DE3853824T2 - Aktivierter kohlenstoff und verfahren zur herstellung. - Google Patents

Aktivierter kohlenstoff und verfahren zur herstellung.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle aus Mesokohlenstoff-Mikrokügelchen und die erhaltene Aktivkohle und -Kohlenstoffmaterialien.
  • Der in diesem Text verwendete Begriff "aktivierte Mesokohlenstoff-Mikrokügelchen" soll mit einem geeigneten Bindemittel granulierte aktivierte Mesokohlenstoff- Mikrokügelchen sowie auch die aktivierten Mesokohlenstoff-Mikrokügelchen an sich umfassen.
  • Aktivkohle wurde lange zur Beseitigung von Verunreinigungen und zur Gewinnung nützlicher Stoffe aus Flüssigkeiten und Gasen wegen ihrer hohen Adsorptivität verwendet. Spezieller ausgedrückt, wird Aktivkohle zur Behandlung von Leitungswasser (Desodorisierung und Entfärbung), Entfärbung von Nahrungsmitteln, Entfernung oder Wiedergewinnung organischer Lösungsmittel oder Gewinnung von Edelmetallen aus Lösungen von Edelmetallsalzen oder als Träger für Katalysatoren, Gegengifte, Molekularsiebe zur Lufttrennung, Materialien für Batterien od. dgl. verwendet.
  • Herkömmlich wurde Aktivkohle aus organischen Abfällen, wie z.B. Kunstharzabfällen, Rückständen von der Pulpeherstellung, Kohle, Kohlenkoks, Holz, Kokosnußschalen od. dgl. hergestellt. Zur Aktivierung wurde eine selektive Oxidation in der Gegenwart von Wasserdampf, Luft, Sauerstoff od. dgl. Oxidationsmittel zur Bildung von Poren durchgeführt. Alternativ wird eine Aktivierung durch Verbindung des in einer Cellulosesubstanz enthaltenen Wasserstoffs und Sauerstoffs in der Gegenwart von Zinkchlorid zur Bildung von Wasser derart durchgeführt, daß das Kohlenstoffskelett beibehalten wird. Die in dieser Weise hergestellte Aktivkohle behält das ursprüngliche Gefüge des Ausgangsmaterials bei und enthält daher die Mesoporen von 20 bis 200 Å Porendurchmesser und Makroporen von 200 Å oder mehr Porendurchmesser sowie die Mikroporen von 20 Å oder weniger Porendurchmesser, die direkt an der Adsorption teilnehmen. Solche Aktivkohle erfordert viel Zeit bei der Adsorption, weil aufgrund der Anwesenheit von Mikroporen in Mesoporen oder Makroporen ein zu adsorbierender Stoff die Mesoporen oder Makroporen von der Außenseite der Aktivkohle passieren muß, um über die Mikroporen zu diffundieren. Diese Verfahren resultieren in einer Herstellung mit einem niedrigen Aktivierungswirkungsgrad. Selbst im Fall einer Ausbeute von etwa 20 bis etwa 30 % auf Basis des Ausgangsmaterials wird der Kohlenstoff nur bis zu einer maximalen spezifischen Oberfläche von etwa 1500 m²/g aktiviert.
  • Beim Einfüllen in eine Adsorptionseinrichtung wird die Aktivkohle, die von zerstampfter Kohle oder zerstampftem Koks als Ausgangsmaterial stammt, wegen des Zerstampfungszustands zu dicht gepackt, was nachteilig mit einem hohen Druckverlust in der Einrichtung verbunden ist.
  • Neuerdings wurde faserige Aktivkohle entwickelt und fand dank ihrer besonderen Eigenschaften und Form verbreitete Anwendungen. Jedoch wird faserige Aktivkohle, die aus Cellulose, Polyacrylnitril, Phenolharz, Pech od. dgl. Materialien hergestellt wird, durch das Aktivierungsverfahren in einer ausgeprägt niedrigen Ausbeute und daher zu hohen Kosten mit begrenzten Anwendungen erhalten.
