem Erweichungspunkt des Pechs behandelt, wobei die Behandlungstemperatur
allmählich angehoben wird, weil der Erweichungspunkt mit fortschreitendem Verlauf der das Unschmelzbarwerden
bewirkenden Reaktion ansteigt; auf diese Weise wird die erforderliche Reaktionszeit abgekürzt.
Das derart behandelte, unschmelzbare, poröse Pechmaterial
wird danach in einer inerten Atmosphäre, z. B. unter Stickstoff, bei einer Temperatur über 600°C
kalziniert, um daraus ein poröses Kohlenstoffmaterial herzustellen. Wenn dieses Kohlenstoffmaterial oder das
unschmelzbare Pechmaterial mittels Wasserdampf oder Luft aktiviert wird, dann wird poröse Aktivkohle
erhalten. Die Aktivierung kann nach bekannten Aktivierungsverfahren durchgeführt werden. Wird das
unschmelzbare Pechmaterial der Aktivierung unterworfen, tritt die Carbonisierung zugleich mit der Aktivierung
ein.
Ein wichtiges Merkmal des nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Kohlenstoffmaterials besteht darin, daß das Material porös ist und eine
verringerte scheinbare Dichte aufweist. Dieses Kohlenstoffmatcrial
ist darum als Ausgangsmatcrial für zahlreiche Anwendungszweckc brauchbar.
Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnene Kohlenstoffmatcrial kann zu beliebigen Fonnkörpern.
einschließlich Kugeln. Platten, Stäben usw. verarbeitet werden, und dieses geformte Kohlenstoffmaterial
kann leicht aktiviert werden. Die Kohlcnstoff-Formkörpcr, ob aktiviert oder nicht, finden, ebenfalls
zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten.
Die Erfindung wird durch die mchstehenden Beispiele erläutert:
Ein tccrartiges Material wurde erhalten, indem ein
Seria-Erdöl zur thermischen Crackung in Wasserdampf von 2000T bei einer Kontaktzeit von 0.003 Sekunden
gesprüht und rasch abgekühlt wurde und aus dem Reaktionsprodukt die Destillate mit einem Siedepunkt
unter 350T (unter einem Vakuum von 5 mm Hg) entfernt wurden. 75 kg des hierbei erhaltenen Pechs, der
einen Erweichungspunkt von 198°C, einen Kohlenstoffgehalt von 95 Gew.%, ein Wasserstoff/Kohlenstoff-Verhältnis
von 0,6 und r'r:f ;'i Nitrobenzol unlösliche
Fraktion von 35 Gew.% aufwies, wurden zusammen mit 25 kg Naphthalin in einen Autoklaven gegeben, der mit
einem Rührer ausgerüstet war und ein Inncnvolunien von 400 Liter aufwies; die beiden Komponenten wurden
darin bei 160°C vermischt. Danach wurden 200 kg einer
wäßrigen 0,2%igen Pol1 vinylalkohollösiing (Verseifungsgrad:
86%) hinzugegeben und das Gemisch darin ilispcrgiert. wobei chis Ganze 40 min. bei 150'C und
300 UpM gerührt wurde. Das Gemisch wurde dann abgekühlt, wobei eine Aufschlämmung erhalten wurde,
die das Gemisch in Form von Kügelchen enthielt. Der größte Teii des Wassers wurde aus der Aufschlämmung
entfernt; dann wurde Methanol in einer Menge zugegeben, die das sechsfache Gewicht dieser Kügelchen
betrug, um das Naphthalin aus d'esen zu entfernen. Danach wurde das kugelige Pechmateriai in Luft
getrocknet; es enthielt dann Naphthalin in einer Menge von weniger als 1%. Das kugelige Pechmaterial wurde
mittels Heißluft in einer Wirbelschicht mit einer Geschwindigkeit von 25°C/h von Raumtemperatur bis
auf 300°C erhitzt und 2 Stcl. bei dieser Temperatur von
300° C gehalten, wobei unschmelzbare Pechkugeln erhalten wurden. Diese wurden in einer Stickstoff-Atmosphäre
mit einer Geschwindigkeit von 200°C/h auf 1000°C erhitzt und bei dieser Temperatur 1 Std.
gehalten, wobei poröse Kohlenstoffkugeln gewonnen wurden, die eine mittlere Teilchengröße von 450 μ und
fast exakte Kugelform aufwiesen.
