DE69420079T2 - Activated carbon impregnated with organic amines - Google Patents

Activated carbon impregnated with organic amines

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Description

Mit organischem Amin imprägnierte Aktivkohle Die Erfindung betrifft eine Atemgasfilterzusammensetzung, die mit einer organischen Aminverbindung imprägnierte Aktivkohle aufweist, um die Leistung der Aktivkohle gegen toxische Perfluorkohlenstoffe, besonders gegen Trifluornitrosomethan (TFNM), zu verbessern, sowie Verfahren zum Imprägnieren von Aktivkohle mit organischen Aminverbindungen.Organic amine impregnated activated carbon The invention relates to a breathing gas filter composition comprising activated carbon impregnated with an organic amine compound to improve the performance of the activated carbon against toxic perfluorocarbons, particularly against trifluoronitrosomethane (TFNM), as well as methods for impregnating activated carbon with organic amine compounds.

Aktivkohle ist in sowohl gewerblich-technischen als auch in militärischen Anwendungen in Atemgasfiltereinsätzen von Gasmasken zum Entfernen von toxischen Gasen verwendet worden. Für das Entfernen von verschiedenen giftigen Gasen, wie z. B. Cyanwasserstoff (HCN) und Cyanchlorid (CNCl) werden Aktivkohlen verwendet, die typischerweise bestimmte Metalle enthalten (Kupfer, Chrom und Silber), gewöhnlich in Form eines Oxidkristalliten. Typischerweise sind diese Adsorbentien in der Branche als ASC Whetlerite-Kohle oder ASC/TEDA bekannt, wenn die Kohle außerdem Triethylendiamin, TEDA, enthält. Die Funktion dieser Metalle oder Metallverbindungen ist in erster Linie die Aufspaltung von HCN oder CNCl durch chemische Reaktion(en) in unschädliche gasförmige Produkte und/oder Produkte, die sich an der Aktivkohle leicht physikalisch oder chemisch adsorbieren lassen.Activated carbon has been used in both commercial and military applications in respiratory gas filter cartridges of gas masks to remove toxic gases. Activated carbons typically contain certain metals (copper, chromium and silver), usually in the form of an oxide crystallite. Typically, these adsorbents are known in the industry as ASC Whetlerite carbon or ASC/TEDA when the carbon also contains triethylenediamine, TEDA. The function of these metals or metal compounds is primarily to break down HCN or CNCl by chemical reaction(s) into harmless gaseous products and/or products that are readily physically or chemically adsorbed onto the activated carbon.

Trifluornitrosomethan (TFNM) ist ein Perfluorkohlenstoff von blauer Farbe mit einem Siedepunkt von -84ºC. Unter Sonnenlicht (UV-Strahlung) dimerisiert dieses Gas, verliert seine intensive blaue Färbung und wird blaßgelb. TFNM ist ausreichend toxisch, um eine hohe Gefährdung darzustellen, sogar für Personen, die durch normale Kohleadsorptionsfilter geschützt sind. Es wurde festgestellt, daß die hier beschriebene aminimprägnierte Aktivkohle bei der chemischen Adsorption bzw. Chemisorption dieses Verbindungstyps besonders wirksam ist.Trifluoronitrosomethane (TFNM) is a blue-colored perfluorocarbon with a boiling point of -84ºC. Under sunlight (UV radiation), this gas dimerizes, losing its intense blue color and becoming pale yellow. TFNM is sufficiently toxic to pose a high risk, even to people protected by standard carbon adsorption filters. The amine-impregnated activated carbon described here has been found to be particularly effective in the chemical adsorption or chemisorption of this type of compound.

Vom methodologischen Gesichtspunkt aus gibt es verschiedene Möglichkeiten zum Aufbringen eines organischen Amins auf die Oberfläche der Aktivkohle. Ein Vorschlag zum Aufbrin gen von TEDA auf die Oberfläche von Aktivkohle findet sich in dem US-Patent Nr. 4 531 953, erteilt an J. E. Groose u. a. am 30. Juli 1985. Im Patent von Groose wird die direkte Sublimation von TEDA auf die Aktivkohleoberfläche bei Atmosphärendruck vorgeschlagen. Ein solches Verfahren beseitigt das anschließende Trocknungsverfahren, da kein Lösungsmittel beteiligt ist. Ein anderes Verfahren zum Aufbringen von TEDA auf die Oberfläche von Aktivkohle unter vermindertem Druck ist ausführlich in dem US-Patent Nr. 5 145 820, erteilt an S. H. Liang u. a., am 8. September 1992, beschrieben worden.From a methodological point of view, there are several ways to apply an organic amine to the surface of the activated carbon. A proposal for application A method for applying TEDA to the surface of activated carbon is found in U.S. Patent No. 4,531,953, issued to JE Groose et al. on July 30, 1985. The Groose patent proposes direct sublimation of TEDA onto the activated carbon surface at atmospheric pressure. Such a method eliminates the subsequent drying process since no solvent is involved. Another method for applying TEDA to the surface of activated carbon under reduced pressure is described in detail in U.S. Patent No. 5,145,820, issued to SH Liang et al. on September 8, 1992.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine mit organischem Amin imprägnierte Aktivkohle bereitzustellen, durch die toxische Perfluorkohlenstoffe, insbesondere TFNM, wirksam aus dem Atemluftstrom entfernt werden können und die eine längere Lagerzeit und Nutzungsdauer aufweist.An object of the present invention is to provide an organic amine impregnated activated carbon that can effectively remove toxic perfluorocarbons, particularly TFNM, from the breathing air stream and that has a longer shelf life and useful life.

Nach einem Aspekt besteht die Erfindung in einer Atemgasfilterzusammensetzung, die Schutz gegen toxische Perfluorkohlenstoffe bietet und die im wesentlichen trockene Aktivkohle und ein organisches Amin-Imprägniermittel in einem Anteil von 1,5 bis 1,8 Gew.-% aufweist, bezogen auf das Gewicht der Kohle, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung zusätzlich 0,1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Kohle, eines Alkalihydroxids aufweist.In one aspect, the invention consists in a respiratory gas filter composition providing protection against toxic perfluorocarbons comprising substantially dry activated carbon and an organic amine impregnating agent in an amount of from 1.5 to 1.8% by weight based on the weight of the carbon, characterized in that the composition additionally comprises from 0.1 to 10% by weight based on the weight of the carbon of an alkali hydroxide.

