DE893644C - Production of activated carbons with the same properties from different carbonaceous starting materials, especially for the adsorption of small-molecule gases and low-concentration vapors - Google Patents

Production of activated carbons with the same properties from different carbonaceous starting materials, especially for the adsorption of small-molecule gases and low-concentration vapors

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DE893644C
DE893644C DEF3355D DEF0003355D DE893644C DE 893644 C DE893644 C DE 893644C DE F3355 D DEF3355 D DE F3355D DE F0003355 D DEF0003355 D DE F0003355D DE 893644 C DE893644 C DE 893644C
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    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/30Active carbon
    • C01B32/312Preparation
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Description

Herstellung von Aktivkohlen gleicher Eigenschaften aus verschiedenen kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoffen, insbesondere für die Adsorption kleinmolekularer Gase und niedrigkonzentrierter Dämpfe Im Schrifttum sind zahlreiche Verfahren zur Herstellung von Aktivkohlen aus den verschiedensten kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoffen mit den verschiedensten Aktivierungsmitteln beschrieben. Je nach der Art des zu verarbeitenden Ausgangsstoffes wird hierbei ein bestimmtes Aktivierungsmittel in bestimmter Menge angewendet; entsprechend wird nach den bekannten Verfahren auch je nach der Art der zu erzeugenden Aktivkohle ein bestimmter Ausgangsstoff mit einer bestimmten Menge eines AktivierungsmittAls umgesetzt.Production of activated carbons with the same properties from different ones carbonaceous starting materials, especially for the adsorption of small molecules Gases and low-concentration vapors In the literature there are numerous processes for Production of activated carbons from a wide variety of carbon-containing raw materials described with various activating agents. Depending on the nature of the too processing starting material is here a certain activating agent in applied certain amount; according to the known method is also depending on the type of activated carbon to be produced, a certain starting material with a certain amount of an activating agent implemented.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß man aus verschiedenen kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoffen mit Hilfe von Kalium und Schwefel enthaltenden Chemikalien Aktivkohlen gleicher Eigenschaften dadurch erhält, daß auf zoo Gewichtsteile Kohlenstoff des Ausgangsstoffes berechnet 25 bis 56 Gewichtsteile, vorzugsweise 35 bis 46 Gewichtsteile Kalium eingesetzt werden.It has now surprisingly been found that activated carbons with the same properties are obtained from various carbon-containing starting materials with the aid of chemicals containing potassium and sulfur by using 25 to 56 parts by weight, preferably 35 to 46 parts by weight, of potassium for every zoo parts by weight of carbon of the starting material.