Das unschmelzbar gemachte, kugelige Pechmaterial
von Beispiel 1 wurde aktiviert, indem das Pech in einer Wirbelschicht mit einer Geschwindigkeit von 200°C/h
in einer Wasserdampfatmosphäre auf 900DC erhitzt und bei dieser Temperatur 3 Std. gehalten wurde, wobei
kugelige Aktivkohle erhalten wurde. Diese kugelige Aktivkohle hatte einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser
von 400 μ. eine Jodadsorptionszahl von 950 mg/g (gemessen bei einer Gleichgewichtskonzentration
von 1 g/l), eine Caramel-Entfärbungsrate von 85% (gemessen nach lapanese Industrial Standards
K-1470), und eine Oberfläche von 1100 ni2/g; sie besaß
also eine hohe Aktivität.
Ein aus Kalji-Rohöl gewonnenes Vakuumdcsiillations-Rückstandsöl
wurde in einen bei 410—4200C gehaltenen Behälter eingeführt, durch welchen 2 Std.
lang Heizdampf von 430—450° C für die Wärmebehandlung
und Destillation geleitet wurde, wobei ein Pechrücksland erhalten wurde. 10 kg dieses Pechs, das
einen Erweichungspunkt von 21O0C, einen Kohlenstoffgehalt
von 84 Gew.%. ein Wasserstoff/Kohlenstoff-Verhältnis von 0,75 und eine in Nilrobenzol unlösliche
Fraktion von 27 Gew.% aufwies, wurden zusammen mit 2,5 kg Naphthalin in einen Autoklaven eingeführt, der
ein Innenvolumen von 20 Litern besaß und mit einem Rührer ausgerüstet war, und in diesem Autoklaven bei
160°C miteinander vermischt. Dann wurde das Gemisch
durch eine am Boden des Autoklaven angeordnete Düse von 1 mm Innendurchmesser in Hexan gegeben. Ein
zylindrisches Heizrohr von 2 m Länge, das bei 140°C gehalten wurde und perpendikulär zu dieser Düse
angeordnet war, yerhinderie ein Abkühlen des Gemi
sches bei dessen Übergang aus dem Autoklaven in das Hexan. Das Gemisch bildete Kügelchen mit einem
Durchmesser von etwa 2 mm. Diese Kügelchen wurden in dem Hexan 3 Std. bei Raumtemperatur schwach
bewegt, um das Naphthalin daraus durch Extraktion zu entfernen. Dann wurden die Kugeln aus dem Hexan
herausgenommen und getrocknet, wobei Pechkugeln erhalten wurden, die nur etwa 2,5% Naphthalin
br) enthielten. Diese Pechkugeln wurden mittels Heißluft
mit einer Geschwindigkeit von 20°C/h auf 300°C erhitzt und 3 Std. bei 300DC gehalten, um sie unschmelzbar zu
machen. Danach wurden die Pechkugeln in einer
Stickstoff-Atmosphäre mit einer Geschwindigkeit von 200°C/h auf 10000C weitererhitzt und bei dieser
Temperatur 1 Std. gehalten, wobei poröse Kohlenstoffkugeln erhalten wurden. Diese besaßen eine durchschnittliche
Teile1 -ngröße von 1,8 Tim und fast genaue
Kugelgestalt.