Nach einem zweiten Aspekt besteht die Erfindung in einem Verfahren zum Imprägnieren von Aktivkohle durch Inkontaktbringen eines organischen Amins mit niedrigem Dampfdruck mit im wesentlichen trockener Aktivkohle, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Anwenden eines Überdrucks von 1-5 Pa auf die Kohle und das Amin in einer sauerstofffreien Inertgas- Atmosphäre und anschließendes Erhitzen der Kohle und des Amins über längere Zeit unter Beibehaltung des Überdrucks von 1-5 Pa in einer sauerstofffreien Inertgas-Atmosphäre und Vorbehandeln der Aktivkohle mit einer Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe, die aus einem Alkalihydroxid in einem Anteil von 0,1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Kohle, einem geeigneten Halogen und einem geeigneten Halogenidsalz besteht. Der obenerwähnte Erhitzungsschritt kann typischerweise bei 40ºC oder 60ºC über einen Zeitraum von 1 bis 72 Stunden ausgeführt wer den, in Abhängigkeit von dem Amin-Imprägniermittel, und das sauerstofffreie Inertgas kann Stickstoff, Helium, Argon usw. sein.According to a second aspect, the invention consists in a process for impregnating activated carbon by contacting an organic amine having a low vapor pressure with substantially dry activated carbon, characterized by the following steps: applying an overpressure of 1-5 Pa to the carbon and the amine in an oxygen-free inert gas atmosphere and then heating the carbon and the amine for a prolonged period while maintaining the overpressure of 1-5 Pa in an oxygen-free inert gas atmosphere and pretreating the activated carbon with a compound selected from the group consisting of an alkali hydroxide in a proportion of 0.1 to 10% by weight based on the weight of the carbon, a suitable halogen and a suitable halide salt. The above-mentioned heating step can typically be carried out at 40°C or 60°C for a period of 1 to 72 hours. depending on the amine impregnant, and the oxygen-free inert gas can be nitrogen, helium, argon, etc.

Nach einem weiteren Aspekt besteht die Erfindung in einem Verfahren zum Imprägnieren von Aktivkohle mit einer festen Aminverbindung, mit den Schritten Auflösen des Amins in einem Lösungsmittel, das unter Wasser und organischen Lösungsmitteln ausgewählt ist, und Zugabe der Aminlösung zu der Aktivkohle, gekennzeichnet durch den Schritt Vorbehandeln der Aktivkohle mit einer Verbindung, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Alkalihydroxid in einem Anteil von 0,1 bis 10 Gew.- %, bezogen auf das Gewicht der Kohle, einem geeigneten Halogen und einem geeigneten Halogenidsalz besteht.In another aspect, the invention consists in a method for impregnating activated carbon with a solid amine compound, comprising the steps of dissolving the amine in a solvent selected from water and organic solvents, and adding the amine solution to the activated carbon, characterized by the step of pretreating the activated carbon with a compound selected from the group consisting of an alkali hydroxide in an amount of 0.1 to 10% by weight based on the weight of the carbon, a suitable halogen and a suitable halide salt.

Bei einigen bekannten aminimprägnierten Aktivkohlen zeigen die Amine wegen der Gegenwart saurer Oberflächenplätze die Neigung, sich aufzuspalten (zu dissoziieren). Bei der vorliegenden Erfindung wird die Aktivkohle vorbehandelt, um die Zersetzung der Aminverbindungen auf der Kohleoberfläche zu verhindern. Das Vorbehandlungsverfahren kann eine Neutralisierung bis zu einem weitgehend neutralen pH-Wert (durch eine Alkalilösung, wie z. B. KOH oder NaOH) oder eine auf die gleiche Weise erfolgende Alkalisierung auf einen basischen pH-Wert, oder eine Reaktion der sauren Plätze (die typischerweise sauerstoffhaltige Komponenten sind) durch Halogenieren (wie z. B. durch Cl&sub2; und Br&sub2;) einschließen. Diese Behandlungen deaktivieren die sauren Oberflächengruppen auf dem Kohlenstoff wirkungsvoll und verbessern so die Stabilität der auf der Kohleoberfläche adsorbierten Amine. Ein US-Patent Nr. 4 072 479, erteilt an Sinha u. a. am 7. Februar 1978, hat die Verwendung von NaOH bei der Behandlung der Aktivkohle zum Entfernen von übelriechenden Verbindungen, insbesondere schwefelhaltigen Verbindungen, aus dem Luftstrom ausführlich beschrieben. Bei der vorliegenden Erfindung ist jedoch die Behandlung mit NaOH weder ausschlaggebend noch notwendig beim Schutz gegen Perfluorkohlenstoffe. Unsere Vorbehandlung der Aktivkohle mit NaOH oder KOH dient ausschließlich zur Verbesserung der Lagerzeit und der Nutzungsdauer der aminimprägnierten Kohle, besonders in Gegenwart von feuchter Luft.In some known amine-impregnated activated carbons, the amines exhibit a tendency to dissociate due to the presence of acidic surface sites. In the present invention, the activated carbon is pretreated to prevent the decomposition of the amine compounds on the carbon surface. The pretreatment process may include neutralization to a substantially neutral pH (by an alkali solution such as KOH or NaOH) or alkalization to a basic pH in the same manner, or reaction of the acidic sites (which are typically oxygen-containing components) by halogenation (such as by Cl2 and Br2). These treatments effectively deactivate the acidic surface groups on the carbon and thus improve the stability of the amines adsorbed on the carbon surface. U.S. Patent No. 4,072,479, issued to Sinha et al. on February 7, 1978, has detailed the use of NaOH in treating the activated carbon to remove malodorous compounds, particularly sulfur-containing compounds, from the air stream. However, in the present invention, treatment with NaOH is neither essential nor necessary in protecting against perfluorocarbons. Our pretreatment of the activated carbon with NaOH or KOH is solely to improve the storage time and useful life of the amine-impregnated carbon, particularly in the presence of moist air.

Genauer gesagt, die Adsorption von Aminen auf Aktivkohle ist weitgehend physikalischer Natur und erfolgt über undissoziierte Moleküle. Einige von den Aminmolekülen bilden jedoch Wasserstoffbindungen mit den sauren, sauerstoffhaltigen Komponenten (z. B. einem CO&sub2;-Komplex) auf der Kohleoberfläche. Die sauren Gruppen, an denen das Amin an der Kohleoberfläche aufgespalten wird, lassen sich durch die Behandlung mit Halogenen oder alkalischen Lösungen (wie z. B. KOH oder NaOH) leicht beseitigen oder deaktivieren. Ein Alkalinitätsüberschuß an der Kohleoberfläche (in Form von OH-Gruppen) trägt dazu bei, das Amin an der Oberfläche zu stabilisieren und seine Dissoziation zu verhindern (d. h. das Gleichgewicht zum undissoziierten Molekül hin zu verschieben). Ein ähnlicher Vorteil wird durch Vorbehandeln der Kohleoberfläche mittels Halogenieren erreicht. Das Halogen reagiert mit den sauren sauerstoffhaltigen Komponenten an der Kohleoberfläche und "deaktiviert" sie dadurch, so daß die anschließende physikalische Adsorption bzw. Physisorption des aktiven Amin-Imprägniermittels nicht von Reaktionen mit den sauren Plätzen an der Oberfläche begleitet wird, die den Anteil des in der gewünschten Form verfügbaren Amins abreichern würden. Ebenso wie die Alkali-Vorbehandlung dient das Halogenieren einem doppelten Zweck, da die entstehenden Halogenidsalze, z. B. Halogenwasserstoffsalze, an der Oberfläche durch Verringern des Dissoziationsgrades gleichfalls die Aminmoleküle an der Kohleoberfläche stabilisieren. So beseitigen Alkali- oder Halogenvorbehandlungen der Kohleoberfläche den unerwünschten Effekt, der sich aus der Reaktion mit sauren Oberflächenoxiden ergeben würde, und bieten gleichzeitig ein Mittel zur Stabilisierung des aktiven Amin- Imprägniermittels in der undissoziierten Form. Experimente haben gezeigt, daß dieser Schritt die Lagerzeit und die Nutzungsdauer verlängert.More specifically, the adsorption of amines on activated carbon is largely physical in nature and occurs via undissociated molecules. However, some of the amine molecules form hydrogen bonds with the acidic, oxygen-containing components (e.g. a CO2 complex) on the carbon surface. The acidic groups at which the amine is split on the carbon surface can be easily removed or deactivated by treatment with halogens or alkaline solutions (such as KOH or NaOH). An excess of alkalinity on the carbon surface (in the form of OH groups) helps to stabilize the amine on the surface and prevent its dissociation (i.e. shift the equilibrium towards the undissociated molecule). A similar advantage is achieved by pretreating the carbon surface by halogenation. The halogen reacts with the acidic oxygen-containing components on the carbon surface and thereby "deactivates" them so that the subsequent physical adsorption or physisorption of the active amine impregnant is not accompanied by reactions with the acidic sites on the surface which would deplete the proportion of amine available in the desired form. Like the alkali pretreatment, halogenation serves a dual purpose since the resulting halide salts, e.g. hydrogen halide salts, on the surface also stabilize the amine molecules on the carbon surface by reducing the degree of dissociation. Thus, alkali or halogen pretreatments of the carbon surface eliminate the undesirable effect that would result from reaction with acidic surface oxides and at the same time provide a means of stabilizing the active amine impregnant in the undissociated form. Experiments have shown that this step extends storage time and useful life.

