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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
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von aktiviertem Kohlenstoff bzw. aktivierter Khle mit hohe Cberflächenkereich
aus Braunkohle.
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Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet eine Pyrolyse von veredelter
bzw. aufbereiteter Braunkohle, gefolgt von einer Aktivierung, um den gewünschten,
aktivierten Kohlenstoff herzustellen.
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Eine geeignete, veredelte Braunkohle kann durch das Verdichtungshärtungsverfahren
der mitanhängigen australischen Patentanmeldung 24294/84 und der Zusatzanmeldung
dazu,PG 9283, eingereicht am 14. Februar 1985, einschließlich eines Verfahrens,
bei dem die Kohle Scherkräften und einem Extrudieren auf kontinuierliche Weise,
beispielsweise in einer Sigma Knetmaschine HKS 50, hergestellt durch Janke &
Dunkel GmbH & Co KG, IKA-Werk Biengen, ausgesetzt wird, zur Verfügung gestellt
werden.
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Das vorstehende Verdichtungshärtungsverfahren stellt ein Mittel zur
Umwandlung von weichen Rohbraunkohlearten in vergleichsweise harte, abriebbeständige
Feststoffe zur Verfügung. Bei diesem Verfahren wird Braunkohle Scherkräften ausgesetzt,
um eine nasse, plastische Masse herzustellen, welche verdichtet wird, beispielsweise
durch Extrusion in Pellets, und anschließend getrocknet wird, um ein hartes, relativ
dichtes Produkt zu bilden, welches in jeder gewünschten Korngröße und Konfiguration
hergestellt werden kann. Solche festen Körner oder Pellets, welche aus veredelter
Braunkohle bestehen, sind sehr geeignete Ausgangsmaterialien Z Herstellung von aktivierten
Kohlenstoffen mit hohem Oberflächenbereich durch das erfindungsgemäße Verfahren.
Die Eigenschaften der Ausgangspellets können in breitem Umfang variiert werden
durch geeignete Wahl der Kohlearten oder durch geeignete zusätze,
um verschiedene Qualitätsvoraussetzungen zu erfüllen.
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Während die Rohbraunkohle einen vergleichsweise hohen Gehalt an Sauerstoff
und Wasserstoff besitzt, kann das Verhältnis dieser Elemente zu Kohlenstoff beträchtlich
geändert werden während der Pyrolyse, welche ein Teil des thermischen Aktivierungsverfahrens
zur Herstellung von aktivierten Kohlenstoffen ist. In dieser Stufe ergibt die chemische
Ausscheidung von Wasser ein Endprodukt, welches einen vergleichsweise hohen Kohlenstoffgehalt
besitzt (in der Größenordnung von 85 %).
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Der geringe Aschengehalt von vielen Braunkohlearten aus Victoria ist
ebenfalls vorteilhaft, damit die aktivierten Endkohlenstoffe einen relativ niedrigen
Gehalt an anorganischen Elementen besitzen.
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In bekannten Verfahren wird aktivierter Kohlenstoff durch Pyrolyse,
gefolgt von einer Dampfaktivierung, von teuren Ausgangsmaterialien, d. h. hochrangigen
Kohlearten, welche von Natur aus stark und kohärent sind, oder von Kokos nußschalen
oder von Torf hergestellt. Braunkohle wird nicht verwendet. Die Kosten der verwendeten
Materialien oder der bestimmten Verarbeitungsstufen sind im allgemeinen bei diesen
Verfahren viel höher als die für veredelte Braunkohle durch das vorstehenie Verfahren.
Es wurde ebenfalls gefunden, daß in dem erfindungsgemäßen Verfahren Aktivierungstemperaturen
von etwa 50 bis etwa 100 OC unterhalb der in den bekannten Verfahren verwendeten
Temperaturen erfolgreich angewandt werden können.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden Ausgangsmaterialien
zuerst durch Veredelung von Braunkohlearten durch das vorstehende Verdichtungshärtungsverfahren
oder alternativ durch ein Verfahren, welches ein Kneten (Abscherung) nur eines Teil
der Kohle, gefolgt durch kurzes Vermischen des Restes der
Kohle
in der so erhaltenen plastischen Masse umfassen kann, erhalten werden.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung werden ausgewählte Braunkohlearten
durch das vorstehende Verfahren veredelt. Eine Ausgangspelletgröße von 2 bis 3 mm
Durchmesser ist im allgemeinen geeignet.
