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Verfahren zur Herstellung von Adsorptionskohle Es ist schon seit langem
bekannt, daß gewöhnliche Holzkohle, insonderheit frisch ausgeglühte, adsorbierende
Eigenschaften zeigt. Man hat hiervon bereits frühzeitig technischen Gebrauch gemacht,
z. B. zur Entfuselting von Alkohol. Es ist ferner bekannt, daß diese Eigenschaften
der Holzkohle durch Behandlung derselben mit vergasenden oder wasserentziehenden
Mitteln bei erhöhter Temperatur noch gesteigert werden können. Bei diesem Verfahren
muß jedoch ein gewisser, oft sehr weitgehender Substanzverlust in Kauf genommen
werden, wenn man Adsorptions- oder Entfärbungskohlen der technisch gewünschten Wirksamkeit
erhalten will. Die gewöhnliche Holzkohle ist an sich von verhältnismäßig geringer
Wirksamkeit; ihr Aufnahmevermögen für Benzol übersteigt z. B. nicht den Wert von
5 bis 7 g Benzol je ioo g Kohle.
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Es wurde nun gefunden, daß man eine Adsorptionskoble von erheblich
höheren Aufnalnneverinögen erhalten kann, wenn man Holz, holzartige Stoffe, Cellulose
oder Lignine vor der Verschwe-' lung einer oxydierenden Vorbehandlung unterwirft.
So kann man beispielsweise aus mit Luft voroxydiertem
Buchenholz
durch einfaches Verschwelen eine Kohle herstellen, die bereits i i % ihres Eigengewichts
an Benzol adsorbiert. Die weitere Behandlung mit Wasserdampf bei erhöhter Temperatur
liefert Produkte, die erheblich mehr Benzol aufnehmen als solche, die auf direktem
Wege aus Holz unter sonst gleichen Bedingungen, wie gleicher Grad des Abbrandes
(Vergasung), gleiche Vergasungstemperatur usw., hergestellt werden.
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Die Voroxvdation kann man nicht nur mit Luft durchführen, sondern
man kann dem Luftstrom auch nitrose Gase zumischen; auch eine Behandlung mit flüssigen
Oxydationsmitteln, gegebenenfalls bei Zimmertemperatur, führt zum Ziele. In Salpetersäure
der Dichte 1,2 einige Tage bei Zimmertemperatur stehengelassenes Holz oder Lignin
ergibt eine ausgezeichnete Ausgangssubstanz für die Gewinnung von Adsorptionskohle.
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Die anoxydierten Materialien können sämtlichen bekannten Prozessen
zur Oberflächenvergrößerung unterworfen werden. Man kann also mit Wasserdampf, Kohlendioxyd
usw. abbrennen, mit Zinkchloridlösung o. dgl. tränken, abschwelen und auslaugen
oder auch mit Flußsäure behandeln usw., stets fallen Produkte von höherem Adsorptionsvermögen
an, als es der Fall ist, wenn nicht anoxydiertes Material verarbeitet wird.
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Die Oxydation mit Luft oder sonstigen oxydierenden Gasen wird zweckmäßig
in einer irehtrommel ausgeführt. Die Temperatur wird unter langsamem Hindurchleiten
des Oxydationsgases allmählich auf etwa 200° gebracht und ungefähr 24 Stunden auf
dieser Höhe gehalten. Fichtenholz verliert dabei etwa 50% an Gewicht, Buchenholz
unter gleichen Bedingungen 57%. Die gewonnenen Produkte sind von bräunlichschwarzem
Aussehen und lösen sich praktisch quantitativ in Alkalilauge oder Sodalösung. Lignin
verliert unter den gleichen Bedingungen ungefähr 45% an Gewicht, Stroh 60%. In allen
Fällen werden die Materialien praktisch quantitativ alkali- bzw. sodalöslich.
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Nach dem Verschwelen sind äußerlich keine großen Unterschiede gegenüber
gewöhnlicher Holzkohle festzustellen. Schüttgewicht, spez. Gewicht und Aussehen
weichen in beiden Fällen nur unwesentlich voneinander ab. Auch das Aussehen läßt
Unterschiede in der Porosität nicht erkennen.
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Die oxydative Vorbehandlung kann auch bei Lagerung des Ausgangsstoffes
in vergleichsweise dünner Schicht im Heizofen vorgenommen werden, allerdings ist
eine Selbstentzündung infolge lokaler Überhitzung eher möglich als bei bewegtem
Gut. Die Gefahr der Zündung kann dadurch gemindert werden, daß der Anteil des Sauerstoffs
im Gasstrom klein gehalten wird. Dies ist zu erreichen durch Zusatz von Inertgas
oder durch langsames Hindurchleiten von gewöhnlicher Luft. Der Sauerstoff wird verbraucht
und durch langsame Zugabe von Frischluft auf entsprechend geringer Konzentration
gehalten. Beim Arbeiten mit nitrosen Gasen ist ebenfalls auf genügende Verdünnung
zti achten, um unerwünschte Reaktionen zu vermeiden. Das gleiche gilt für die Anoxydation
in flüssiger Phase, beispielsweise in Salpetersäure (Dichte zweckmäßig nicht über
1,2).