Die Anwendung des Verfahrens nach dem zweiten Aspekt der Erfindung erleichtert die Verdampfung des Amins, das Eindringen der Aminmoleküle in die Mikroporen der Aktivkohleoberfläche und anschließend die Adsorption der Aminmoleküle an der Aktivkohleoberfläche. Außerdem behindert die inerte Umgebung die Oxidation der Amin-Imprägniermittel an der Kohleoberflä che, wie von Hershman u. a. in dem US-Patent Nr. 4 264 776, erteilt am 28. April 1981, diskutiert. Der langwierige Erhitzungsschritt, der vorzugsweise unter ständigem Mischen in einem geschlossenen Behälter ausgeführt wird, ermöglicht eine "Oberflächendestillation" des Amins (durch Adsorptions- Desorptions-Prozesse) und fördert so eine gleichmäßige Verteilung der Aminmoleküle auf der Aktivkohleoberfläche.The application of the method according to the second aspect of the invention facilitates the evaporation of the amine, the penetration of the amine molecules into the micropores of the activated carbon surface and then the adsorption of the amine molecules on the activated carbon surface. In addition, the inert environment hinders the oxidation of the amine impregnating agents on the carbon surface, as discussed by Hershman et al. in U.S. Patent No. 4,264,776, issued April 28, 1981. The lengthy heating step, preferably carried out with constant mixing in a closed vessel, allows "surface distillation" of the amine (by adsorption-desorption processes) and thus promotes uniform distribution of the amine molecules on the activated carbon surface.

Die Verwendung von im wesentlichen trockener Aktivkohle wurde nach einer Erprobung des Imprägnierverfahrens an zwei Aktivkohletypen für notwendig gehalten. Der erste Typ war frisch hergestellte imprägnierte ASC Whetherlite-Aktivkohle. Da ASC-Aktivkohle nach dem Whetlerisieren (Vorimprägnieren mit Kupfer, Chrom und Silber) getrocknet werden muß, kann das Trocknungsverfahren in das Imprägnierverfahren einbezogen werden. Der andere Aktivkohletyp war gealterte Aktivkohle mit verschiedenen Feuchtigkeitsgehalten. Zum Imprägnieren mit Amin in Gegenwart von Feuchtigkeit/feuchter Luft müssen die Aminmoleküle Wasser von der Aktivkohle verdrängen, um in die große Oberfläche einzudringen, die in den Meso- und Mikroporen verfügbar ist. Wenn die Mikroporen an der Aktivkohleoberfläche vollständig oder teilweise mit Wasser gefüllt sind, wird die Adsorption des Amins durch die Schnelligkeit begrenzt, mit der adsorbiertes Wasser verdrängt werden kann, was ein kinetisches Problem ist. Bei Gegenwart von Wasser können möglicherweise auch Reaktionen mit einigen der offenbarten Amine auftreten. Daher sollte die Aktivkohle vor dem Einbringen des Amins getrocknet werden.The use of essentially dry activated carbon was deemed necessary after testing the impregnation process on two types of activated carbon. The first type was freshly prepared impregnated ASC Whetherlite activated carbon. Since ASC activated carbon needs to be dried after whetlerizing (pre-impregnation with copper, chromium and silver), the drying process can be included in the impregnation process. The other type of activated carbon was aged activated carbon with various moisture contents. For amine impregnation in the presence of moisture/humid air, the amine molecules must displace water from the activated carbon to penetrate the large surface area available in the meso- and micropores. When the micropores on the activated carbon surface are fully or partially filled with water, the adsorption of the amine is limited by the rate at which adsorbed water can be displaced, which is a kinetic problem. In the presence of water, reactions with some of the disclosed amines may also occur. Therefore, the activated carbon should be dried before introducing the amine.

Der Imprägnierschritt ist mit der folgenden Reihe von Prozessen verbunden:The impregnation step involves the following series of processes:

(i) Sublimation oder Verdampfung von Amin;(i) sublimation or evaporation of amine;

(ii) äußere Diffusion von Aminmolekülen zur Aktivkohleoberfläche;(ii) external diffusion of amine molecules to the activated carbon surface;

(iii) innere Diffusion von Aminmolekülen innerhalb der Aktivkohleporen; und(iii) internal diffusion of amine molecules within the activated carbon pores; and

(iv) Adsorption von Aminmolekülen.(iv) Adsorption of amine molecules.

Nach dem Imprägnieren der Aktivkohle mit Amin ist eine Äquilibrierungszeit vorgesehen, um den Aminadsorptionsprozeß einen Gleichgewichtszustand erreichen zu lassen. Eine Ausführung des Verfahrens bei leicht erhöhten Temperaturen von 40ºC bis 60ºC gestattet das Auftreten einer wiederholten Desorption und Wiederablagerung des Amins. Auf diese Weise wird eine gleichmäßigere Verteilung der Aminmoleküle auf der Aktivkohleoberfläche erzielt. In einer sauerstofffreien Inertgasumgebung ist die Konkurrenz zwischen Amin und Inertgas um Adsorptionsplätze auf der Kohleoberfläche minimal, da Inertgas nicht in nennenswertem Umfang an einer Kohleoberfläche adsorbiert wird. Diese Umgebung verstärkt auch die Adsorption von Aminmolekülen an der Kohleoberfläche. Außerdem werden durch die Vermeidung einer oxidierenden Umgebung Reaktionen gehemmt, wie z. B. die Zersetzung von tertiären Aminen in Gegenwart von Sauerstoff und Kohlenstoff.After impregnating the activated carbon with amine, an equilibration period is provided to allow the amine adsorption process to reach a state of equilibrium. Carrying out the process at slightly elevated temperatures of 40ºC to 60ºC allows repeated desorption and redeposition of the amine to occur. In this way, a more even distribution of the amine molecules on the activated carbon surface is achieved. In an oxygen-free inert gas environment, competition between amine and inert gas for adsorption sites on the carbon surface is minimal because inert gas does not adsorb to any significant extent on a carbon surface. This environment also enhances the adsorption of amine molecules on the carbon surface. In addition, by avoiding an oxidizing environment, reactions such as the decomposition of tertiary amines in the presence of oxygen and carbon are inhibited.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:Short description of the drawings:

Fig. 1 zeigt ein Diagramm des Durchbruchsprofils von TFNM an mehreren frischen (d. h. trockenen) aminimprägnierten Aktivkohlen.Fig. 1 shows a diagram of the breakthrough profile of TFNM on several fresh (i.e. dry) amine-impregnated activated carbons.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm des Durchbruchsprofils von Perfluorisobuten bei einem Gehalt von 1000 mg/m³ auf einer mit Triethylamin imprägnierten Aktivkohle.Fig. 2 shows a diagram of the breakthrough profile of perfluoroisobutene at a content of 1000 mg/m³ on an activated carbon impregnated with triethylamine.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm des Durchbruchprofils von Hexafluorcyclobuten bei einem Gehalt von 1000 mg/m³ auf einer mit Triethylamin imprägnierten Aktivkohle.Fig. 3 shows a diagram of the breakthrough profile of hexafluorocyclobutene at a content of 1000 mg/m³ on an activated carbon impregnated with triethylamine.