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Die frisch extrudierten Pellets werden dann bei oder nahe bei Umgebungstemperatur
getrocknet, entweder in ruhiger Atmosphäre oder mit einer geringen Luftbewegung
(in der Größenordnung von 0,1 m/s), um die Trocknungsgeschwindigkeit zu erhöhen.
Nach 24 h sind etwa 80 % der enthaltenden Feuchtigkeit durch Verdampfung in die
Atmosphäre ausgeschieden. Nach weiteren 2 bis 3 Tagen erreichen die Pellets einen
Gleichgewichtswassergehalt (10 bis 15 t) und eine maximale Festigkeit.
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Letztere variiert stark in Abhängigkeit von der Natur der Kohle und
den während der Herstellung verwendeten Zusätzen.
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Die trockenen Pellets können dann einer Pyrolyse und einer Aktivierung
zur Herstellung des gewünschten Oberflächenbereichs, welcher in dem beabsichtigten
Anwendungsfeld geeignet ist, ausgesetzt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht die
erste Verfahrensstufe aus einer Pyrolyse bei Temperaturen im Bereich von 350 bis
500 "C in einem inerten Gasstrom (üblicherweise Stickstoff), um Restwasser, chemisch
entwickeltes Wasser, organische Komponenten mit geringem Molekulargewicht (meistens
Phenole) und Gase, wie Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Wasserstoff, auszuscheiden.
Vernachlässigbare Teermengen werden hergestellt Nach dieser Pyrolysebehandlung erzeugt
ein weiteres Erwarzen der Pellets auf höhere Temperaturen nur die Gase
Wasserstoff
und Kohlenmonoxid.
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Die Aktivierung besteht aus einer Dampfbehandlung, üblicherweise im
Temperaturbereich von 700 bis 800 "C. Zu diesem Zweck wird Dampf zugegeben oder
in den Stickstoffstrom eingesprüht bei einer kontrollierten Geschwindigkeit durch
Wasser, welches bei einer Temperatur unterhalb des Siedepunkts (üblicherweise 95
"C) gehalten wird, um den gewünschten Partialdruck des Wassers in dem Stickstoff
zu gewährleisten. Der gemischte Gasstrom besitzt nun die Fähigkeit, selektive Teile
der pyrolysierten Pellets zu erodieren bzw. auszuwaschen, um sehr große innere Oberflächen
und eine mikroporöse Struktur herzustellen. Die Wassergasreaktion kann verwendet
werden und möglicherweise ebenfalls andere Verfahren. Die Dampfbehandlung wird über
mehrere Stunden fortgesetzt, bis die gewünschte innere Oberfläche entwickelt worden
ist. Der Kohlenstoff wird in inerter Atmosphäre gekühlt.
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Die Eigenschaften von körnigen aktivierten Kohlenstoffen werden üblicherweise
in bezug auf die Stickstoffadsorption des Oberflächenbereichs, die Jodadsorption
aus einem wässrigen Medium und die Abriebbeständigkeit durch Schleudern in einer
wässrigen Phase bewertet.
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Tabelle 1 zeigt einen breiten Bereich an Werten für solche Eigenschaften,
welche mit erfindungsgemäß hergestellten Proben erhalten wurden.
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Tabelle 1 Vergleichende Oberflächenbereichsmessungen an aktivierten
Kohlenstoffen Probe (Kohlearten aus dem Latrobe Oberflächenbereich Valley) BET-Stickstoff-
Jodzahl (4 h Aktivierung bei 8000C) adsorption wenn nichts anderes angegeben m2/g
mg/g Loy Yang, mittel-dunkel 250-500 um 578 652 150-250 um 573 652 Probe, mit geringer
J2-Zahl 459 461 Probe, mit hoher J2-Zahl 800 901 Probe, hergestellt aus Kohle, welche
1 h geknetet wurde 679 764 865 1049 Loy Yang, mittel-dunkel +5% Mg(OH)2, ganze Körner
668 456 Morwell 728 786 C92 (Maryvale) 403 538 Der durch einen aktivierten Kohlenstoff
hergestellte pH, wenn dieser in ein wässriges Medium gegeben wird, ist von Wichtigkeit
zur Bestimmung des Ausmaßes der Adsorption von Metallionen durch den Kohlenstoff.
