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Verfahren zur Reinigung von Ruß oder Graphit durch Oxydation Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zur Reinigung von Ruß oder Graphit durch Oxydation.
Es ist bekannt, daß der Hauptbestandteil des Rußes niemals ganz reiner Kohlenstoff
ist, sondern daß er stets noch geringe Mengen von Wasserstoff in hochmolekularer
Bindung enthält, die ihm nicht durch einfaches Glühen, sondern nur durch längeres
Erhitzen im Chlorstrom entzogen werden können. Das Chlor ergibt aber mit dem am
Ruß adsorbierten Wasserstoff durch Bildung von adsorbiertem Chlorwasserstoff eine
saure Reaktion, die natürlich für die weitere Verwendung des Rußes sehr unerwünscht
ist, z. B. wenn der Ruß in der Lackindustrie oder in der Gummiindustrie benutzt
werden soll. Daher hat sich das Verfahren der Reinigung mit Chlor, z. B. von Aktivkohlen,
in der Praxis nicht durchsetzen können, da bei Verwendung von Chlor niemals ein
neutral reagierender Kohlenstoff erhalten werden konnte.
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Gemäß der Erfindung werden die Nachteile dadurch beseitigt, daß Ruß
oder Graphit bei gewöhnlicher Temperatur mit Ozon behandelt wird. Das Ozon reagiert
mit dem vom Ruß adsorbierten Wasserstoff unter Bildung von Wasser, also einem absolut
neutralen Stoff, der dazu sowieso schon vorher in den meisten in der Praxis verwendeten
Rußen als adsorbierte Luftfeuchtigkeit enthalten ist. Durch Behandlung gegebenenfalls
schon mit relativ kleinen Mengen Ozon bei gewöhnlicher Temperatur, d. h. ohne Erwärmung,
die ohne große Schwierigkeiten zu erreichen ist, wird der Ruß von dem adsorbierten
Wasserstoff weitgehend befreit und dadurch in seinen Eigenschaften verändert, z.
B. gut benetzbar durch Wasser gemacht, ohne deshalb unerwünschte neue Eigenschaften
anzunehmen, wie die bei der Behandlung mit Chlor auftretende saure Reaktion.
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Die einfachste Form, Ruß- und Graphitteilchen zu behandeln, besteht
darin, daß man sie in einen Behälter einbringt und mit ozonhaltiger Luft anbläst.
Auf diese Weise behandelte Rußteilchen zeigen bereits eine bessere Benetzbarkeit.
Wenn man aber den Behälter nur etwa zu einem Drittel mit Ruß füllt und während des
Durchblasens durch Schütteln des Behälters den Ruß wirbelt, so erhöht sich die Wirkung
beträchtlich, und der Ruß ist sofort benetzbar. Schüttet man solchen vorbehandelten
Ruß auf eine Wasserfläche und bewegt diese leicht, so sinkt der Ruß sofort und .ergibt
durch leichtes Aufschütteln eine tiefschwarze Suspension. Demgegenüber steigt gleichartiger,
aber nicht vorbehandelter Ruß sofort nach oben, sinkt erst nach stundenlangem Schütteln
und kann erst durch sehr starkes Schütteln zur Suspension gebracht werden. Der vorbehandelte
Ruß beharrt auch viel länger in Suspension als der unbehandelte, so daß diese Suspensionsdauer
schon
rein äußerlich den Unterschied zwischen behandeltem und unbehandeltem Ruß zeigt.
Die Suspensionsbeschleunigung ist,> offenbar die Folge einer größeren Reinheit'-,,
welche durch die Ozonbehandlung he@.iöfw: gerufen wird. Die größere Benetzbarkeit
he 't z. B. für Ruß erhebliche Vorteile, wenn man ihn für Farben, Batterien usw.
verwendet. Denn die Farben lassen sich mit relativ weniger Öl zu einer relativ dünnen
und doch deckfähigen Masse anreiben, auch trocknet die mit behandeltem Ruß angeriebene
Farbe schneller. In der Batterie kann der Elektrolyt tiefer in die Puppe eindringen,
wenn der Ruß mit Sauerstoff vorbehandelt ist.