Diese grundsätzlich neue Erkenntnis ist von großer Bedeutung für die Herstellung von Aktivkohlen, da nunmehr bei wechselnden Ausgangsstoffen stets eine gleiche Kohle erzeugt werden kann; bedeutungsvoll ist das Verfahren weiterhin für die Herstellung solcher Kohlen, für die bisher ein besonderer Ausgangsstoff, wie Kokosnußschalen, Mandelschalen usw., für unbedingt allein verwendbar angesehen wurde. Weiterhin bringt das neue Verfahren große Ersparnisse an Aktivierungschemikalien, da festgestellt wurde, daß in den meisten Fällen bisher ein unnötig hoher Chemikalienverbrauch erfolgte. Die neue hochaktive Kohle eignet sich in hervorragender Weise für Adsorption kleinmolekularer Gase und niedrig konzentrierter Dämpfe. _ Beispiel 1 25o Gewichtsteile Torf (Wassergehalt = 30%, Kohlenstoffgehalt, auf Trockensubstanz bezogen, = 54 0/0) werden mit 38,5 Gewichtsteilen Kalium (als Kalilauge bzw. Kaliumsulfid oder Polysulfid aus der zurückgewonnenen Lauge) und 19,25 Gewichtsteilen Schwefel (entweder als elementarer Schwefel oder als Polysulfid- bzw. Sulfidschwefel aus der zurückgewonnenen Lauge) angemaischt. Dann wird mittels einer hydraulischen Presse geformt und die Formlinge bei 4oo bis 6oo° verschwelt. Das Gut wird bei 7oo bis looo° in Abwesenheit von Luftsauerstoff-geglüht, unter Luftabschluß abgekühlt, gelaugt und mit Wasser bzw. Säure und Wasser gewaschen. Dann wird, möglichst unter Luftabschluß, das Gut mit Wasserdampf bei 5oo bis 550° 1 bis 2 Stunden behandelt. Beispiel 2 187,5 Gewichtsteile mit Schwefelsäure vorbehandeltes Sägemehl (Wassergehalt = 2o 0/0, Kohlenstoffgehalt, auf Trockensubstanz bezogen, = 63 0/0) werden, wie im Beispiel 1 beschrieben, mit den gleichen Mengen Aktivierungsmitteln in der beschriebenen Weise behandelt. Beispiel 3 156 Gewichtsteile entaschter Braunkohle (Wassergehalt = 110/0, Kohlenstoffgehalt, auf Trockensubstanz bezogen, = 68 0/0) werden, wie im Beispiel x beschrieben, mit den gleichen Mengen Aktivierungsmitteln in der beschriebenen Weise behandelt. Beispiel 4 118 Gewichtsteile Holzkohle (Wassergehalt = 6 0/0, Kohlenstoffgehalt, auf Trockensubstanz bezogen, = 85 0/0) werden, wie im Beispiel 1 beschrieben; mit" den gleichen Mengen Aktivierungsmittel in der beschriebenen Weise behandelt. -Nach vorstehenden Beispielen erhält man Kohlen, die innerhalb der Versuchsfehlergrenzen übereinstimmende Eigenschaften besitzen und im weiteren als neue Kohle bezeichnet werden.This fundamentally new knowledge is of great importance for the Production of activated carbons, since now with changing starting materials there is always one the same coal can be produced; the procedure is still significant for the production of such coals, for which a special starting material so far, such as Coconut shells, almond shells, etc., were considered to be absolutely usable on their own. Furthermore, the new process brings great savings in activation chemicals, because it was found that in most cases an unnecessarily high consumption of chemicals took place. The new, highly active carbon is ideally suited for the adsorption of small molecules Gases and low concentration vapors. _ Example 1 25o parts by weight of peat (water content = 30%, carbon content, based on dry matter, = 54 0/0) are 38.5 Parts by weight of potassium (as potassium hydroxide solution or potassium sulfide or polysulfide from the recovered Lye) and 19.25 parts by weight of sulfur (either as elemental sulfur or mashed as polysulphide or sulphide sulfur from the recovered liquor). Then it is shaped by means of a hydraulic press and the moldings at 400 to 6oo ° carbonized. The material is annealed at 700 to 10000 ° in the absence of atmospheric oxygen, cooled in the absence of air, leached and washed with water or acid and water. Then, if possible with the exclusion of air, the material with steam at 500 to 550 ° Treated for 1 to 2 hours. Example 2 187.5 parts by weight pretreated with sulfuric acid Sawdust (water content = 2o 0/0, carbon content, based on dry matter, = 63 0/0) are, as described in Example 1, with the same amounts of activating agents treated in the manner described. Example 3 156 parts by weight of ashed lignite (Water content = 110/0, carbon content, based on dry matter, = 68 0/0) are, as described in example x, with the same amounts of activating agents treated in the manner described. Example 4 118 parts by weight of charcoal (water content = 6 0/0, carbon content, based on dry matter, = 85 0/0), as in Example 1 described; with "the same amounts of activating agent in the described Treated wisely. -The above examples give coals that are within the experimental error limits have matching properties and further to be referred to as new coal.