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(Siehe Tabelle 2)
Tabelle 2 H-Nssungen an Kohlearten
und aktivierten Kohlenstoffen, dispergiert in Wasser pH Beispiel Kohle aktivierter
Kohlenstoff Loy Yang, hell 3.8 9.6 Loy Yang, mittel dunkel 3.0 9.6 + 2% NaOH and
5" HCHO 10.4 + 5% Mg(OH)2 3.0 9.4 Loy Yang, dunkel 3.2 8.9 + 10X Fe203 3.2 8.3 Morwell
' 5.4 11.0 Maddingley 7.1 11.2 + 5% Mg(OH)2 11.8 + 0.1X NaOH 10.6 + 0.4% Na2CO3
11.2 Eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet ein Verfahren, welches
einen magnetischen aktivierten Kohlenstoff liefert, d. h. einer, worin die Körner
auf ein angelegtes magnetisches Feld ansprechen, um so eine wirksame Wiedergewinnung
aus einem heterogenen System zu ermöglichen.
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In einem anderen Aspekt der Erfindung kann die Gesamtenergie, die
beim Zerreiben der Kohle aufgewandt wird, durch Kneten nur eines Teils der Kohle
und Mischen des ungekneteten Restes damit verringert werden.
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Wie in der mitanhängigen australischen Anmeldung PG 9107 offenbart,
sind Mittel zur Verbesserung der Druckfestigkeit und Abriebbeständigkeit der getrockneten
verdichteten Kohlekörner durch Zugabe von geeigneten Zusätzen erhältlich. Der Verbesserungsgrad
variiert mit dem Ursprung der Kohle und mit ihrem natürlichen pH.
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Im allgemeinen zeigen sich durch Zusätze hervorgerufene geringe Wirkungen
nicht in bemerkenswerten Verbesserungen der Brechfestigkeit oder des Gesamtoberflächenbereichs
der aktivierten Kohlenstoffe.
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Wenn jedoch bedeutende Wirkungen durch geeignete Zusätze erreicht
wurden, werden diese auch in den Endprodukten beibehalten, um bedeutende Verbesserungen
zu ergeben.
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Die folgenden Beispiele beschreiben bevorzugte Ausführungsformen der
Erfindung.
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Beispiel 1 Verbesserungen in der Festigkeit der aktivierten Kohlenstoffe
mit geeigneten Zusätzen Es wurde eine Anzahl von aktivierten Kohlenstoffproben unter
Verwendung des folgenden Verfahrens hergestellt.
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200 g lagerfeuchte Kohle wurde 5 h in einer Niedrigeschwindigkeitsknetmaschine
geknetet, um eine nasse, plastische Masse zu ergeben, welche dann durch eine Düse
mit einem Durchmesser von 3 mm, welche an einer handbetriebenen Schneckenextrusionsvorrichtung
angebracht war, extrudiert. In den Fällen, in denen ein Zusatz benötigt wurde, wurde
dieser zu Beginn der Zerreibstufe zugegeben. Die Zugabe wurde in Gew.-t, bezogen
auf das Trockengewicht der Kohle, berechnet. Die
extrudierten Pellets
(in geeignete Längen geschnitten) wurden in ruhiger Luft bei 20 "C eine Woche getrocknet,
um eine maximale Festigkeit zu entwickeln und ein Feuchtigkeitsgleichgewicht mit
der Atmosphäre (üblicherweise im Bereich von 10 bis 15 t) zu erreichen.
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Dann wurden die Pellets bei 400 bis 450 OC pyrolysiert, und das Wasser
und die entwickelten organischen Verbindungen mit niedrigem Molekulargewichten wurden
unter Verwendung eines Inertgasstromes (üblicherweise Stickstoff) entfernt. Das
Aktivierungsverfahren bestand aus einer Erosion bzw. einem Auswaschen in dem dampfbeladenen
Stickstoffstrom bei einer Temperatur im Bereich von 750 OC. Der Dampfpartialdruck
wurde durch Sättigung des Stickstoffstroms durch Leiten durch Wasser, gehalten bei
95 OC, hergestellt. Die Aktivierung wurde über einen Zeitraum von 4 h fortgesetzt,
und die Pellets wurden in der inerten Atmosphäre gekühlt.
