DE3919567A1 - Verfahren zur herstellung von kuenstlicher aktivkohle - Google Patents
Verfahren zur herstellung von kuenstlicher aktivkohleInfo
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- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/20—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
Description
Unter Aktivkohle versteht man Kohlenstoffstrukturen aus klein
sten Kristallen mit inneren Oberflächen zwischen 500 und 1000 m3/g.
Die Wirkung von Aktivkohle beruht auf ihrem großen
Adsorptionsvermögen für unerwünschte oder schädliche
Geruchsstoffe aus Gasen, Dämpfen, Wasser und anderen
Flüssigkeiten. Man unterscheidet zwischen pflanzlichen (Holz,
Torf, Nußschalen, Kaffeebohnen) und tierischen (Blut, Knochen)
Rohstoffen. Die Rohstoffe werden entweder mit Dehydrati
sierungsmitteln (Zinkchlorid, Phosphorsäure) auf 500-900 Grad
Celsius erhitzt und anschließend durch Auswaschen gereinigt oder
man behandelt das verkohlte Material bei 700-1000 Grad Celsius
mit Wasserdampf, Kohlendioxid oder Luft. Die von Aktivkohle
adsorbierbare Stoffmenge hängt u.a. in starkem Maße von der
Größe seiner Oberfläche ab. Dabei ist nicht nur die Außenfläche
wirksam, sondern auch die sogenannte "innere Oberfläche", die
bei porösen Körpern sehr groß sein kann.
Charakteristisch für Aktivkohle ist eine spezifische
Porenstruktur und die dadurch bedingte große innere Oberfläche.
Aktivkohlen, wie sie zur Zeit für die Wasserreinigung eingesetzt
werden, besitzen eine innere Oberfläche in der Größenordnung von
600 bis 1600 m3/g.
Hinsichtlich des Porendurchmessers und der Porenverteilung
unterscheidet man bei Aktivkohlen zwischen drei Größenordnungen,
und zwar:
- 1. Makroporen mit einem Porendurchmesser im Bereich über 200 A°. Diese Poren dienen bei der Adsorption aus Flüssigkeiten als Hauptzugangswege bzw. Diffusionswege und spielen für den Adsorptionsvorgang selbst nur eine untergeordnete Rolle.
- 2. Übergangsporen und Mikroporen mit Durchmessern von weniger als 200 A°. Diese Poren sind adsorptionstechnisch von Wichtigkeit. In ihnen findet die eigentliche Adsorption statt. Den überwiegenden Teil der wirksamen inneren Ober fläche stellen jedoch die Mikroporen mit einem Durchmesser bis zu 20 A°.
Als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Aktivkohlen dienen
kohlenstoffreiche Rohstoffe. Die Aktivierung dieser Stoffe kann
nach zwei verschiedenen Methoden erfolgen.
Sei der Gasaktivierung geht man von bereits verkohltem Material
aus und setzt dieses dem oxidierenden Einfluß eines Gasstromes,
wie z.B. Wasserdampf, Kohlendioxyd, Luft oder deren Gemische,
aus. Die Reaktionstemperatur liegt bei etwa 800 bis 1000 Grad
Celsius, so daß der Kohlenstoff nach der Wassergas-Gleichung
C + H₂O - CO + H₂
teilweise vergast und dabei ein poröses, hochaktives Kohlen
stoffgerüst entsteht.
Bei der chemischen Aktivierung vermischt man unverkohltes koh
lenstoffhaltiges Material mit dehydratisierend und oxidierend
wirkenden Chemikalien. Anschließend wird die "Maische" auf 400
bis 800 Grad Celsius erhitzt. Die Aktivierungsmittel - es können
dafür Zinkchlorid, Phosphorsäure, Schwefelsäure u.a. in Frage
kommen - werden anschließend ausgewaschen und zurückgewonnen.
Die Aktivierung selbst wird in Drehrohr-, Etagen-, Schacht- oder
Wirbelschichtöfen ausgeführt. Ruß ist eine Erscheinungsform des
Kohlenstoffs, die sich bei unvollständiger Verbrennung bzw.
thermischer Spaltung von dampfförmigen, kohlenstoffhaltigen
Substanzen bildet, in unerwünschter Weise, z.B. bei der
Verbrennung von Dieselkraftstoffe in schlecht eingestellten
Motoren oder als Schornsteinruß an Feuerstellen.