  • Eine Auswahl von Zeolithen wird als ein Adsorbens verwendet, das sich zur selektiven Adsorption nur der Moleküle einer besonderen Abmessung, also als ein Material mit der Eigenschaft zur Erzielung einer Molekularsiebwirkung eignet. Zeolith hat jedoch den Nachteil einer bevorzugten Adsorption von Wasserdampf aufgrund seiner hohen Affinität für Wasser, wodurch innerhalb einer kurzen Zeit die Eignung zur Adsorption des gewünschten Stoffes merklich verringert wird.
  • Während der Showa-40er (1965-1974) wurde die Entwicklung von Kohlenstofftyp-Molekularsieben begonnen. Seit diesem Zeitabschnitt wurden zahlreiche Verfahren zur Herstellung von Molekularsieben vorgeschlagen. Verschiedene Materialien wurden zur Verwendung als kohlenstoffhaltige Basismaterialien vorgeschlagen, unter denen Kokosnußschalen- od. dgl. Aktivkohle jetzt hauptsächlich verwendet wird (z.B. geprüfte japanische Patentveröffentlichung No. 37036/1974). Je nach der durch Molekularsiebe zu trennenden Kombination von Materialien, wie z.B. N&sub2;/O&sub2;, CO&sub2;/Butan, n-Butan/Isobutan usw., ist es erforderlich, die Eigenporenabmessung des kohlenstoffhaltigen Basismaterials zu verringern. Zu diesem Zweck wurden verschiedene Verfahren vorgeschlagen, die ein CVD-Verfahren, bei dem Kohlenwasserstoff thermisch zersetzt und auf der Oberfläche teilchenförmigen kohlenstoffhaltigen Basismaterials abgeschieden wird (ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung No. 130226/1981 usw.), ein Verfahren, bei dem das kohlenstoffhaltige Basismaterial mit einem organischen Stoff imprägniert und carbonisiert wird (ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung No. 106982/1974 usw.), ein Verfahren, bei dem ein Phenolharz auf einem kohlenstoffhaltigen Basismaterial adsorbiert und darauf polymerisiert und carbonisiert wird (geprüfte japanische Patentveröffentlichung No. 37036/1974), und ein Verfahren umfassen, bei dem ein kohlenstoffhaltiges Basismaterial direkt aktiviert wird (ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung No. 182215/1981).
  • Die durch diese Verfahren hergestellten kohlenstoffhaltigen Molekularsiebe haben Poren mit einer Abmessungsverteilung in der Nähe von 4 Å. Folglich wird, wenn solche kohlenstoffhaltigen Molekularsiebe zur Trennung von z.B. N&sub2; (Molekülabmessung 3,0 Å) und O&sub2; (Molekülabmessung 2,8 Å) verwendet werden, die Trennung unter Ausnutzung des Unterschiedes zwischen diesen bei der Diffusionsgeschwindigkeit in die Poren durchgeführt, welcher Unterschied aufgrund des geringen Unterschieds in der Molekülabmessung zwischen diesen auftritt. Diese herkömmlichen kohlenstoffhaltigen Molekularsiebe ergeben innerhalb einer kurzen Zeit nach Beginn der Adsorption einen großen Unterschied bei der Adsorptionsmenge zwischen zu adsorbierenden Stoffen, doch jede Adsorptionsmenge nähert sich mit einem Verstreichen von Zeit einer Gleichgewichtsmenge. Da es keinen ausgeprägten Unterschied bei der Gleichgewichtsadsorptionsmenge zwischen N&sub2; und O&sub2; gibt ("Compilation of Pressure-swing Adsorption Technigues", herausgegeben von Toshinaga KAWAI und veröffentlicht von Industrial Technology Association), muß ein Druckwechsel in einem kurzen Intervall von etwa 1 Minute durchgeführt werden, wenn ein solches kohlenstoffhaltiges Molekularsieb bei einem Druckwechseladsorptions (PSA) -Verfahren verwendet wird (z.B. geprüfte japanische Patentveröffentlichung No. 25969/1963). Dies erfordert den Betrieb einer Pumpe bei einer erhöhten Frequenz zur Adsorption und Entfernung und verwendet eine größere Menge von N&sub2;-Gas zum Reinigen, was höhere Betriebskosten mit sich bringt.