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Die Pellets wurden getestet durch Bestimmen ihrer Druckfestigkeiten
in dem anfänglichen getrockneten Zustand und nach der Aktivierung und ebenfalls
durch Messen der Aufnahme an Jod aus einem wässrigen Medium (die Jodzahl). Die Jodzahl
ist die Zahl an mg Jod, welches aus einer 0,05 N wässrigen Jodlösung von 1 g Kohlenstoff
adsorbiert wird, wenn der Jodgehalt des Restfiltrats nicht weniger als 0,02 N beträgt.
Zur Messung wird der Kohlenstoff fein gemahlen, eine gesiebte Fraktion entnommen,
und der Kontakt mit der Jodlösung wird auf einen festgelegten kurzen Zeitraum begrenzt.
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Die Werte der Jodzahl sind numerisch in etwa die gleichen wie die
Oberflächenbereiche (in m2/g), bestimmt durch BET-Stickstoffaasorptionsverfahren
(BET-Verfahren-Verfahren nach Brunauer , Emmett und Teller).
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Tabelle 3 gibt die Messungen, die mit Proben, die aus einer Vielzahl
von Braunkohlearten aus Victoria, wie Loy Yang, Morwell und Maddingley, hergestellt
wurden, durchgeführt wurden.
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Tabelle 3 Kohle pH Zusatz Druckfestigkeit MPa Jod- Gewichtszahl verlust
getrocknete nach Dampf-Körner aktivierung mg/g 4h Loy Yang Bohrung (1276) hell ~
10 56 832 63 mittel- 3.2 - 12 47 901 63 dunkel dunkel 20 67 841 60 mittel- 2-WNaOH+5ZHCH0
60 76 690 59 dunkel 5:Hexamin 29 75 649 59 (NH40H+ HCHO) O,4%Na2C03 13 60 840 62
Morwell 5.4 - 57 49 786 70 Haddingley 7.1 - 29 10 568 94 Die vorstehende Tabelle
zeigt den Bereich für die Druckfestigkeiten (10 - 60 MPa), welche in getrockneten
Körnern gefunden wurden, welche nicht mit einem Zusatz modifiziert worden waren.
Während die schwächeren (sauren) Kohlearten eine beträchliche Verbesserung in der
Festigkeit bei Pyrolyse und Dampfaktivierung zeigen, neigen die stärkeren Kohlearten
dazu, ihre Festigkeit nach diesen Behandlungen zu verlieren.
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Zusätze mit zweifacher Wirkung, wie in Tabelle 3 gezeigt (d. h. Zusätze
zur Erhöhung des pHs und zur Verfügungstellung zusätzlicher Brückenbindungsspezies)
verbessern nicht nur die Festigkeit der getrockneten Körner, sondern verbessern
auch auf bemerkenswerte Weise die Festigkeit der dampfaktivierten Körner (Loy
Yang
mittel-dunkel). Die Verbesserung der Festigkeit wird üblicherweise von einer Abnahme
des Oberflächenbereiches (wie durch verringertejodadsorption gezeigt) begleitet;
dies kann jedoch in Fällen, wenn ungewöhnlich starke Körner benötigt werden, tolerierbar
sein.
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Geeignete Zusätze verbessern nicht nur die Druckfestigkeit der aktivierten
Kohlenstoffe (siehe Tabelle 3), sondern können ebenfalls die Abriebbeständigkeit
der aktivierten Kohlenstoffkörner beträchtlich erhöhen, wie durch die Daten in Tabelle
4 gezeigt wird. In diesem Fall hat der einzige Zusatz Ammoniumhydroxid eine bemerkenswerte
Verbesserung in der Abriebbeständigkeit eines relativ schwachen Kohlenstoffs, abgeleitet
von Loy Yang mittel-dunkle Kohle, erreicht.
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Tabelle 4 Verleichende Abriebtefts bei aktiviertem Kohlenstoff 5
g Probe, 30 ml Wasser in einem 250 ml Zylinder rotiert bei 40 Upmin über 8 h, Produkt
gesiebt.