Die in Beispiel 3 erhaltenen, porösen Kohlenstoffkügelchen wurden in Luft 10Std. auf 450°C erhitzt, um
aktivierte, poröse Kohlenstoff-Kügelchen zu erhalten. Diese Aktivkohle-Kügelchen hatten eine durchschnittliche
Teilchengröße von 1,6 mm, eine Jodadsorptionszahl von 700 m/g, gemessen bei einer Gleichgewichtskonzentration
von 1 g/l, eine Caramel-Entfärbungsrate von 90% (nach Japanese Industrial Standards K-1470) und
eine Gesamtoberfläche von 850 m2/g; sie besaßen somit eine hohe Aktivität.
80 Gewichtsteile Pech und 20 Gewichtsteile Methylnaphthalin wurden thermisch miteinander vermischt.
Das verwendete Pech war ein Rückstand, der bei der Vakuumdestillation eines bei der Äthylengewinnung
anfallenden Erdöls erhalten worden war; es hatte einen Erweichungspunkt von 18O0C, einen Kohlenstoffgehalt
von 92 Gew.%, ein Wasserstoff/Kohlenstoff-Verhältnis von 0.84 und eine in Nitrobenzol unlösliche Fraktion
von 2 Gew.%. Das Gemisch wurde mit einem Luftstrom durch eine Düse mit einem Durchmesser von 0,5 mm bei
einer Düsentemperatur von 1300C ausgeschleudert und bildete Fäden. Diese Fäden wurden in Schwerbenzin
eingetaucht, um Methylnaphthalin daraus zu entfernen, wobei ein im wesentlichen aus dem Pech bestehendes,
fasriges Material erhalten wurde. Das fasrige Material enthielt nach dem Trocknen weniger als 1% Methylnaphthalin.
Es wurde mittels Heißluft mit einer Geschwindigkeit von 25°C/h auf 3000C erhitzt und
1 Std. bei 300°C gehalten, wobei eine unschmelzbare. fasrige Pechmatte erhalten wurde. Dann wurden die
Fasern in einer Stickstoff-Atmosphäre mit einer Geschwindigkeit von 300°C/h auf 1000°C erhitzt und
bei dieser Temperatur 1 Std. gehalten, um ein poröses, fasriges Kohlenstoffmaterial zu erhalten.
Der durchschnittliche mittlere Durchmesser der einzelnen Faser betrug 15 μ. ihre mechanische Festigkeit
6 Tonnen/cm2 bei einem Modul von 250 Tonnen/ cm2.
Das in Beispiel 4 erhaltene, fasrige Kohienstoffmaterial
wurde 8 Std. bei 8500C in einer Wasserdampf atmosphäre
behandelt, um ein fasriges Aktivkohle-Material zu erhalten. Der mittlere Durchmesser der einzelnen
Faser betrug 12 μ, die Jodadsorptionszahl 830 mg/g (bei
einer Gleichgewichtskonzentration von 1 g/l), die Caramel-Entfärbungsrate 83% (nach Japanese Industrial
Standards K-1470), und die Gesamtoberfläche 950 m2/g; das fasrige Aktivkohle-Material besaß somil
eine hohe Aktivität.