  • Herkömmliche als Molekularsiebe zur Adsorption von O&sub2; verwendete Kohlenstoffmaterialien zeigen ein Adsorptionsvolumen von etwa 5,0 bis etwa 7,5 ml/g, das aufgrund des Porenvolumens des Basismaterials selbst so begrenzt ist. In Abhängigkeit von diesem Wert werden die Abmessungen einer Adsorptionssäule in einer PSA-Vorrichtung bestimmt.
  • Unter Berücksichtigung des vorgenannten Standes der Technik führten wir eine ausgedehnte Forschung zur Herstellung von Kohlenstoffmaterialien und Molekularsieben zur Adsorption aus neuen Materialien durch und fanden, daß, wenn Mesokohlenstoff-Mikrokügelchen als Ausgangsmaterial verwendet werden, die Probleme der herkömmlichen Techniken im wesentlichen überwunden oder beträchtlich gemildert werden können.
  • Kürzlich wurde gefunden, daß Kugelkörperchen mit netzartigen Schichten von 6-gliedrigem Kohlenstoffring, die parallel übereinanderliegen, im Pech während der Erhitzung von Petroleum- oder Kohle-Pech bei der Herstellung von Nadelkoks oder Kohlenstoffasern aus dem Pech gebildet werden. Die Kugelkörperchen bilden eine von der Matrixpechphase verschiedene Phase und können durch ein Anti- Lösungsmittelverfahren, Zentrifugiertrennverfahren od. dgl. isoliert werden. Die abgetrennten Kugelkörperchen, die allgemein Mesokohlenstoff-Mikrokügelchen bezeichnet werden, sind kugelförmige Körper von etwa 3 bis etwa 60 um Durchmesser und etwa 400 bis etwa 4500 m²/g spezifischer Oberfläche und haben ein optisch anisotropes Gefüge. Mit solcher besonderen Form und solchen Eigenschaften ist zu erwarten, daß die Mesokohlenstoff-Mikrokügelchen Verwendung als neue Materialien zur Herstellung von Hochleistungsmaterialien finden. Trotzdem wurden die Mesokohlenstoff-Mikrokügelchen bisher nur als Ausgangsmaterialien zur Herstellung von Hochdichte-Kohlenstoffmaterialien verwendet.
  • Unsere Forschung zeigte, daß, wenn die Mesokohlenstoff- Mikrokügelchen aktiviert werden, ein Kohlenstoffmaterial, wie z.B. Aktivkohle, mit einer äußerst neuen Form und neuen Eigenschaften aus den aktivierten Mesokohlenstoff- Mikrokügelchen erzeugt werden kann.
  • Im folgenden wird die Erfindung eines Verfahrens zur Aktivierung von Mesokohlenstoff-Mikrokügelchen und einer aus diesen Mesokohlenstoff-Mikrokügelchen hergestellten Aktivkohle im einzelnen beschrieben.
  • Gemäß der Erfindung werden Mesokohlenstoff-Mikrokügelchen auf ihrer Oberfläche mit einem Aktivierhilfsstoff versehen, der aus der aus KOH und NaOH bestehenden Gruppe gewählt wird.
  • Wenigstens einer von ihnen wird verwendet. Die Menge des verwendeten Aktivierhilfsstoffes ist etwa das 1- bis etwa das 10-fache des Gewichts der Mesokohlenstoff-Mikrokügelchen. Da der Aktivierungsgrad im wesentlichen proportional zur Menge des verwendeten Aktivierhilfsstoffes ist, kann die spezifische Oberfläche der Aktivkohle durch Variieren dessen Menge variiert werden.
  • Ein Aktivierhilfsstoff wie KOH, der bei Raumtemperatur fest ist, wird vorzugsweise in der Form einer wäßrigen Lösung verwendet.
  • Um die "Benetzbarkeit" des Aktivierhilfsstoffes an der Oberfläche der Mesokohlenstoff-Mikrokügelchen zu verbessern, kann Aceton, Methylalkohol, Ethylalkohol od. dgl. gemeinsam als ein oberflächenaktiver Stoff verwendet werden. Eine bevorzugte Menge des verwendeten oberflächenaktiven Stoffes ist etwa 5 bis etwa 10 % auf Basis der Gesamtmenge der Mesokohlenstoff-Mikrokügelchen und eines Aktivierhilfsstoffes oder einer einen Aktivierhilfsstoff enthaltenden Lösung.