Nachstehend werden Vergleiche einiger der wichtigsten Eigenschaften der neuen Kohlen mit bekannten Kohlen gegeben, welche die Überlegenheit der neuen Kohle eindeutig dartun.Below are comparisons of some of the key properties given the new coals with known coals, which have the superiority of the new Clearly show coal.

Kleinmolekulare Gase und niedrigkonzentrierte Dämpfe werden vorwiegend durch reine Oberflächenadsorption in der Kohle zurückgehalten. Für diesen Anwendungszweck ist eine Kohle mit möglichst großer innerer Oberfläche erwünscht, also eine möglichst feinporige Kohle.Small molecular gases and low concentration vapors are predominant retained in the coal by pure surface adsorption. For this purpose a coal with the largest possible inner surface is desired, i.e. one if possible fine-pored coal.

Bisher war es zwar möglich, nach den verschiedenen bekannten Verfahren durch Änderung der Arbeitsbedingungen die Porenweite der erzeugten Aktivkohle in gewissem Umfang zu beeinflussen, doch waren diese Möglichkeiten sehr begrenzt, man war zum Teil auf ganz bestimmtes, schwer zugängliches Ausgangsmaterial (Kokosnußschalen, Mandelschalen usw.) angewiesen und konnte feinporige Kohlen mit sehr hoher Wirksamkeit nicht herstellen.So far it has been possible to use the various known methods by changing the working conditions, the pore size of the activated carbon produced in to some extent, but those possibilities were very limited, man was partly due to very specific, difficult to access raw material (coconut shells, Almond shells, etc.) and could fine-pore coals with a very high level of effectiveness not manufacture.

Zur Prüfung der Aktivkohlen, die zur Adsorption von Gasen und Dämpfen und zur Wiedergewinnung von Lösemitteln verwendet werden, ermittelt man das Adsorptionsvermögen der Kohle für Benzoldampfgemische von 289 g, 32 g, 3,2 g und 0,32 g pro Kubikmeter bei 2o°, entsprechend 9/i0, 1/l0, 1/100 und 1/100o Sättigung des Benzoldampfes.To test the activated carbons, which are used for the adsorption of gases and vapors and for the recovery of solvents, the adsorption capacity of the carbon for benzene vapor mixtures of 289 g, 32 g, 3.2 g and 0.32 g per cubic meter at 2o ° is determined, corresponding to 9/10, 1/10, 1/100 and 1 / 100o saturation of the benzene vapor.

Der Verlauf der Isotherme gibt den Anteil und die Porenverteilung in der untersuchten Aktivkohle wieder. Die Beladungen bei hohen Sättigungsgraden sind ein Maß für den Anteil an relativ groben Poren, die für Kapillarkondensation maßgebend sind, und die Beladungen bei niedrigen Sättigungsgraden sind ein Maß für den Anteil an Mikroporen und der gesamten inneren'aktiven Oberfläche, die für die reine Oberflächenadsorption maßgebend ist.The course of the isotherm gives the proportion and the pore distribution in the investigated activated carbon again. The loads at high degrees of saturation are a measure of the proportion of relatively coarse pores that are responsible for capillary condensation are decisive, and the loadings at low degrees of saturation are a measure of the proportion of micropores and the entire inner'active surface, which for the pure surface adsorption is decisive.

In der Zeichnung ist die 1/1o00 Benzolbeladung in Abhängigkeit vom Maischverhältnis, bezogen auf den Kohlenstoffgehalt des Ausgangsmaterials, dargestellt.In the drawing, the 1 / 1o00 benzene load is dependent on the Mash ratio, based on the carbon content of the starting material, shown.