Experimentelles - ChemikalienExperimental - Chemicals

Alle Amine wurden von kommerziellen Herstellern bezogen und ohne weitere Reinigung verwendet. Es hat sich gezeigt, daß eine große Auswahl von Aktivkohlen zum Imprägnieren geeignet ist. Hier angegebene Beispiele sind ASC-Whetlerite (d. h. Kohlen, die zuvor mit Kupfer, Chrom und Silber imprägniert worden sind), ASC/T (ASC-Whetlerite mit 2% Triethylendiamin) oder BPL (Ausgangskohle ohne chemische Imprägniermittel).All amines were purchased from commercial manufacturers and used without further purification. A wide range of activated carbons have been shown to be suitable for impregnation. Examples given here are ASC-Whetlerite (i.e. carbons previously impregnated with copper, chromium and silver), ASC/T (ASC-Whetlerite with 2% triethylenediamine) or BPL (original carbon without chemical impregnating agents).

Vorbehandlung der Kohle HalogenierungPretreatment of coal Halogenation

Diese Reaktion kann entweder in der Gasphase oder in wäßriger Phase ausgeführt werden. Typischerweise wird die Kohle in einer wäßrigen Br&sub2;- oder Cl&sub2;-Lösung mehrere Stunden gerührt (typischerweise 2 bis 4 Stunden). Die Lösung wird dann durch Saugfiltration entfernt, und die Kohle wird mit reichlich Wasser gewaschen. Die Kohle wird dann bei 105 bis 150ºC und Unterdruck (typischerweise < 100 Pa) getrocknet. Anschließend an diesen Schritt kann die Kohle bei Temperaturen zwischen 200 und 400ºC bis zu 4 Stunden bei Unterdruck (typischerweise < 100 Pa) weiter aktiviert werden.This reaction can be carried out either in the gas phase or in the aqueous phase. Typically, the carbon is stirred in an aqueous Br2 or Cl2 solution for several hours (typically 2 to 4 hours). The solution is then removed by suction filtration and the carbon is washed with copious amounts of water. The carbon is then dried at 105 to 150ºC and under reduced pressure (typically < 100 Pa). Following this step, the carbon can be further activated at temperatures between 200 and 400ºC for up to 4 hours under reduced pressure (typically < 100 Pa).

NeutralisationNeutralization

Eine aktivkohlehaltige Lösung wird mit einer Alkalilösung, die ein Alkalihydroxid enthält, wie z. B. KOH oder NaOH, auf einen alkalischen pH-Wert neutralisiert. Die Kohle mit 0,1 bis 10 Gew.-% Alkalihydroxid wird dann gewaschen, bis ein im wesentlichen neutraler pH-Wert erreicht wird, getrocknet und ebenso wie bei dem Halogenierverfahren aktiviert.A solution containing activated carbon is neutralized to an alkaline pH with an alkali solution containing an alkali hydroxide, such as KOH or NaOH. The carbon containing 0.1 to 10 wt.% alkali hydroxide is then washed until a substantially neutral pH is achieved, dried, and activated in the same way as in the halogenation process.

AlkalisierungAlkalization

Eine ausreichende Menge Lösung, die 0,1 bis 12 Gew.-% Alkalihydroxid (NaOH oder KOH) enthält, wird der Aktivkohle bis zur sichtbaren Sättigung zugesetzt. Die Aufschlämmung wird dann mindestens 30 Minuten getrocknet. Es kann Wärme angewandt werden, um den Prozeß zu beschleunigen. Die Lösung wird dann durch Saugfiltration entfernt, und die Kohle wird bei 105 bis 150ºC und Unterdruck (typischerweise < 100 Pa) getrocknet. Eine weitere, bis zu vierstündige Aktivierung bei 200 bis 400ºC kann für einige Kohlen günstig sein.A sufficient amount of solution containing 0.1 to 12 wt% alkali hydroxide (NaOH or KOH) is added to the activated carbon until visible saturation. The slurry is then dried for at least 30 minutes. Heat may be applied to speed up the process. The solution is then removed by suction filtration and the carbon is dried at 105 to 150ºC and reduced pressure (typically < 100 Pa). Further activation at 200 to 400ºC for up to four hours may be beneficial for some carbons.

Inprägnieren mit AminenImpregnation with amines

Beim Imprägnieren der ASC-Zusammensetzungen mit Aminverbindungen wurden drei Verfahren angewandt. Das erste (oben beschriebene) Verfahren nutzt den inneren (wenn auch ziemlich niedrigen) Dampfdruck der Amine (in fester oder flüssiger Form) zum Betreiben des Adsorptionsprozesses. Dieses Verfahren funktioniert äußerst gut bei allen flüssigen Aminen und eini gen festen Aminen, z. B. bei Triethylendiamin und Heaxamethylenamin.Three methods were used to impregnate the ASC compositions with amine compounds. The first method (described above) uses the internal (albeit quite low) vapor pressure of the amines (in solid or liquid form) to drive the adsorption process. This method works extremely well for all liquid amines and some solid amines, e.g. triethylenediamine and hexamethyleneamine.

Ein zweites Verfahren wurde für feste Amide entwickelt, wie z. B. für Ortho- und Para-Toluolsulfonamid, die keinen ausreichenden Dampfdruck für das Funktionieren des ersten Verfahrens aufweisen. Zunächst wird eine 250 ml-Lösung mit den gewünschten Beladungskonzentrationen (gewöhnlich 1,5 bis 18 Gew.-%) des in 95%igem Ethanol aufgelösten Amids hergestellt. Die Lösung wird dann 250 g ASC-Holzkohle zugesetzt. Sobald die Zugabe der Imprägnierlösung beendet ist, wird das Ethanol bei Unterdruck aus der "feuchten" Kohle entfernt. Dies dauert typischerweise 1/2 bis 3/4 Stunde. Bis dahin ist die Kohle genügend trocken und völlig freifließend. Die Kohle wird dann auf zwei Uhrgläsern gleichmäßig ausgebreitet (ca. 0,5 cm hoch) und in einen Vakuumofen eingebracht. Die Kohle wird bei weniger als 100 Pa und 50-60ºC bis zu 16 Stunden getrocknet. Massebilanzrechnungen zeigen, daß nach dieser Behandlung im wesentlichen das gesamte Ethanol entfernt ist und daß die gesamten Amid-Imprägniermittel innerhalb der Porenstruktur der Kohle zurückbleiben.A second method has been developed for solid amides, such as ortho- and para-toluenesulfonamide, which do not have sufficient vapor pressure for the first method to work. First, a 250 mL solution is prepared with the desired loading concentrations (usually 1.5 to 18 wt.%) of the amide dissolved in 95% ethanol. The solution is then added to 250 g of ASC charcoal. Once the addition of the impregnating solution is complete, the ethanol is removed from the "wet" charcoal under vacuum. This typically takes 1/2 to 3/4 hour. By then, the charcoal is sufficiently dry and completely free-flowing. The charcoal is then spread evenly (approximately 0.5 cm high) on two watch glasses and placed in a vacuum oven. The coal is dried at less than 100 Pa and 50-60ºC for up to 16 hours. Mass balance calculations show that after this treatment essentially all the ethanol is removed and that all the amide impregnant remains within the pore structure of the coal.