  • Die Aktivierung erfolgt durch Erhitzen der Mesokohlenstoff-Mikrokügelchen mit dem darauf abgeschiedenen Aktivierhilfsstoff auf eine Temperatur von etwa 400 bis etwa 1200 ºC. Die Temperatursteigerungsrate und die Hitzeaufrechterhaltungszeit sind nicht besonders begrenzt. Üblicherweise werden die Mikrokügelchen nach Erhitzen auf die Temperatur unverzüglich abgekühlt oder auf derselben Temperatur für etwa 3 Stunden oder weniger gehalten. Die Aktivierung erfolgt in irgendeiner von inerten Atmosphären, wie z.B. Stickstoff- oder Argonatmosphäre, und oxidierenden Atmosphären, die Wasserdampf, Kohlenmonoxid, Sauerstoff od. dgl. enthalten. Im Fall einer inerten Atmosphäre wird eine höhere Ausbeute erzielt.
  • Bei der Aktivierung in einer inerten Atmosphäre wird es mehr bevorzugt, die Mesokohlenstoff-Mikrokügelchen mit einem darauf abgeschiedenen Aktivierhilfsstoff auf etwa 400 bis etwa 1200 ºC unter Anhebung der Temperatur mit einer Pate von etwa 300 bis etwa 600 ºC/h zu erhitzen und die gleiche Temperatur für 30 Minuten bis etwa 1 h beizubehalten.
  • Die Aktivierung in einer oxidierenden Atmosphäre erfolgt bevorzugter durch Erhitzen der Mikrokügelchen auf eine Temperatur von etwa 400 bis etwa 900 ºC in der Gegenwart von Aktivierhilfsstoff bei einer Temperaturanstiegsrate von etwa 300 bis etwa 600 ºC/h mit nachfolgendem Halten der gleichen Temperatur für etwa 2 bis etwa 3 Stunden. Man sollte Sorge tragen, ein Stoßen zu vermeiden, das bei der Verwendung von Aktivierhilfsstoff auftreten kann.
  • Unsere Forschungsergebnisse zeigen, daß eine optimale Aktiviertemperatur für jeden Aktivierhilfsstoff existiert. Beispielsweise sind optimale Aktiviertemperaturen etwa 800 bis etwa 1000 ºC für KOH und etwa 600 ºC für NaOH. Nach der Aktivierung werden die Mesokohlenstoff-Mikrokügelchen auf Raumtemperatur abgekühlt, mit Wasser gewaschen, um den unreagierten Aktivierhilfsstoff und das Reaktionsprodukt des Aktivierhilfsstoffs zu entfernen, und getrocknet, um ein Kohlenstoffmaterial gemäß der ersten Erfindung zu erhalten.
  • Bei der Erfindung wird angenommen, daß der aktive Hilfsstoff die oxidative Vergasung des Kohlenstoffs in den Mesokohlenstoff-Mikrokügelchen fördert. Spezieller ausgedrückt, reagiert der Aktivierhilfsstoff mit den Kohlenstoffatomen netzartiger Schichten von 6-gliedrigem Kohlenstoffring, die die Mesokohlenstoff-Mikrokügelchen bilden, um den Kohlenstoff in Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid umzuwandeln, und wird aus dem System abgegeben.
  • Bei der Aktivierung in einer inerten Atmosphäre wird der Anteil, der an der Reaktion nicht teilgenommen hat, carbonisiert, wodurch ein Unterschied im Gefüge zwischen dem reagierten und dem nichtreagierten Teil entwickelt wird, wodurch sich Poren bilden. In dieser Weise werden die Mesokohlenstoff-Mikrokügelchen mit den Mikroporen eines Porendurchmessers von im wesentlichen 20 Å im Ganzen und mit einer Porendurchmesserverteilung mit einer scharfen Spitze in der Nähe von 13 bis 14 Å gebildet. In einer inerten Atmosphäre tritt die Gasreaktion an der Oberfläche der Mikrokügelchen mit einer gesteigerten Selektivität auf, woraus sich ein hervorragender Anstieg der Ausbeute ergibt.