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Probe luirn 1-0.21mm 0.21-0.075mm 0.075mm (1000 Am) (210-1000 µm)
(75-210 om) (75 µm) Loy Yang, mittel-dunkel (a) niedr. 1 2-zahl 90.1 0.2 0.1 9.6
(b) hohe I2-Zah1 93.7 0.5 0.1 5.8 Loy Yang, hell 93.3 0.5 0.2 5.9 Loy Yang, mittel-dunkel
(a) 1:1, geknetet.
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geknetet 73.5 1.4 0.2 24.9 (b) 1:1, geknetet ungeknetet + 0.5% h9H40H
80.9 1.3 0.3 17.5 + 1.0% NH40H 89.5 1.0 0.2 9.4
Beispiel 2 herbesseruwen,
die sich aus einem teilweisen Zerreiben ergeben Wie durch die Einführung von Zusätzen
ist es ebenfalls möglich, die Eigenschaften der getrockneten Körner und der aktivierten
Kohlenstoffe, die aus ihnen durch Variieren der Zerreibbedingungen hergestellt wurden,
zu variieren. Wie erläutert, kann eine solche Variation aus einem verlängerten Kneten
nur eines Teils der Kohle, gefolgt von einem kurzen Vermischen des Restes der Kohle
in der so erhaltenen plastischen Masse, bestehen. Alternativ dazu kann die Knetzeit
der ganzen Kohlemasse beträchtlich variiert werden, während dennoch zufriedenstellende
Endprodukte hergestellt werden.
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In jedem Fall kann die zum Zerreiben der Kohle aufgebrachte Energie
vorteilhaft verringert werden zusammen mit anderen günstigen Ergebnissen (wie nachfolgend
erläutert).
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Das folgende Verfahren wurde verwendet, um die Wirkungen des Knetens
nur eines Teils der Kohle zu studieren: 200 g lagerfeuchte Kohle, welche in ihrer
Größe durch Passieren durch eine Hammermühle reduziert worden war, wurde in zwei
gleiche Teile geteilt, wovon einer in einem Sigmakneter 5 h geknetet wurde, der
andere bis zum Ende dieser Zeit gelagert wurde und dann kurz (2 min) in die plastische
Masse in dem Kneter gemischt wurde. Extrusion und nachfolgende Behandlung der Körner
wurden nach dem Verfahren gemäß Beispiel 1 durchgeführt. Die mit diesen Körnern
durchgeführten Messungen sind in Tabelle 5 angegeben.
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Tabelle 5 Probe Druckfestigkeit MPa Jodzahl Gewichtsgetrocknete nach
Dampf- mg/g verlust Körner aktivierung 4h Loy Yang, hell (a) 1:1 geknetet; 7 29
832 65 ungeknetet (b) 1:1 geknetet: 13 30 619 62 ungeknetet + 0.5r NH40H (c) 1:1
geknetet: 36 58 634 60 ungeknetet + 1X NH4OH Daraus ist ersichtlich, daß aktivierte
Kohlenstoffe mit guter Festigkeit und hohen Oberflächenbereichen durch das Kneten
nur eines Teils der ursprünglichen Kohle und unter Verwendung dieses gekneteten
Teils als Bindungsphase für den Rest erhalten werden können.
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Die auf diese Weise hergestellten aktivierten Kohlenstoffe besitzen
beträchtliche Vorteile, da sie gelöste Stoffe schneller adsorbieren als solche,
die aus vollgekneteter Kohle hergestellt wurden. Offensichtlich stellen die Fragmente
an Rohkohle mit ihrer hohen Porosität auch nach der Pyrolyse einen besseren Zugang
der gelösten Stoffe zu der inneren Oberfläche der Körner zur Verfügung. Die Wirkung
ist in der nachstehenden Tabelle 6 gezeigt.
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Tabelle 6 Loy Yang, helle Kohle Probe % Jod, absorbiert nach lh 2h
3h 4h (a) voll geknetet 27,0 35,8 41,8 46,7 (b) 1:1 geknetet: ungeknetet 32,4 44,0
52,7 58,8 Die Knetzeit der Kohle kann ebenfalls beträchtlich verringert werden (von
5 h auf 1 h) ohne ernstlichen Verlust der Druckfestigkeit oder des Gesamtoberflächenbereichs
der erhaltenen aktivierten Kohlenstoffe, wie durch die Daten in Tabelle 7 angegeben.
