DE3801457A1

DE3801457A1 - Aktivkohle mit hoher abriebfestigkeit und geringer feuchtigkeitsempfindlichkeit

Info

Publication number: DE3801457A1
Application number: DE3801457A
Authority: DE
Inventors: Hasso Von Bluecher; Ernest De Dr Ruiter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-01-20
Filing date: 1988-01-20
Publication date: 1989-08-03
Also published as: DE3801457C2

Description

Aktivkohle wird auf breiter Basis eingesetzt, um Stoffe aus Gasen und Flüssigkeiten zu entfernen. Wichtige Anwendungen sind z. B. die Lösungsmittelrückgewinnung, permeable, atmungsaktive Schutzanzüge gegen chemische Gifte, Filter für Fahrzeugkabinen und andere. Die meist verbreiteten Formen sind die Pulverkohle und die Formkohle. Pulverkohle wird gerne zusammen mit einem Dispersionsbinder zur Imprägnierung von Vliesen und Schäumen verwendet, während Formkohle (fast immer kleine Zylinderchen) bei Schüttfiltern angewandt wird. Eine besondere Art Formkohle sind Kügelchen geringen Durchmessers (< 1 mm), die bei flexiblen Flächenfiltern eine wachsende Bedeutung erlangen.

Das Porensystem bestimmt weitgehend die absorptiven Eigenschaften der Aktivkohle: Kapazität, Adsorptions- bzw. Desorptionskinetik. Das Porensystem ist durch das Ausgangsmaterial, aber auch durch den Aktivierungsprozeß gegeben. Das gleiche kann für die Härte bzw. Abriebfestigkeit gesagt werden. So ist Aktivkohle aus Kokosnußschalen immer härter als solche aus Torf, und eine weniger stark aktivierte Kohle ist immer abriebfester als eine hochaktivierte. Weiter ist es für bestimmte Anwendungen wünschenswert, daß die Adsorption durch absorbiertes Wasser nicht gestört wird.

Es ist Ziel der vorliegenden Erfindung, durch Nachbehandlungen sowohl die Abriebfestigkeit als auch die Unempfindlichkeit gegen Wasserdampf zu erhöhen.

Bei der Aktivierung wird die Zugänglichkeit der Absorptionsstellen durch Wegbrennen störender Bereiche und Schaffen größerer Poren bezweckt. Da der Aktivierungsprozeß notgedrungen außen ansetzt, werden besonders die äußeren Bereiche "porös" und verwundbar (Abrieb). Es wurde gefunden, daß eine leichte, oberflächliche Nachimprägnierung mit Kunststoffdispersionen bzw. Pechen, die beim Carbonisieren viel Kohlenstoff produzieren, gefolgt von einer leichten Aktivierung zu einer ausgesprochen abriebfesten Oberfläche führt. Besonders geeignet sind Stoffe, die zur Herstellung von Kohlenstoff-Fasern geeignet sind, z. B. Polyacrylnitril und Peche aus Destillationsrückständen. Um ein zu tiefes Eindringen zu vermeiden, wurden die Aktivkohleteilchen in einem schräg montierten rotierenden Behälter besprüht, wobei 5-10% Imprägniermasse aufgetragen wurden. Die Nachaktivierung geschah mit Wasserdampf bei 750°C in Wirbelschicht.

Bei den hohen Temperaturen der Aktivierung ist die innere Oberfläche frei von Fremdelementen. Nach Abkühlen und Luftzutritt entstehen jedoch zufolge des "ungesättigten" Charakters der Oberfläche eine Reihe von polaren, sauerstoffhaltigen Gruppen (z. B. -OH, -Co), welche Wassermoleküle durch Bipol-Wechselwirkung relativ stark binden. Hierdurch werden schwächer adsorbierte Stoffe verdrängt bzw. können solche durch eine mit Wasser gesättigte Kohle nicht adsorbiert werden. Es wurde gefunden, daß durch die Zugabe von Ammonia während der Aktivierung und Abkühlen in Gegenwart von Ammonia und unter Luftausschluß die Empfindlichkeit gegenüber Wasserdampf sehr stark reduziert wird. Es wird angenommen, daß anstelle von OH- und Co- Gruppen weniger polare NH₂- und NH-Gruppen entstehen.

Beispiel 1

Hochaktivierte Aktivkohlekügelchen aus Steinkohlenteerpech (1500 qm/g, ca. 0,5 mm Durchmesser) mit ziemlich rauher Oberfläche und unter einem Stempeldruck von 150 g/Kugel bestehend, wurden mit 10% einer Polyacrylnitrildispersion beaufschlagt und bei 750°C während 20 Minuten mit H₂O/N₂ im Verhältnis 1 : 1 nachaktiviert. Während die adsorptiven Eigenschaften in etwa denen des Ausgangsmaterials entsprachen, brachen die Kügelchen erst bei einem Stempeldruck von 450 g/Kugel auseinander. Mikroaufnahmen eines Anschliffs zeigten eine deutlich kompaktere Struktur im schalenförmigen Außenbereich.

Beispiel 2

Wie Beispiel 1, jedoch wurde die Imprägnierung mit einer 50% Benzollösung eines Erdöldestillationsrückstandes mit Erweichungspunkt 130°C durchgeführt. Die Kügelchen zerbarsten ab einem Stempeldruck von 420 g/Kugel.

Beispiel 3

Wie Beispiel 1, jedoch wurde die Aktivierung mit einem Gemisch aus H₂O/N₂/NH₃ (2 : 1 : 1) durchgeführt und unter Luftausschluß bis 100°C abgekühlt. Die Kohle aus Beispiel 1 nahm aus einem Gemisch von Wasserdampf und Methylsulfid 8% Methylsulfid auf. Bei der Kohle aus Beispiel 3 wurde jedoch eine Aufnahme von 14% freigestellt.

Claims

1. Körnchen bzw. Teilchen mit einer bestimmten geometrischen Form aus Aktivkohle, deren äußere Bereiche durch eine Nachbehandlung, bestehend aus einer oberflächlichen Imprägnierung und einer nachgeschalteten milden Aktivierung, abriebfest gemacht sind.

2. Aktivkohleteilchen nach Anspruch 1, wobei die Teilchen Kügelchen mit einem mittleren Durchmesser von 0,2-1 mm sind.

3. Aktivkohleteilchen nach Anspruch 1 und/oder 2, wobei die Imprägnierungsmasse ein polymeres Material, insbesondere Polyacrylnitril, ist.

4. Aktivkohleteilchen nach Anspruch 1 und/oder 2, wobei die Impräg nierungsmasse Steinkohlenteerpech bzw. ein Erdöldestillations rückstand ist.

5. Körnchen bzw. Teilchen mit einer bestimmten geometrischen Form aus Aktivkohle, welche in Gegenwart von NH₃ aktiviert und abgekühlt wurden und welche dadurch eine hohe Unempfindlichkeit gegenüber Wasserdampf aufweisen.

6. Kugelförmige Aktivkohleteilchen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche eines mittleren Durchmessers von 0,2-1 mm mit abriebfester Oberfläche und hoher Unempfindlichkeit gegenüber Wasserdampf.