  • Die Reaktion von Kohlenstoff und Aktivierhilfsstoff bei der Erfindung läuft mit hoher Intensität ab. Als Folge davon werden, wenn Kohlenstoffasern anstelle der Mesokohlenstoff-Mikrokügelchen gemäß der Erfindung aktiviert werden, die aktivierten Kohlenstoffasern zu einer von der ursprünglichen Form völlig verschiedenen Form deformiert und weisen eine merklich verringerte Festigkeit auf. Andererseits behalten die aktivierten Mesokohlenstoff- Mikrokügelchen die ursprüngliche Kugelform und zeigen keine merkliche Festigkeitsverringerung.
  • Die gemäß der Erfindung hergestellte Aktivkohle ist optisch anisotrop und enthält Mikroporen von 20 Å oder weniger Durchmesser, die 85 % oder mehr Porenvolumen darstellen. Die Mikroporen der Aktivkohle haben eine spezifische Oberfläche von etwa 500 bis etwa 4600 m²/g und etwa 0,5 bis etwa 3,0 ml/g im gesamten Porenvolumen. Die Aktivkohle adsorbiert Benzol mit einer Adsorptivität von etwa 0,2 bis etwa 1,0 g/g gemäß JIS K 1474 und Methylenblau mit einer Adsorptivität von etwa 100 bis etwa 650 ml/g gemäß JIS K 1470.
  • Gemäß dem Verfahren der Erfindung ist der zu verwendende Aktivierhilfsstoff billig, und die Kohlenstoffmaterialien werden mit hoher Ausbeute und daher zu äußerst verringerten Kosten erzeugt. Weiter kann die spezifische Oberfläche in einem weiten Bereich von 500 bis 4600 m²/g durch Variieren der Menge des verwendeten Aktivierhilfsstoffs variiert werden. Außerdem zeigen die Kohlenstoffmaterialien der Erfindung eine Adsorptivität, die gleich der oder höher als die von herkömmlicher körniger Aktivkohle unter erhöhtem Druck sowie unter normalem Druck ist. Die Kohlenstoffmaterialien der Erfindung sind wegen ihrer Form und Eigenschaften der Erzielung rascher Adsorption mit hoher Adsorptivität auf äußerst weiten Gebieten brauchbar.
  • Im folgenden werden Beispiele zur Erläuterung der Erfindung in mehr Einzelheiten anhand der beigefügten Zeichnungen gegeben, von denen:
  • Fig. 1 und Fig. 2 Diagramme sind, deren jedes die Teilchengrößenverteilung der als Ausgangsmaterial in den Beispielen der Erfindung verwendeten Mesokohlenstoff-Mikrokügelchen zeigt;
  • Fig. 3 ein Diagramm ist, das eine Adsorptionsisotherme zeigt, die durch Verwendung der in den Beispielen erzeugten aktivierten Kohlen für ein N&sub2;-Gasadsorptionsverfahren erhalten wurde;
  • Fig. 4 ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen der Menge von verwendetem KOH und der spezifischen BET- Oberfläche in den Beispielen zeigt;
  • Fig. 5 ein Diagramm ist, das die Adsorptivität der in den Beispielen bezüglich verschiedener Verbindungen erhaltenen aktivierten Kohlen zeigt; und
  • Fig. 6 ein Diagramm ist, das die Verteilung der Poren der in den Beispielen verwendeten Mesokohlenstoff-Mikrokügelchen zeigt.
    • Beispiel 1
  • Wasser und Aceton wurden in bestimmten Mengen einer Mischung von 10 g Mesokohlenstoff-Mikrokügelchen mit einer Teilchengrößenverteilung, wie in Fig. 1 (Gewichtsverteilung) und Fig. 2 (Verteilung der Zahl der Mikrokügelchen) gezeigt, und einer bestimmten Menge von Kaliumhydroxid (Aktivierhilfsstoff) zugesetzt. Die Mischung wurde homogen gerührt und ergab eine Trübe. Die Trübe wurde dann in einer Atmosphäre von Stickstoffgas bei einer Temperatur von Raumtemperatur bis 850 ºC mit einer Temperatursteigerung einer Rate von 10 ºC/min erhitzt und bei dieser Temperatur 1 h gehalten. Das erhaltene Reaktionsprodukt wurde auf nicht mehr als 100 ºC abgekühlt, mit Wasser gewaschen und getrocknet.