Ein teerartiges Material, das bei der thermischer! Crackung von Seria-Rohöl erhalten worden war, wobei
dieses Rohöl in Wasserdampf von 1200°C bei einet
ίο Kontaktzeit von 0,005 sek. gesprüht und das behandelte
öl rasch abgekühlt wurde, wurde 3 Std. bei 400°C untei
Normaldruck behandelt, und ein Destillat, das einer Siedepunkt unter 3800C bei 5 mm Hg besaß, wurde au;
diesem teerartigen Material entfernt, wobei ein Peel· zurückblieb, 70Gew.Teile dieses Pechs, das einer
Erweichungspunkt von 2200C, einen Kohlenstoffgehal
von 94 Gew.%, ein Wasserstoff/Kohlenstoff-Verhältnii von 0,65 und eine in Nitrobenzol unlösliche Fraktior
von 47 Gew.% aufwies, wurden mit 30 Gew.Teiler Phenanthren bei 1800C thermisch vermischt, und da:
Gemisch wurde in einer Dicke von 1 cm in einf Metallform mit den Abmessungen 5 cm χ 5 cm χ 3 cn
gegeben und abgekühlt, so daß plattenartige Formkör per entstanden. Diese Formkörper wurden in ein«
Heptanmenge eingetaucht, die das 15fache Volumen dei
Formkörper ausmachte, wobei das Heptan 20 Std. be Raumtemperatur bewegt wurde, um Phenanthren au;
den Formkörpern zu extrahieren. Dann wurden di( Formkörper mittels Heißluft mit einer Geschwindigkei
von 10°C/h von Raumtemperatur auf 300°C erhitzt unc
5 Std. bei 3000C gehalten, wobei sich unschmelzbare plattenartige Pech-Formkörper bildeten. Diese Form
körper wurden in einer Stickstoff-Atmosphäre ther misch behandelt, indem sie mit einer Geschwindigkei
von 50°C/h bis auf 10000C erhitzt und 3 Std. bei 1000°C
gehalten wurden, wobei poröse, plattenartige Kohlen stoff-Formkörper erhalten wurden. Diese Formkörpei
besaßen eine Druckfestigkeit von 550 kg/cm2, eir Elastizitätsmodul von 4 χ 104 kg/cm2, einen spezifi
sehen Widerstand von 0,03 Ω ■ cm und ein Schüttge
wicht von 1,7 g/cm3.
Die in Beispiel 7 erhaltenen unschmelzbaren, platten
artigen Pechformkörper wurden in einem Mischgas, da:
Wasserdampf und Stickstoff in einem Verhältnis vor 3 : 7 enthielt, mit einer Geschwindigkeit von 50°C/h au
900°C erhitzt und 5 Std. bei 900°C gehalten, wobei siel
plattenartige, poröse Aktivkohle-Formkörper bildeten Diese Formkörper hatten eine Jodadsorptionszahl vor
75ö mg/g bei einer Gieichgewichtskonzentration vor 1 g/l, eine Caramel-Entfärbungsrate von 80% (nacl
Japanese Industrial Standards K.-1470) und ein« Gesamtoberfläche von 950 m2/g; sie besaßen also ein<
hohe Aktivität.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung eines porösen Kohlenstoffmaterials, be' welchem ein Pech zu
Formkörpern verarbeitet wird und diese Formkörper mit einem Lösungsmittel behandelt werden, das
anfallende poröse Pechmaterial bei einer Temperatur von Raumtemperatur bis 4000C unter Verwendung
eines Oxidationsmittels oxidiert und anschließend aktiviert wird,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Pech, das einen Erweichungspunkt von 50—350°C, einen
Kohlenstoffgehalt von 80-97 Gew.%, ein Wasserstoff/Kohlenstoff-Verhältnis von 0,3 bis 2,5 und eine
in Nitrobenzol unlösliche Fraktion von weniger als 60 Gew.% aufweist, mit mindestens einem aromatischen
Kohlenwasserstoff, welcher einen Siedepunkt von 200°C oder höher besitzt, unter Erwärmen
vermischt wird,
das entstandene Gemisch zu beliebigen Formkörpern verarbeitet wird,
diese Formkörper in ein Lösungsmittel eingetaucht werden, in welchem dieser aromatische Kohlenwasserstoff
leicht löslich, dieses Pech jedoch kaum löslich ist, so daß dieser aromatische Kohlenwasserstoff
aus diesen Formkörpern extrahiert und ein poröses Pechmaterial erhalten wird, das nach der
Oxidation und vor der Aktivierung in einer inerten Atmosphäre bei einer Temperatur oberhalb 600"C
kalziniert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, c!aß als aromatischer Kohlenwasserstoff
Naphthalin verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel Methanol verwendet
wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel Schwerbenzin
verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß als Oxidationsmittel Lufl verwendet wird.
Applications Claiming Priority (3)
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---|---|---|---|
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