Ein drittes Verfahren nutzt die Wasserlöslichkeit der gewünschten Imprägniermittel, wie z. B. von Harnstoff. Die Herstellung der Lösung ist sehr ähnlich dem von Joshua C. Whetzell und E. W. Fuller vorgeschlagenen Verfahren, das zu dem Begriff "Whetlerite" führte. Es wird eine ammoniakhaltige Lösung hergestellt, die etwa 7% Kupfer, 2% Chrom und das gewünschte Amid-Imprägniermittel enthält. Als Ausgangsmaterial bei der Herstellung dieser amidimprägnierten Kohlen wird typischerweise BPL-Kohle verwendet. Der erste Herstellungsschritt besteht in der Herstellung einer Ammoniaklösung durch Zugabe von 250 ml NH&sub4;OH zu 400 ml entionisiertem destilliertem Wasser. Dann werden 37 g CrO&sub3; zugesetzt, gefolgt von 164 g Ammoniumcarbonat, 31 g Harnstoff und 117 g CuCO&sub3;. Cu(OH)&sub2; wird zugesetzt (in der obigen Reihenfolge) und in der Lösung aufgelöst. Diese Lösung wird dann 440 g Kohle tropfenweise zugesetzt, bis ein Flüssigkeitsüberschuß deutlich sichtbar ist. Das Verhältnis der Imprägnierlösung zur Kohle beträgt annähernd 1,4 ml/g. Die "feuchte" imprägnierte Kohle wird dann entfernt, und unter gelegentlichem Schütteln läßt man sie 30 bis 40 Minuten ablaufen. Dann wird die Kohle in gleichmäßiger Dicke auf einem flachen Behälter ausgebreitet und über einen Zeitraum von 220 Minuten in einem Saugzugofen allmählich wie folgt getrocknet: 80ºC (40 Minuten), 100ºC (30 Minuten), und schließlich 120ºC (150 Minuten). Die entstehende imprägnierte Kohle hat typischerweise die folgende Zusammensetzung (in Gew.-%): 3% Cr, 10% Cu, 3% Harnstoff und bestimmte Anteile CO&sub2; und NH&sub3;. Die Entwicklung dieses Imprägnierverfahrens war ein Versuch, das Verfahren kosteneffektiver zu machen, da alle Imprägniermittel der Kohle in einem Schritt zugesetzt werden konnten. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist jedoch, daß der Trocknungsschritt beim Imprägnieren bei niedrigeren Temperaturen ausgeführt werden muß (etwa bei 120-150ºC), um eine Selbstentzündung der Kohle zu vermeiden. Dabei kann eine Kohle mit einem Feuchtigkeitsgehalt von mehr als 2% entstehen.A third method takes advantage of the water solubility of the desired impregnant, such as urea. The preparation of the solution is very similar to the method proposed by Joshua C. Whetzell and EW Fuller, which gave rise to the term "Whetlerite". An ammoniacal solution is prepared containing about 7% copper, 2% chromium, and the desired amide impregnant. BPL coal is typically used as the starting material in the preparation of these amide impregnated carbons. The first preparation step is to prepare an ammonia solution by adding 250 mL of NH4OH to 400 mL of deionized distilled water. Then 37 g of CrO3 is added, followed by 164 g of ammonium carbonate, 31 g of urea, and 117 g of CuCO3. Cu(OH)2 is added (in the above order) and dissolved in the solution. This solution is then added dropwise to 440 g of coal until an excess of liquid is clearly visible. The ratio of impregnation solution to coal is approximately 1.4 ml/g. The "wet" impregnated coal is then removed and allowed to drain for 30 to 40 minutes with occasional shaking. The coal is then spread out to a uniform thickness on a flat tray and dried gradually in an induced draught oven over a period of 220 minutes as follows: 80ºC (40 minutes), 100ºC (30 minutes), and finally 120ºC (150 minutes). The resulting impregnated coal typically has the following composition (in wt%): 3% Cr, 10% Cu, 3% urea and certain amounts of CO₂ and NH₃. The development of this impregnation process was an attempt to make the process more cost effective since all of the impregnating agents could be added to the coal in one step. A disadvantage of this process, however, is that the drying step in the impregnation process must be carried out at lower temperatures (say 120-150ºC) to avoid spontaneous combustion of the coal. This can produce coal with a moisture content of more than 2%.

Beurteilung der aminimprägnierten KohlenAssessment of amine-impregnated coals

Die oben hergestellten aminimprägnierten Kohlen wurden bezüglich ihres Schutzes gegen toxische Perfluorkohlenstoffe, wie z. B. Trifluornitrosomethan, beurteilt. Die imprägnierten Kohlen wurden in einen Behälter mit einem Innendurchmesser von 10,5 cm und bis zu einer Betthöhe von 1,25 oder 2 cm eingefüllt. Ein stetiger Strom des Perfluorkohlenstoff-Testgases, in einem Luftstrom auf 1000 mg/m³ verdünnt, wurde mit einer Durchflußgeschwindigkeit von 30 l/min bei 30ºC und 80% relativer Feuchte in das Kohlebett eingeleitet, und der Abfluß aus dem Kohlebett wurde durch einen geeichten Gaschromatographen auf dieses Perfluorkohlenstoffgas überwacht. Die Durchbruchszeit wird auf den Zeitpunkt festgesetzt, zu dem die Konzentration des ausfließenden Perfluorkohlenstoffgases 100 mg/m³ erreicht, 1/10 der ursprünglichen Zuflußkonzentration.The amine impregnated carbons prepared above were evaluated for protection against toxic perfluorocarbons, such as trifluoronitrosomethane. The impregnated carbons were placed in a container with an internal diameter of 10.5 cm and to a bed height of 1.25 or 2 cm. A steady stream of the perfluorocarbon test gas, diluted to 1000 mg/m3 in an air stream, was introduced into the carbon bed at a flow rate of 30 l/min at 30ºC and 80% relative humidity, and the effluent from the carbon bed was monitored by a calibrated gas chromatograph for this perfluorocarbon gas. The breakthrough time is set at the time when the concentration of the effluent perfluorocarbon gas reaches 100 mg/m3, 1/10 of the original influent concentration.

Einige ausgewählte aminimprägnierte Kohlen wurden gleichfalls getestet und erwiesen sich als wirksam gegen andere Perfluorkohlenstoffe, wie z. B. Perfluorisobuten und Hexafluorcyclobuten.Some selected amine-impregnated carbons were also tested and found to be effective against other perfluorocarbons, such as perfluoroisobutene and hexafluorocyclobutene.