  • Die Tabelle 1 zeigt das Gewichtsverhältnis (KOH/M) von Kaliumhydroxid zu den Mesokohlenstoff-Mikrokügelchen (MCB) und die Menge des verwendeten Wassers und Acetons.
  • Fig. 3 zeigt eine Adsorptionsisotherme, die durch Verwendung von Kohlenstoffmaterial Nr. 5 für ein N&sub2;-Gasadsorptionsverfahren bestimmt wurde (mit Autosorb I, hergestellt von Yuasa Ionics Kabushiki Kaisha hergestellt, bestimmt). Fig. 3 zeigt klar, daß fast alle gebildeten Poren Mikroporen mit einem Radius bis zu 10 Å sind.
  • Die Eigenschaften der Kohlenstoffmaterialien, wie sie in der Tabelle 5 gezeigt sind, wurden folgendermaßen bestimmt. Zunächst wurde die Adsorptionsisotherme durch das N&sub2;-Gasadsorptionsverfahren (mit Autosorb I, hergestellt von Yuasa Ionics Kabushiki Kaisha) bestimmt, und dann wurden auf der Basis der Adsorptionsisotherme (I) die BET-spezfische Oberfläche (m²/g) , (II) die spezifische Oberfläche der Mikroporen (m²/g), (III) die spezifische Oberfläche der Mesoporen (m²/g), (IV) das Gesamtvolumen aller Poren (ml/g) und (V) das Volumen der Mikroporen (ml/g) bestimmt. Tabelle 1 Nr. KOH/M Wasser Aceton * Vergleichsbeispiel
  • Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Menge von verwendetem KOH (Gewichtsverhältnis von KOH/M) und der BET-spezifischen Oberfläche des in diesem Beispiel erhaltenen Kohlenstoffmaterials zeigt.
  • Obwohl die Ausbeute sinkt, wenn die Menge des verwendeten KOH erhöht wird (das Kohlenstoffmaterial Nr. 5 wurde mit einer 87-%-Ausbeute, das Material Nr. 11 dagegen mit einer 35-%-Ausbeute erhalten), kann der Aktivierungsgrad nach Wunsch eingestellt werden.
    • Beispiel 2
  • Kohlenstoffmaterialien wurden jeweils in der gleichen Weise, wie zur Herstellung des Materials Nr. 5 des Beispiels 1 angewandt, mit der Ausnahme erzeugt, daß die Aktivierung bei einer Temperatur von 400 ºC, 600 ºC, 800 ºC, 1000 ºC bzw. 1200 ºC vorgenommen wurde.
  • Die Tabelle 3 zeigt die Eigenschaften der so erhaltenen Kohlenstoffmaterialien Nr. 12 bis 16. Tabelle 3 Nr. * Vergleichsbeispiel
  • Wie aus der Tabelle 3 ersichtlich ist, ist es, wenn KOH als Aktivierhilfsstoff verwendet wird, wünschenswert, die Aktivierung bei einer Temperatur von etwa 800 bis etwa 1000 ºC durchzuführen.
    • Beispiel 3
  • Kohlenstoffmaterialien wurden jeweils in der gleichen Weise, wie zur Herstellung des Materials Nr. 5 des Beispiels 1 angewandt, mit der Ausnahme erzeugt, daß NaOH anstelle von KOH verwendet wurde und die Aktivierung bei einer Temperatur von 400 ºC, 600 ºC bzw. 800 ºC erfolgte.
  • Die Tabelle 4 zeigt die Eigenschaften der so erhaltenen Kohlenstoffmaterialien Nr. 17 bis 19. Tabelle 4 Nr. * Vergleichsbeispiel
    • Beispiel 4
  • Unter Verwendung des im Beispiel 1 erhaltenen Kohlenstoffmaterials Nr. 3 wurde die Gleichgewichtsadsorptionsmenge bei 25 ºC gemäß JIS K-1474 bezüglich Benzol, n-Pentan, Tetrahydrofuran, n-Hexan, Chloroform, Isopentan, Cyclohexan, Cumol, Tetralin, Cyclohexylamin, Decalin, t-Butylalkohol, Trimethylpentan und Tetrachlorkohlenstoff gemessen. Fig. 5 zeigt die Ergebnisse.