Ruß besteht aus annähernd kugelförmigen Primärteilchen von 5-500
micrometer Durchmesser, die meist zu sich in verzweigten
kettenförmigen Agregaten miteinander verwachsen sind, über eine
empirisch abgeleitete Größenverteilungsfunktion. Das Ausmaß der
Agregation bezeichnet man als Ruß-"Struktur". Diese Agregate
wiederum lagern sich zu losen Aglomeraten (Rußflocken) zusammen.
Die Oberfläche von Ruß kann von ca. 10-1000 m3/g variiert
werden.Ruße mit spezifischen Oberflächen über 150 m3/g weisen im
allgemeinen Poren mit Durchmessern von 1 micron auf. Das spezi
fische Gewicht von Ruß liegt bei 1.8-2.1 g/cm. Je nach Herstel
lungsweise und Rohstoff enthält Ruß neben Kohlenstoff 0.3-1.3%
H, 0.1-0.7% N, 0.1-0.7% S.
Es gibt viele Sorten von Ruß mit verschiedenen Oberflächen.
Furnaceruß, Gasruß, Thermalruß usw. Es ist daher möglich, eine
entsprechende Oberfläche zu wählen, welche vergleichbar zur
Aktivkohle ist. Das Problem ist, wie man Ruß als Adsorp
tionsmittel verwendet. Wie oben beschrieben, besitzt Aktivkohle
Mikroporen und Makroporen. Die Partikel der Aktivkohle sind grob
und eignen sich besonders zum Abfiltrieren. Dagegen sind Ruß
partikel so klein, daß sie eine stabile, kollodiale Suspension
bilden und kaum filtrierbar sind. In der vorliegenden Erfindung
wurden Kügelchen oder Stäbchen von grobporösem innerten Material
wie z.B. Ton, Gips, poröse Silica oder sogar Steinkohle- oder
Braunkohlepartikelchen mit einer Suspension von Ruß in ein
Lösungsmittel wie Toluol gebracht. Dadurch wird der Ruß von
adsorbierten organischen Verbindungen befreit und gelangt in die
groben Poren des innerten Materials. Nach der Befreiung von
Toluol wird das Material kurz aktiviert und zwar durch Erhitzen
auf 700 Grad Celsius im Dampf- und Luftstrom. Ein erheblicher
Vorteil des Materials - gemäß vorliegender Erfindung - liegt in
der Möglichkeit, die Kügelchen aus Ton zu verbrennen bis sie
frei von Ruß sind und wiederverwendbar als Träger von neuen
Rußpartikeln.
Nachfolgend zwei Beispiele eines Laboransatzes:
- 1. Tonkügelchen (1-2 mm Durchmesser) werden nach bekannten Verfahren zu fertigen, porösen Körpern verbrannt. 50 g solcher Kügelchen werden in 50 ml Toluol + 3 g Ruß getränkt. Nach der Befreiung von Toluol werden die Kügelchen im Dampf bei 750 Grad Celsius aktiviert.
- 2. Durchfeuchteter Ton (50 g) wurde mit 3 g Ruß vermischt. Aus dieser Masse wurden Kügelchen mit 1-2 mm Durchmesser geformt. Nach der Verbrennung bei 700 Grad Celsius erhält man das gewünschte aktive Material.
Das Verfahren ist so einfach, daß man nicht zu erläutern
braucht, wie man eine sehr große Menge solcher Aktivkohlekügel
chen herstellt. Das Verfahren ist sehr preisgünstig und spart
Naturstoffe, da Ruß ein technisches Erzeugnis auf der Basis
Kohle/Petroleum ist. Der Preis von Aktivkohle ist nicht niedrig
und weil Aktivkohle das einzige wirksame Mittel in der Wasser
aufbereitung ist, ist ein Ersatzmittel nicht nur wünschenswert,
sondern auch dringend notwendig, damit die natürlichen Quellen
wie Holz, Schalen usw. erhalten bleiben.
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung von künstlicher Aktivkohle,
dadurch gekennzeichnet, daß eine feinporige
Erscheinungsform des Kohlenstoffes innerhalb der groben
Poren einer innerten Matrix aufgebracht ist.
2 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
feinporige Erscheinungsform des Kohlenstoffes jede Sorte
von Ruß ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die grobporige, innerte Matrix aus Ton, Gips, porösem
Silica oder grobporiger Holzkohle, Steinkohle, porösen
Kunststoffen jeder Art oder Braunkohle besteht.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die so hergestellten Aktivkohlekörper - falls
erforderlich - nochmals aktiviert werden können und zwar
nach bekannten Verfahren, wie z.B. in einer
Wasserdampfatmosphäre bei Temperaturen von 500 bis 1000
Grad Celcius.
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1989
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