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Die auf die vorstehend beschriebene Weise erhaltenen Produkte bestehen
in der Hauptsache aus aromatischen Oxyverbindungen; Carbonsäuren sind praktisch
kaum vorhanden. Beim Verschwelen erhält man zuerst vorwiegend Wasser neben wenig
Kohlensäure und Kohlenoxyd. Erst gegen Ende des Prozesses, also bei Annäherung an
die Höchsttemperatur, steigern sich die letztgenannten Anteile.
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Die anschließende Behandlung der Oxydationsprodukte mit vergasenden
Mitteln (Wasserdampf, Kohlendioxyd usw.) erfolgt zweckmäßig zwischen 80o und iooo°.
Dieser Prozeß kann in normalen Schachtöfen oder aber auch im Drehrohr vorgenommen
werden, ohne daß Besonderheiten zu beachten wären.
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Als Ausgangsmaterial läßt sich nicht nur Holz in Block- oder Scheitfortn
verwenden, sondern man kann auch Holzabfälle, wie Sägemehl, Hobelspäne, Äste, ferner
auch holzähnliche Stoffe, wie Stroh, Kartoffelkraut, Laub, endlich auch Lignine
oder Cellulosearten benutzen. `Wird ein stückiges Endprodukt verlangt, so kann man
das feinkörnige oder -faserige Ausgangsmaterial nach der Voroxydation bzw. vor dem
Entgasen brikettieren, gegebenenfalls unter Verwendung der bei der Entgasung-anfallenden
teerigen Substanzen oder auch eines anderen -organischen oder anorganischen - Bindemittels,
je nach dem Verwendungszweck. Beispiel i iooo Gewichtsteile Fichtenliolzsägemehl
mit 451 Teilen Kohlenstoff werden in einer Drehtrommel unter langsamem Hindurchleiten
von Luft nach allmählicher Aufheizung 24 Stunden auf 200° gehalten. Es hinterbleiben
50o Teile einer braunschwarzen Masse, die bei 60o° verschwelt wird. Man erhält 233
Teile Kohle mit 211 Teilen Kohlenstoff. Dieses Produkt adsorbiert 10,5% seines Eigengewichts
an Benzol, d. h. mit iooo Teilen des Ausgangsmaterials kann man im Endeffekt etwa
24,5 Gewichtsteile Benzol adsorbieren.
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Zum Vergleich wird dieselbe Menge Fichtenholzsägemehl direkt bei 60o°
verschwelt. Es entstehen 253 Teile Kohle (C-Gehalt 226 Teile). Dieses Produkt adsorbiert
6,5% seines Eigengewichts an Benzol, d. h. in diesem Falle kann man mit iooo Teilen
Ausgangsmaterial nur etwa 16,5 Teile Benzol adsorbieren. Zur Adsorption von 24,5
Teilen Benzol hätte man jetzt 1488 Teile Sägemehl nötig, also rund die anderthalbfache
Menge des beim Arbeiten nach dem vorhergehenden Absatz benutzten Materials.
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Man geht ferner von je iooo Teilen Ausgangsmaterial aus und behandelt
diese wie in den beiden vorstehenden Absätzen beschrieben, nur daß man jetzt die
erhaltenen Schwelprodukte, 233 bzw. 253 Teile, mit Wasserdampf vergast, bis das
Gewicht des Produktes auf 60% des ursprünglichen Gewichtes zurückgegangen ist. Man
erhält also rund 14o bzw. i50 Teile Endprodukt, von denen das erstere 32% seines
Gewichts, cris letztere 24% an
| Benzol aufnehmen, d. 1i. man kann im ersteren Fall |
| mit ioooTeilen _\tisgiiiigsniaterial 44,8, im letzteren |
| dagegen nur 36 Teile Benzol a(lsorbieren. |
| 13eispiel2 |
| iooo Teile Buchenholzsägeniehl Werden nach |
| Beispiel i voroxydiert. Man erhält 48o Teile vor- |
| oxv(liertes Produkt. Dieses liefert bei der Ver- |
| schwelung 23o Teile Kohle, die nach der vergasen- |
| den Behandlung finit Wasserdampf 138 Teile End- |
| produkt hinterlassen, (las 38"/o :eines Ge\@ ichts |
| Benzol zu adsorbieren vermag. -fit iooo Teilen |
| Ausgangsmaterial kann inan also rund 52.4 Teile |
| Benzol adsorbieren. |
| iooo weitere Teile des Ausgangsmater ials xVCrden |
| ohne Voroxydation direkt verschwelt und liefern |
| hierbei 240 Teile Kohle, die anschließend wie oben |