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Tabelle 7 Loy Yang, mittel-dunkle Kohle Knetzeit Gewichtsverlust
% Jodzahl Druckfestigkeit h bei Aktivierung mg/g MPa 1 60 764 41 2 64 860 58 5 63
901 47
BeiSpiel 3 Verbesserungen, die sich aus einer geeigneten
Aktivierung ergeben Wie in der allgemeinen Beschreibung des Verfahrens ausgeführt,
besteht die Aktivierung aus einer Behandlung der getrockneten und pyrolysierten
Körner mit Hochtemperaturdampf, welcher eine Komponente einer ansonsten inerten
Atmosphäre ist. Wichtige Variablen in dem Aktivierungsverfahren sind der Partialdruck
des Wasserdampfs in der Aktivierungsatmosphäre, die Temperatur, bei der die Aktivierung
durchgeführt wird, und die Behandlungszeit.
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Um diese Variablen zu untersuchen, wurden getrocknete Körner unter
Verwendung der in den Beispielen 1 und 2 beschriebenen Verfahren hergestellt. Nach
anfänglicher Pyrolyse wurden die Körner unter variierenden Bedingungen aktiviert.
Die Endprodukte wurden bezüglich der Jodzahl un in einigen Fällen durch Messung
des Gewichtsverlusts während der Aktivierung beurteilt, da dies mit der Härte der
Bedingungen variieren kann. Die Ergebnisse der Experimente mit verschiedenen Braunkohlearten
aus Victoria sind in der Tabelle 8 angegeben.
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Tabelle 8 Kohle Lithotyp Dampfpartial- Temp. der Zeit der Jodzahl
druck (Temp. Aktivie- Aktivie- des der Dampf- rung rung Produkts erzeugung OC) °C
h mg/g (i) Loy Yang hell 75 800 3 540 100 800 3 1073 (ii) Loy Yang dunkel 75 800
3 562 100 800 3 1473 (iii) Loy Yang dunkel 95 710 4 837 (64.1% (Gew.-Verlust) 95
800 4 1049 (65.9% (Gew.-Verlust) (iv) Morwell 95 680 4 690 (89.6% (Gew.-Verlust)
95 800 4 786 (69.6% (Gew.-Verlust) (v) Loy Yang mittel-dnnkel 95 800 1 759 95 800
4 998 (vi) Morwell 95 800 3 270 95 800 6 630 (vii) Maddingley 95 800 s 350 + 5r.
Mg(OH)2 95 800 1 572 95 800 4 507 Temp. °C 75 95 100 pH20, mmeg 289.1 633.9 760
Die
Punkte (i) und (ii) in Tabelle 8 zeigen die Wichtigkeit des Dampfpartialdrucks zur
Erreichung einer wirksamen Aktivierung. Eine Erhöhung des relativen Partialdrucks
(siehe den Kasten unterhalb der Tabelle 8) von einem, welcher 289 bei 75 OC entspricht,
zu einem, welcher 760 bei 100 OC entspricht, erhöht den Oberflächenbereich der aktivierten
Probe um das Zweibis Zweieinhalbfache.
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Es könnte deshalb vorteilhaft sein, den höchsten praktizierbaren Dampfpartialdruck,
welcher mit einer ausreichenden Kontrolle des Verfahrens vereinbart ist, zu verwenden.
Wenn kochendes Wasser zur Lieferung des Dampfes verwendet wird, verläuft die Aktivierung
sehr schnell und kann zu einer ernsthaften Abtragung der Körner führen. Das Verfahren
ist deshalb am zufriedenstellendsten, wenn der inerte Gasstrom einen relativ hohen
Partialdruck an Dampf besitzt, jedoch nicht mit dieser Komponente gesättigt ist.
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Die Punkte (iii) und (iv) in Tabelle 8 zeigen, daß eine Aktivierung
bei Temperaturen oberhalb etwa 680 "C mit den besten Ergebnissen bei etwa 800 OC
erreicht werden kann. Unterhalb 680 OC wird die Aktivierungszeit ungünstig lange.