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Während man bei unbehandeltem Ruß stets Schutzkolloide, wie Leim,
Gelatine usw., zum Suspensionsmittel mischen mußte, um die Rußteile längere Zeit
suspendiert zu halten, genügt bei der Verwendung von vorbehandeltem Ruß bereits
reines Wasser, um eine tiefschwarze Suspension zu erhalten. Filtriert man die Suspension,
um nur die Ultrateilchen in das Filtrat zu bekommen, so zeigt sich, daß das Filtrat
viel dunkler ist als das von nichtbehandeltem Ruß. Das spricht dafür, daß wesentlich
mehr Ultrateilchen im Filtrat enthalten sind als im unbehandelten Ruß. Dieser mit
freiem Auge schon feststellbare Unterschied wird durch die Beobachtung mit dem Ultramikroskop
bestätigt und erklärt. Wie -die mikrophotographische Aufnahme klar zeigt, enthält
vorbehandelter Ruß bei derselben verwendeten Menge, bei derselben Vergrößerung in
einem Gesichtsfeld mehr Teilchen als unbehandelter Ruß. Durch Auszählungen konnte
festgestellt werden, daß etwa doppelt so viel Teilchen in einem Sehfeld vorhanden
sind, und 'das würde bedeuten, daß die Teilchen feiner verteilt sind als bei unbehandeltem
Ruß. Interessanterweise erscheinen trotzdem viele Teilchen größer und von einem
intensiveren Licht, was dadurch erklärt werden könnte, daß hier die Oberfläche der
Teilchen von allen Nebenprodukten (Gasschicht usw.) befreit ist, so daß das reine
Kohleteilchen das Licht intensiver beugt und dadurch eine größere, stärker leuchtende
Beugungsscheibe erzeugt. Es sei dazu noch bemerkt, daß die Teilchen sehr gut isoliert
sind und -fast gar keine Neigung zur Aggregatbildung zeigen. Zusammenfassend konnte
man also feststellen, daß vorbehandelter Ruß aus Einzelteilchen besteht, die sich
sehr leicht voneinander isolieren lassen, sie zeigen keine Neigung zur Agglutination
und können auch schon mit reinem Wasser suspendiert werden. Die Untersuchüngen ergaben,
daß durch die Behandlung mit Ozon eine Oberflächenschicht der Teilchen entfernt
und dadurch die Benetzbarkeit der Teilchen in hohem Maße gesteigert wird. Durch
die Reinigung der Teilchenoberfläche wird auch die Isolierung der "e$knzelnen Teilchenerleichtert
und die Nei-4ung zur Aggregatbildung fast vollkommen ,unterdrückt.
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Das angegebene Verfahren läßt sich z. B. für gewisse Graphitsorten
anwenden. Es ist bekannt, daß Graphit ziemlich große Gasmengen zu binden imstande
ist, die bei seiner Verwendung empfindliche Störungen hervorrufen können. Es ist
für die Verwendung von Graphit als Zusatz zur Depolarisationsmasse galvanischer
Elemente sehr schädlich, wenn dieser Schwefelwasserstoff adsorbiert enthält, da
schon Spuren von Schwefelwasserstoff die Haltbarkeit der seit diesem Graphit hergestellten
Elemente sehr herabsetzen können- Dagegen ergab mit Ozon behandelter Graphit nach
einmonatlicher Lagerung der damit hergestellten Batterien einen Leistungsrückgang
von nur noch 8 %, der als normal anzusprechen ist, während die Leistung der mit
dem nichtbehandelten Graphit hergestellten Batterien in einem Monat um 35 % sank.
Diese Verbesserung läßt sich damit erklären, daß der an den Graphitflächen adsorbierte
Schwefelwasserstoff durch das Ozon zu Schwefeloxydationsprodukten, die als solche
in der Batterie nichtschädlich sind, und zu Wasser oxydiert wurde.
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Die Behandlung des Graphits mit Ozon wurde praktisch folgendermaßen
ausgeführt: In einen Glaszylinder von So cm Höhe und io cm Innendurchmesser wurden
3 kg Graphit gegeben, in die von unten ein ozonisierter Luftstrom eingeblasen wurde,
dem eine wirbelartige Bewegung gegeben -wurde. Das Ozon wurde mittels Durchleitens
eines Luftstromes durch Ozonröhren erzeugt; die Ozonröhren ergaben pro Stunde ungefähr
eine Leistung von o,8 g Ozon. Es genügte, den Ozonstrom 45 Stunden über und durch
den Graphit zu leiten; nach dieser Zeit war der Schwefelwasserstoffgeruch verschwunden,
und der Graphit zeigte die oben angegebenen Eigenschaften.
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Die Behandlung von Ruß mit Ozon ging im einzelnen folgendermaßen vor
sich: 5 kg Ruß -wurden in einen senkrecht stehenden Zylinder von 3o-cm Durchmesser
und i oo:cm Höhe gefüllt. Von unten wurde durch einen Verteiler mit mehreren Düsen
ein ozonisierter Luftstrom eingeleitet. Das Ozon wurde auf die Weise erzeugt, daß
mittels einer kleinen Luftpumpe ein Luftstrom durch drei Ozonröhren, die je etwa
a Watt verbrauchten, durchgetrieben -wurde. Nach etwa 8 Stunden war unverbrauchtes
Ozon an der Austrittsstelle äus dem Zylinder wahrnehmbar. Auch der so behandelte
Ruß ließ sich sehr.gut benetzen.
Da eine Ozonröhre in der Stunde
ungefähr o, i g Ozon erzeugte, wurden für die Ozonisierung von 5 kg Ruß etwa 2,4
g Ozon verbraucht, d.h. noch nicht ganz o,5g Ozon genügten, um i kg Ruß zu ozonisieren
und dessen Eigenschaften grundlegend zu verändern.