Erste Vorauswahl von Amin-ImprägniermittelnFirst pre-selection of amine impregnating agents

Um alle in Frage kommenden Amin-Imprägniermittel systematisch zu beurteilen, wurden die bei dieser Arbeit verwendeten Aminverbindungen in drei Hauptgruppen eingeteilt: aliphatische, aromatische und heterocyclische Gruppen, die weiter in drei Klassen unterteilt wurden: primär, sekundär und tertiär, wie in der untenstehenden Tabelle 1 dargestellt. Außerdem wurde eine zusätzliche Gruppe unter "funktionelle Substituenten" hinzugefügt, um Aminverbindungen anzuzeigen, die zusätzliche Substituenten enthalten, wie z. B. eine Nitrogruppe (wie in 4- (4-Nitrobenzyl)pyridin). Auf diese Weise wurde eine einfache 3 · 4-Versuchsmatrix gebildet, so daß für jeden Trend oder jede Anomalie eine Korrelation zwischen der Aktivität (Schutz gegen Trifluornitrosomethan) und der Position in der Matrix hergestellt werden konnte.In order to systematically evaluate all candidate amine impregnant agents, the amine compounds used in this work were divided into three main groups: aliphatic, aromatic and heterocyclic groups, which were further divided into three classes: primary, secondary and tertiary, as shown in Table 1 below. In addition, an additional group was added under "functional substituents" to indicate amine compounds containing additional substituents, such as a nitro group (as in 4-(4-nitrobenzyl)pyridine). In this way, a simple 3 x 4 experimental matrix was formed so that for each trend or anomaly, a correlation could be made between activity (protection against trifluoronitrosomethane) and position in the matrix.

Die aminimprägnierten Kohlen wurden wie folgt beurteilt: Schichten aus 125 oder 170 ml imprägnierter Kohle wurden in einen Behälter von 10,5 cm Durchmesser eingefüllt und bezüglich Trifluornitrosomethan bei 1000 mg/m³ und einer Luftdurchflußgeschwindigkeit von 30 l/min bei 25ºC und 38% relativer Luftfeuchte getestet. Die Durchbruchzeit-Ergebnisse sind in der untenstehenden Tabelle 2 zusammengefaßt. Der Abfluß aus dem Filtereinsatz wurde auf TFNM überwacht, bis eine Konzentration von 100 mg/m³ erreicht war, und die Zeit Zeitpunkt null an bis zum Erreichen dieser Konzentration vom wurde willkürlich als "Durchbruchzeit" bezeichnet. Ein typisches TFNM- Belastungsprofil für den Durchgang durch einige von diesen aminimprägnierten Kohlen ist in Fig. 1 dargestellt. Konkret handelt es sich um TFNM bei 1000 mg/m³ auf Aktivkohle (125 ml, Schicht von 10,5 cm Durchmesser), imprägniert mit 7 Gew.-% Triethylamin, die bei 80% relativer Feuchte vorkonditioniert worden war, bis ein konstantes Gewicht erreicht wurde. Tabelle The amine impregnated carbons were evaluated as follows: 125 or 170 ml layers of impregnated carbon were placed in a 10.5 cm diameter container and tested for trifluoronitrosomethane at 1000 mg/m³ and an air flow rate of 30 l/min at 25ºC and 38% relative humidity. The breakthrough time results are summarized in Table 2 below. The effluent from the filter cartridge was monitored for TFNM until a concentration of 100 mg/m³ was reached and the time from time zero to this concentration was arbitrarily designated as the "breakthrough time." A typical TFNM loading profile for passage through some of these amine impregnated carbons is shown in Figure 1. Specifically, it is TFNM at 1000 mg/m³ on activated carbon (125 ml, 10.5 cm diameter layer) impregnated with 7 wt% triethylamine, which had been preconditioned at 80% relative humidity until a constant weight was reached. Table

Man bemerkt, daß in der untenstehenden Tabelle 2 einige sekundäre Amine, wie z. B. Diisoproylamin, Pyrrol und Piperidin, und einige tertiäre Amine, wie z. B. Triethylamin, anscheinend den besten Schutz gegen TFNM boten. Mit diesen Aminen imprägnierte Kohlen ergaben sämtlich längere Durchbruchzeiten als mit einem anderen Amin imprägnierte Kohlen. Außerdem ist aus der Stöchiometrie ermittelt worden, daß 2 mol TFNM pro mol sekundärer und tertiärer Amine verbraucht wurden. Daher wird erwartet, daß aliphatische sekundäre und tertiäre Amine gegen Trifluornitrosomethan besser schützen als die übrigen in Frage kommenden Amine. Diamine boten anscheinend keinen besseren Schutz gegen TFNM als andere Amine. Tabelle 2 Erste Vorauswahl ausgewählter Amin-Imprägniermittel als Kohle- Imprägniermittel für einen erhöhten Schutz gegen Perfluorkohlenstoffe primär/aliphatisch primär/aromatisch sekundär/aliphatisch Tabelle 2 Erste Vorauswahl ausgewählter Amin-Imprägniermittel als Kohle- Imprägniermittel für einen erhöhten Schutz gegen Perfluorkohlenstoffe* (Fortsetzung) sekundär/aromatisch sekundär/heterocyclisch tertiär/aliphatisch tertiär/aromatisch Tabelle 2 Erste Vorauswahl ausgewählter Amin-Imprägniermittel als Kohle- Imprägniermittel für einen erhöhten Schutz gegen Perfluorkohlenstoffe (Fortsetzung) tertiär/heterocyclisch Funktionelle Substituenten Note that in Table 2 below, some secondary amines such as diisopropylamine, pyrrole and piperidine and some tertiary amines such as triethylamine appeared to provide the best protection against TFNM. Carbons impregnated with these amines all gave longer breakthrough times than carbons impregnated with another amine. In addition, it was determined from stoichiometry that 2 moles of TFNM were consumed per mole of secondary and tertiary amines. Therefore, aliphatic secondary and tertiary amines are expected to provide better protection against trifluoronitrosomethane than the other candidate amines. Diamines did not appear to provide better protection against TFNM than other amines. Table 2 First pre-selection of selected amine impregnating agents as carbon impregnating agents for increased protection against perfluorocarbons primary/aliphatic primary/aromatic secondary/aliphatic Table 2 First pre-selection of selected amine impregnating agents as carbon impregnating agents for increased protection against perfluorocarbons* (continued) secondary/aromatic secondary/heterocyclic tertiary/aliphatic tertiary/aromatic Table 2 First pre-selection of selected amine impregnating agents as carbon impregnating agents for increased protection against perfluorocarbons (continued) tertiary/heterocyclic Functional substituents

*Anmerkung: Alle Tests wurden unter Verwendung von 170 ml der aminimprägnierten Kohle ausgeführt, die in einem Filtereinsatzkörper enthalten war. Alle Kohlen wurden vor dem Testen bei 30ºC und 80% relativer Feuchte konditioniert, bis ein Gleichgewichts- Wassergewicht erreicht wurde. Jeder Belastungstest bestand aus einem kontinuierlichen Durchfluß von 1000 mg/m³ CF&sub2;NO in einem Luftstrom von 30 1/min bei 80% relativer Feuchte und 30ºC. Die Durchbruchzeit ist als die Zeit festgesetzt, die erforderlich ist, bis das ausfließende Testgas 100 mg/m³ erreicht.*Note: All tests were carried out using 170 ml of the amine impregnated carbon contained in a filter cartridge body. All carbons were conditioned at 30ºC and 80% relative humidity until an equilibrium water weight was achieved prior to testing. Each loading test consisted of a continuous flow of 1000 mg/m³ CF₂NO in an air stream of 30 1/min at 80% relative humidity and 30ºC. The breakthrough time is defined as the time required for the effluent test gas to reach 100 mg/m³.