| mit \Vasserdampf behandelt t\-ird. Es verbleiben |
| 144 Teile Endprodukt, (las 2(i"!0 seines Gewichts |
| Benzol a(lsorbiert. Mit iooo Teilen Ausgangsmate- |
| rial lassen sich also jetzt nur 3;..14 Teile Benzol |
| adsorbieren. |
| iooo Teile desselben Ausgangsmaterials \\-erden |
| voroxydiert und anschließend verschwelt. Die erhal- |
| tene Kohle, 230 Teile, adsorbiert 140:'"o ihres Ge- |
| wichts an Benzol; man braucht daher iooo Teile |
| Ausgangsmaterial zur Adsorption Von 32,2 Teilen |
| Benzol. |
| Endlich werden i ooo Teile Ausgangsmaterial |
| direkt Verschwelt. Die erhaltelw Holzkohle, 2:1o |
| Teile, nimmt nur 7 ('/o ihres Gewichts an Benzol auf, |
| so daß man mit iooo Teilen AtisgangsmateriaY in |
| der Endwirkung nur 16.8 Teile Benzol adsorhieren |
| kann. |
Beispie13
| 50o Teile Fichtenholz werden wie nach dem Bei- |
| spiel i mit Luft yoroxV(liert. Man erhält 252 Teile |
| Oxydationsprodukt. Dieses Wird finit Zinkclilorid- |
| lösung getränkt. getrocknet. 1>e1 700y verschwelt |
| und anschließend finit Wasser ausgelaugt. Es ent- |
| stehen 16o Teile Endprodukt, das 36% seine |
| Eigengewichts an lleiizol adsorhiert. iooo Teilc |
| Ausgangsmaterial reichen also hin zur Adsorption |
| Voll 115,2 Teilen BCnzC>1. |
| Wiederholt inan den \-ersuch unter Weglassung |
| der Voroxydation, so ei-liiilt man nach Behandlung |
| finit ZnCI.,. Verschwelung und Auswaschung 17o |
| Teile Endprodukt, also etwas mehr als vorstehend |
| angegeben, doch adsorbiert dies Produkt nur 28% |
| seines Gewichts an Benzol, so (laß inan finit looo |
| Teilen Ausgangsmaterial nur 95,2 Teile Benzol |
| adsorbieren kann. |
| iooo "Feile Vichtenholz \%-erden in der Drehtrom- |
| mel nach allin<ihlichein \tiflleizen 24 Stunden auf |
| einer Temperatur von Zoo= gehalten. Während der |
| Oxydation \Vird ein @crdüiinter Luftstrom. dem |
| nian o.50/0 NO., zusetzt, hindurchgeleitet. !'s hintcr- |
| 1>leil>en 4 i o Teile cioe: l>rauusclw-arzen @):;- dations_ |
| produktes, das nach dem Vei-sch@-,-elen 2-9 Teile |
| Kohle liefert. Diese a(Isorbiert 13% ihres Eigen- |
| gewichts an Benzol. so (laß man zur Adsorption |
| von 27 Teilen Benzol iooo Teile Ausgangsmaterial |
| herthtigt. |
| tooo Teile Fichtenholz werden 2_1 Stunden in |
| Salpetersäure der Dichte 1,2 bei Zimmertcinperatur |
| stehengelassen, hierauf von der Flüssigkeit abge- |
| trennt, ausgewaschen und getrocknet. Man erhält |
| 7o5 Teile Oxydationsprodukt, das bei 60o° ver- |
| schv; eit wir(( und i 9o Teile Kohle liefert. Diese |
| adsorbiert 9% ihres Eigengewichts an Benzol, so |
| daß also iooo Teile Ausgangsmaterial 17,1 Teilen |
| adsorbierten Benzols entsprechen. |
| Verfährt man \Vie olicn, (loch behandelt man (las |
| Sclnyelpro(lukt außerdem noch mit Wasserdampf |
| bei Soo-. so daß t 2o Teile Endprodukt -, erbleiben. |
| so a(lsorbiert dieses 30"-o seines Gewicl ts aii Heil- |
| zol, so daß in diesem Falle iooo Teile 1\'olinlaterial |
| 3h Teilen adsorbierten Benzols entsprechen. |
iooo Teile Buchenholz werden nach Beispiel 5 voroxydiert. Man erli<ilt 77o Teile
Oxydationsprodukt. Dieses wird nach Beispiel 5 verschwelt und mit Wasserdampf bis
auf 13o Teile Endprodukt vergast. Das Endprodukt adsorbiert 39)/o seines Gewichts
an Benzol. iooo Teile Ausgangsmaterial entsprechen daher 50,7 Teilen adsorbierten
Benzols. Beispie17 iooo Gewichtsteile Buchenholzspäne werden nach 1ieispiel i voroxydiert.
-llan erhält 84o Teile Oxydationsprodukt. Dieses liefert bei der Verschwelung 23o
Teile Kohle, die anschließend bei 8ooy niit C0_, bis auf 1i5 Teile Rückstand vergast
wird. Das Endprodukt adsorbiert 310110 seines Eigengewichts an Benzol, so daß iooo
Teile Ausgangsmaterial 35.65 Teilen adsorbierten Benzols entsprechen.