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Innerhalb gewisser Grenzen steht der erreichte Oberflächenbereich
in Beziehung zu dem prozentualen Gewichtsverlust während der Aktivierung. Ein zu
großer Gewichtsverlust kann zu verringerten Bereichen führen, da die Struktur des
Kohlenstoffs wegerodiert wird.
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Die Punkte (v), (vi) und (vii) in Tabelle 8 zeigen, daß erhöhte Zeiten
für die Behandlung mit dem Aktivierungsgas im Bereich von 1 bis 6 h die Oberflächenbereiche
bemerkenswert erhöhen. Die Wirkungen sind jedoch von dem Ursprung der Kohle abhängig.
Loy-Yang-Kohle, welche Körner ergab, die relativ schwach zu Beginn waren, erreicht
einen
hohen Oberflächenbereich in einer relativ kurzen Zeit mit verringerten Wirkungen
nach verlängerter Behandlung. Morwell-Kohle, welche starke getrockneten Körner bildet,
ergibt niedrige Oberflächenbereiche bei kurzer Behandlung, reagiert jedoch gut auf
längere Behandlungen. Maddingley-Kohle scheint einen maximalen Oberflächenbereich
nach einer Aktivierung über etwa 1 h zu erreichen mit einer Verringerung des Oberflächenbereichs
bei verlängerter Aktivierung.
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Beispiel 4 Magnetischer aktivierter Kohlenstoff Die Wiedergewinnung
von aktivierten Kohlenstoff körnern (oder Fragmenten davon) aus heterogenen Systemen,
wie Suspensionen von Mineralien in Wasser, wird erleichtert, wenn der Kohlenstoff
auf ein angelegtes magnatisches Feld anspricht. Ein aktivierter Kohlenstoff mit
dieser Eigenschaft wurde aus Braunkohle durch Einarbeitung eines feinen Eisen(III)oxids
während der Herstellung der Körner hergestellt. Die Behandlung wurde gemäß dem Beispiel
1 unter Verwendung von Loy Yang dunkler Kohle vom Lithotyp durchgeführt. Während
des Knetens der Kohle wurden 10 Gew.-% des feinen Eisenoxids zu der nassen plastischen
Masse zugegeben und gründlich gemischt. Die so hergestellten Körner trocknen auf
norreale Weise, und während der Pyrolyse und Aktivierung findet eine ausreichende
Reduktion des Eisenoxids statt, um die Körner stark ansprechbar gegenüber einem
magnetischen Feld zu machen. Die Reduktion erfolgt wahrscheinlich aufgrund des entwickelten
Wasserstoffs und Kohlenmonoxids während des Erwärmens der Kohle. Aus praktischen
Gesichtspunkten gibt es keine schwerwiegenden nachteiligen Wirkungen aufgrund der
Gegenwart der reduzierten Eisenphasen, weder bezüglich der Festigkeit noch des erreichbaren
Oberflächenbereichs der Körner.
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Die magnetischen Eigenschaften der aktivierten Kohlen-
stoffe
werden durch Eintauchen in ein wässriges Medium nicht zerstört, und es hat sich
als sehr schwierig erwiesen, einen bedeutenden Teil des Eisens mit wirksamen Lösungsmitteln
für das Metall oder die Oxide zu extrahieren. Die magnetischen Eigenschaften blieben
nach solchen Extraktionen erhalten.
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Die Eigenschaften sind in Tabelle 9 gezeigt.
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Tabelle 9 Kohle Gew.-Verlust Druckfestigkeit MPa Jodzahl bei Aktivierung
vor der nach der mg/g Aktivierung Aktivierung Loy Yang, dunkel 60 % 20 67 841 Loy
Yang, dunkel 59 % 22 33 545 + 10 % Je 203 Beide Herstellungen (mit oder ohne Fe203)
erhöhten ihre Festigkeit bei der Aktivierung, wobei die letztere geringer war als
die erste. Die Erosion während der Aktivierung wird etwas verringert durch die Gegenwart
des Eisens, und dies zeigt sich in einem etwas niedrigeren Oberflächenbereich; es
können jedoch härtere Aktivierungsbedingungen verwendet werden, um eine höhere Oberfläche,
wenn notwendig, zu erzeugen.