Zweite Vorauswahl von in Frage kommenden Aminen als Kohle- ImprägniermittelSecond pre-selection of suitable amines as carbon impregnating agents

In diesem Abschnitt wurden die "besseren Amin- Imprägniermittel" bei verschiedenen Beladungsgraden auf die Kohle aufgebracht und an Trifluornitrosomethan getestet, wie in der untenstehenden Tabelle 3 gezeigt. Der Zweck ist die Feststellung des optimalen Beladungsgrades der Amine auf der Kohle.In this section, the "better amine impregnants" were applied to the coal at various loading levels and tested on trifluoronitrosomethane as shown in Table 3 below. The purpose is to determine the optimum loading level of the amines on the coal.

Im allgemeinen zeigte sich, daß der Schutz gegen TFNM um so besser war, je höher der Aminbeladungsgrad war. Alle in Frage kommenden, in Tabelle 3 dargestellten Amine zeigten eine sehr gute Leistung. Außerdem ergaben anscheinend Dipropylamin, Piperidin und Triethylamin die längsten Durchbruchzeiten gegen TFNM bei einem Beladungsgrad von 7%, und Pyrrol war noch besser bei einem Beladungsgrad von 5%. Diisopropylamin schien das beste in Frage kommende Amin zu sein, da bei allen Beladungsgraden kein Eindringen von TFNM auftrat. In allen Fällen verbessert sich der Grad des Schutzes gegen TFNM mit zunehmendem Aminbeladungsgrad. Tabelle 3 Zweite Vorauswahl: Gewährter Schutz gegen TFNM durch ausgewählte aminimprägnierte trockene Kohlen In general, the higher the amine loading level, the better the protection against TFNM was. All candidate amines shown in Table 3 performed very well. In addition, dipropylamine, piperidine and triethylamine appeared to give the longest breakthrough times against TFNM at a loading level of 7%, and pyrrole was even better at a loading level of 5%. Diisopropylamine appeared to be the best candidate amine, as no penetration of TFNM occurred at any loading level. In all cases, the level of protection against TFNM improved with increasing amine loading level. Table 3 Second pre-selection: Protection against TFNM provided by selected amine-impregnated dry carbons

Anmerkung: Wegen der Testbedingungen siehe Fußnote zu Tabelle 2.Note: For test conditions, see footnote to Table 2.

Dritte Vorauswahl der aminimprägnierten KohlenThird preselection of amine-impregnated carbons

Weitere Tests wurden an anderen toxischen Perfluorkohlenstoffen ausgeführt, wie z. B. an Perfluorisobuten (PFIB) und Hexafluorcyclobuten (HFCB), wobei mit Triethylamin imprägnierte Kohle mit einem Beladungsgrad von 7 Gew.-% verwendet wurde.Further tests were carried out on other toxic perfluorocarbons, such as perfluoroisobutene (PFIB) and hexafluorocyclobutene (HFCB), using carbon impregnated with triethylamine at a loading level of 7 wt%.

Wie in den Fig. 2 und 3 erkennbar, waren die Ergebnisse äußerst vielversprechend. Bei einer Dauerbelastung von 1000 mg/m³ PFIB beträgt die Durchbruchzeit 155 Minuten (d. h. es dauert 155 Minuten, bis der PFIB-Abfluß aus dem Filtereinsatz 100 mg/m³ erreicht). Die Durchbruchzeit für Tris(trifluormethyl)methan (TRIS), ein nichttoxisches Durchbruchprodukt aus der Reaktion zwischen der Aktivkohle und PFIB, beträgt 163,2 Minuten. Für HFCB beträgt die Durchbruchzeit unter ähnlichen Bedingungen 28,8 Minuten. Genauer gesagt, in beiden Fig. 2 und 3 handelt es sich um eine mit 7 Gew.-% Triethylamin imprägnierte Aktivkohle (125 ml, Bett mit 10,5 cm Durchmesser), die bei 80% relativer Feuchte vorkonditioniert worden war, bis ein konstantes Gewicht erreicht wurde (in Fig. 2 ist zu beachten, daß Perfluorisobuten (bezeichnet mit PFIB) sich in Tris(trifluormethyl)methan (bezeichnet mit TRIS) umwandelt).As can be seen in Figures 2 and 3, the results were very promising. At a continuous exposure of 1000 mg/m³ PFIB, the breakthrough time is 155 minutes (i.e. it takes 155 minutes for the PFIB effluent from the filter cartridge to reach 100 mg/m³). The breakthrough time for tris(trifluoromethyl)methane (TRIS), a non-toxic breakthrough product from the reaction between the activated carbon and PFIB, is 163.2 minutes. For HFCB, the breakthrough time under similar conditions is 28.8 minutes. More specifically, in both Figures 2 and 3, it is an activated carbon (125 ml, 10.5 cm diameter bed) impregnated with 7 wt% triethylamine, which was preconditioned at 80% relative humidity until a constant weight was reached (note in Figure 2 that perfluoroisobutene (denoted PFIB) converts to tris(trifluoromethyl)methane (denoted TRIS)).

Um die Allgemeingültigkeit dieses Aminimprägnierverfahrens zu überprüfen, wurden andere Aktivkohlen, nämlich die BPL-Kohle (Kohle ohne Imprägnierungsvorgeschichte) und ASC/- TEDA-Kohle untersucht. Die Aufnahme von Amin-Imprägniermitteln auf diesen Kohlen und der Schutz gegen Trifluornitrosomethan und andere Perfluorkohlenstoffe wurden beurteilt. Die Verfahren zum Beladen der Kohlen mit diesen Amin-Imprägniermitteln waren denjenigen ähnlich, die oben für ASC-Whetlerite beschrieben wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 zusammengefaßt. Gemäß der Darstellung hat die Wahl der Ausgangskohlen eine sehr geringe Auswirkung auf die Leistung der imprägnierten Kohle gegen TFNM. Tabelle 4 Schutz gegen Trifluornitrosomethan durch Verwendung verschiedener Ausgangskohlen To verify the generality of this amine impregnation procedure, other activated carbons, namely BPL carbon (carbon with no impregnation history) and ASC/TEDA carbon were tested. The uptake of amine impregnants on these carbons and the protection against trifluoronitrosomethane and other perfluorocarbons were evaluated. The procedures for loading the carbons with these amine impregnants were similar to those described above for ASC-Whetlerite. The results are summarized in Table 4. As shown, the choice of starting carbons has very little effect on the performance of the impregnated carbon against TFNM. Table 4 Protection against trifluoronitrosomethane by using different starting carbons

Anmerkungen: (1) Die Beladung mit allen Amin-Imprägniermitteln erfolgte mit 5 Gew.-%.Notes: (1) All amine impregnating agents were loaded at 5 wt%.