  • Fig. 5 zeigt, daß das Kohlenstoffmaterial der vorliegenden Erfindung eine Eignung hat, eine solche Molekularsiebwirkung zu erzielen, daß Moleküle mit einer Teilchengröße (kleinere Achse) von mehr als 4,8 Å dazu neigen, nur in einer geringen Menge auf dem Kohlenstoffmaterial adsorbiert zu werden. Dementsprechend ist es klar, daß das Kohlenstoffmaterial der Erfindung zur Trennung verschiedener Verbindungen verwendbar ist.
    • Beispiel 5
  • Die im Beispiel 1 erhaltenen Kohlenstoffmaterialien Nr. 8 und Nr. 11 wurden auf Okklusion mit Methan unter einem Druck von 9 kg/cm² G getestet.
  • Die Tabelle 5 zeigt die Testergebnisse zusammen mit einem Ergebnis, das unter Verwendung eines bekannten körnigen aktivierten Kohlenstoffs erhalten wurde.
  • Wie aus den in der Tabelle 5 gezeigten Ergebnissen ersichtlich ist, ist es klar, daß das Kohlenstoffmaterial der vorliegenden Erfindung eine große Adsorptivität sogar unter einem erhöhten Druck hat und daher als ein Mittel für Gasokklusion bei Einfüllung in eine Druckgasflasche verwendbar ist. Tabelle 5 Spezifische Oberfläche Menge von okkludiertem methan Teilchenförmiger aktivierter Kohlenstoff Kohlenstoffmaterial
    • Beispiel 6
  • Eine Menge von 600 Teilen Wasser und 100 Teile Aceton wurden einer Mischung von 100 Teilen Mesokohlenstoff- Mikrokügelchen, die von gleicher Teilchengrößenverteilung wie die im Beispiel 1 verwendeten waren, und von 300 Teilen KOH zugesetzt. Die erhaltene Mischung wurde homogen gerührt, so daß sich eine Trübe ergab. Die Trübe wurde dann auf einer Temperatur von 800 ºC für 1 Stunde in einer Atmosphäre von Stickstoffgas gehalten, danach abgekühlt und mit Wasser gewaschen, was aktivierte Mesokohlenstoff-Mikrokügelchen mit einer Ausbeute von 75 % ergab. Die BET-spezifische Oberfläche der aktivierten Mesokohlenstoff-Mikrokügelchen, an denen N&sub2;-Gas adsorbiert wurde, war 2054 m²/g, und der Anteil des Porenvolumens war, wie in Fig. 6 gezeigt ist.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle, das
- die Abscheidung eines Aktivierhilfsstoffes auf der Oberfläche von Mesokohlenstoff-Mikrokügelchen und
- das Aktivieren, Waschen und Trocknen der Mesokohlenstoff-Mikrokügelchen vorsieht,
welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß der Aktivierhilfsstoff wenigstens eines von KOH und NaOH ist und in einer 1- bis 10-fachen Menge des Gewichts der Mesokohlenstoff-Mikrokügelchen verwendet wird, und daß die Aktivierung bei einer Temperatur über 400 ºC bis zu etwa 1200 ºC durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Aktivierung bei einer Temperatur von etwa 600 ºC bis etwa 1000 ºC durchgeführt wird.
3. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein oberflächenaktiver Stoff, der aus der aus Aceton, Methylalkohol und Ethylalkohol bestehenden Gruppe gewählt wird, beim Abscheiden des Aktivierhilfsstoffes auf der Oberfläche der Mesokohlenstoff-Mikrokügelchen verwendet wird.
4 Aktivkohlenstoff-Mikrokügelchen, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch das Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3 erhältlich sind.
5. Aktivkohlenstoff-Mikrokügelchen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
sie optisch anisotrop sind,
sie 90 % oder mehr von Teilchen einer Teilchengröße von 80 um oder weniger aufweisen,
ihr gesamtes Porenvolumen von 0,5 bis etwa 3 ml/g ist,
85 % oder mehr ihres gesamten Porenvolumens aus Mikroporen von 20 Å oder weniger Porendurchmesser bestehen, und
sie eine spezifische Oberflächengröße von 500 bis 4600 m²/g haben.
DE3853824T 1987-11-20 1988-11-21 Aktivierter kohlenstoff und verfahren zur herstellung. Expired - Fee Related DE3853824T2 (de)

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