(2) Alle Belastungstests wurden unter Anwendung der gleichen Bedingungen wie in Tabelle 2 ausgeführt.(2) All stress tests were carried out using the same conditions as in Table 2.

Ähnliche Experimente mit Verwendung von ASC/TEDA-Kohlen (d. h. ohne die in der vorliegenden Offenbarung erwähnten Amin-Imprägniermittel) führen in Abhängigkeit von dem Perfluorkohlenstoff zu viel kürzeren Durchbruchzeiten als in den Fig. 1 bis 3 angegeben.Similar experiments using ASC/TEDA carbons (i.e., without the amine impregnant mentioned in the present disclosure) result in much shorter breakthrough times than those indicated in Figures 1-3, depending on the perfluorocarbon.

Claims (14)

1. Atemgasfilterzusammensetzung, die Schutz gegen toxische Perfluorkohlenstoffe bietet, die im wesentlichen trockene Aktivkohle und ein organisches Amin-Imprägniermittel in einem Anteil von 1,5 bis 18 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Kohle, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung zusätzlich 0,1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Kohle, eines Alkalihydroxids aufweist.1. A respiratory gas filter composition providing protection against toxic perfluorocarbons comprising essentially dry activated carbon and an organic amine impregnating agent in an amount of 1.5 to 18% by weight based on the weight of the carbon, characterized in that the composition additionally comprises 0.1 to 10% by weight based on the weight of the carbon of an alkali hydroxide. 2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das organische Amin in einem Anteil von 4 bis 7 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Kohle, enthalten ist.2. Composition according to claim 1, wherein the organic amine is contained in a proportion of 4 to 7 wt.%, based on the weight of the coal. 3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das organische Amin aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus substituierten Aminen, Amiden und Sulfonamiden besteht.3. A composition according to claim 1 or claim 2, wherein the organic amine is selected from the group consisting of substituted amines, amides and sulfonamides. 4. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das organische Amin aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus aliphatischen sekundären und tertiären Aminen besteht.4. A composition according to claim 1 or claim 2, wherein the organic amine is selected from the group consisting of aliphatic secondary and tertiary amines. 5. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das organische Amin aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ethylendiamin, Dipropylamin, Isopropylamin, Anilin, N,N- Diethyl-1,4-phenylendiamin, 4-Phenylazoanilin, Diisopropylamin, Diethylamin, Diethylentriamin, Diphenylamin, Pyrrol, Piperidin, Triethylamin, Triisobutylamin, Trioctylamin, N,N- 90 Diethylanilin, 4-(4-Nitrobenzyl)-pyridin, Hexamethylenamin, Monoethanolamin, Harnstoff, N,N-Dimethylformamid, o-Toluolsulfonamid und p-Toluolsulfonamid besteht.5. The composition of claim 1 or claim 2, wherein the organic amine is selected from the group consisting of ethylenediamine, dipropylamine, isopropylamine, aniline, N,N- diethyl-1,4-phenylenediamine, 4-phenylazoaniline, diisopropylamine, diethylamine, diethylenetriamine, diphenylamine, pyrrole, piperidine, triethylamine, triisobutylamine, trioctylamine, N,N- diethylaniline, 4-(4-nitrobenzyl)pyridine, hexamethyleneamine, monoethanolamine, urea, N,N-dimethylformamide, o-toluenesulfonamide and p-toluenesulfonamide. 6. Verfahren zum Imprägnieren von Aktivkohle durch Inkontaktbringen eines organischen Amins mit niedrigem Dampfdruck mit im wesentlichen trockener Aktivkohle, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Anwenden eines Überdrucks von 1- 5 Pa auf die Kohle und das Amin in einer sauerstofffreien Inertgas-Atmosphäre und anschließendes Erhitzen der Kohle und des Amins über längere Zeit unter Beibehaltung des Überdrucks von 1-5 Pa in einer sauerstofffreien Inertgas-Atmosphäre und Vorbehandeln der Aktivkohle mit einer Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus einem Alkalihydroxid in einem Anteil von 0,1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Kohle, einem geeigneten Halogen und einem geeigneten Halogenidsalz.6. A process for impregnating activated carbon by contacting an organic amine having a low vapor pressure with substantially dry activated carbon, characterized by the following steps: applying an overpressure of 1-5 Pa to the carbon and the amine in an oxygen-free inert gas atmosphere and then heating the carbon and the amine for a prolonged period while maintaining the overpressure of 1-5 Pa in an oxygen-free inert gas atmosphere and pretreating the activated carbon with a compound selected from the group consisting of an alkali hydroxide in a proportion of 0.1 to 10 wt.%, based on the weight of the carbon, a suitable halogen and a suitable halide salt. 7. Verfahren nach Anspruch 6, das den zusätzlichen Schritt Lagern der aminimprägnierten Kohle in einer oxidationsmittelfreien Hülle aufweist.7. The method of claim 6, comprising the additional step of storing the amine-impregnated carbon in an oxidant-free casing. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, wobei der Erhitzungsschritt bei 40º bis 60ºC über 1 bis 72 Stunden ausgeführt wird.8. A process according to claim 6 or claim 7, wherein the heating step is carried out at 40° to 60°C for 1 to 72 hours. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das sauerstofffreie Inertgas aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Stickstoff, Argon und Helium besteht.9. The method of any one of claims 6 to 8, wherein the oxygen-free inert gas is selected from the group consisting of nitrogen, argon and helium. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei das Amin aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus aliphatischen sekundären und tertiären Aminen besteht.10. The process of any one of claims 6 to 9, wherein the amine is selected from the group consisting of aliphatic secondary and tertiary amines. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei das Amin in einem Anteil von 4 bis 7 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Kohle, enthalten ist.11. Process according to one of claims 6 to 11, wherein the amine is present in a proportion of 4 to 7% by weight, based on the weight of the coal. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei die Aktivkohle aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus mit Kupfer, Silber und Chrom imprägnierter Kohle, nicht imprägnierter Basiskohle und mit Kupfer, Silber, Chrom und Triethylendiamin imprägnierter Kohle besteht.12. The method of any one of claims 6 to 11, wherein the activated carbon is selected from the group consisting of copper, silver and chromium impregnated carbon, non-impregnated base carbon and copper, silver, chromium and triethylenediamine impregnated carbon. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, wobei das Amin aus Dipropylamin und Triethylamin ausgewählt ist.13. A process according to any one of claims 6 to 12, wherein the amine is selected from dipropylamine and triethylamine. 14. Verfahren zum Imprägnieren von Aktivkohle mit einer festen Aminverbindung, das die Schritte Auflösen des Amins in einem Lösungsmittel, das aus Wasser und organischen Lösungsmitteln ausgewählt ist, und Zugabe der Aminlösung zur Aktivkohle umfaßt, gekennzeichnet durch den Schritt Vorbehandeln der Aktivkohle mit einer Verbindung, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus einem Alkalihydroxid in einem Anteil von 0,1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Kohle, einem geeigneten Halogen und einem geeigneten Halogenidsalz.14. A process for impregnating activated carbon with a solid amine compound, comprising the steps of dissolving the amine in a solvent selected from water and organic solvents and adding the amine solution to the activated carbon, characterized by the step of pretreating the activated carbon with a compound selected from the group consisting of an alkali hydroxide in an amount of 0.1 to 10% by weight based on the weight of the carbon, a suitable halogen and a suitable halide salt.
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