In der Tabelle I sind die Benzohsothermen zweier üblicher Industrie-Aktivkohlen mit der neuen Kohle verglichen. Tabelle I Kohle A Kohle B Neue Kohle g C,H"/xoo ccm Kohle Litergewicht ......... 300 400 420 Benzolsättigungskon- zentration 9/10 ....... 2o,o 20,0 24,0 desgl. 1/1o . . . . . . 13,5 16,o 20,0 desgl. 1/1o0 ...... 6,5 10,0 16,o desgl. 1/10a0 ...... 3,5 4,5 12,0 Kohle A ist eine handelsübliche grobporige Kohle zur Adsorption großmolekularer Stoffe bei relativ hohen Konzentrationen. Kohle B ist eine handelsübliche feinporige Kohle zur Adsorption von kleinmolekularen Stoffen und niedrigkonzentrierten Dämpfen. Man sieht aus der Benzolbeladung bei 1/""Dämpfsättigung die große Überlegenheit (fast dreifach) der neuen Kohle gegenüber der handelsüblichen Kohle B.In Table I, the benzohsotherms of two common industrial activated carbons are compared with the new carbon. Table I. Coal A Coal B New money g C, H "/ xoo ccm coal Weight per liter ......... 300 400 420 Benzene saturation centration 9/10 ....... 2o, o 20.0 24.0 the same. 1 / 1o. . . . . . 13.5 16, o 20.0 also 1 / 1o0 ...... 6.5 10.0 16, o also 1 / 10a0 ...... 3.5 4.5 12.0 Coal A is a commercially available, coarse-pored coal for the adsorption of large-molecular substances at relatively high concentrations. Coal B is a commercially available fine-pored coal for the adsorption of small molecular substances and low-concentration vapors. From the benzene load at 1 / "" steam saturation one sees the great superiority (almost three times) of the new coal over the commercially available coal B.

Bei der industriellen Anwendung gestatteten die bisher hergestellten Aktivkohlen die wirtschaftliche Gewinnung oder Rückgewinnung von Kohlenwasserstoffen mit bis zu 4, allenfalls 3 Kohlenstoffatomen und bis zu einer relativ hohen Mindestkonzentration. Die nach dem neuen Verfahren hergestellten feinporigen Aktivkohlen gestatten eine wirtschaftliche Gewinnung auch von Kohlenwasserstoffen mit 2 und -1 Kohlenstoffatom und außerdem bis zu weit niedrigeren Mindestkonzentrationen. Auch für die Gewinnung von Edelgasen sind die neuen Kohlen vorzüglich geeignet.In industrial use, those previously produced allowed Activated carbons the economical extraction or recovery of hydrocarbons with up to 4, at most 3 carbon atoms and up to a relatively high minimum concentration. The fine-pored activated carbons produced by the new process allow one economical production of hydrocarbons with 2 and -1 carbon atoms and also up to far lower minimum concentrations. Also for extraction The new coals are eminently suitable for noble gases.

Aus der Tabelle II ist die Überlegenheit der neuen Kohle bei der Wiedergewinnung von C.H4 (als Beispiel eines kleinmolekularen Gases) aus verschieden konzentrierten Gasgemischen klar ersichtlich. Tabelle II Vol.-Konz. Kohle B I Neue Kohle I Faktor C.H4 g C.H"/ioo ccm Kohle I o/o. . . . . 0,240 o,6o9 2,5 20 /0...... 0352 o,861 2,5 5% ...... 0,52 0 1,765 2,6 100/ ....... 0,800 2,079 2,6 150/0 ....... 1,020 2,625 2,6 Für dieses kleinmolekulare Gas ist die neue Kohle der handelsüblichen Kohle B um etwa das 2,6fache überlegen.Table II clearly shows the superiority of the new coal in the recovery of C.H4 (as an example of a small-molecule gas) from gas mixtures of different concentrations. Table II Volume conc. Coal BI New Coal I factor C.H4 g CH "/ 100 ccm coal I o / o. . . . . 0.240 o.6o9 2.5 20/0 ...... 0352 o, 861 2.5 5% ...... 0.52 0 1.765 2.6 100 / ....... 0.800 2, 0 79 2.6 150/0 ....... 1.020 2.625 2.6 For this small molecular gas, the new coal is about 2.6 times superior to the commercially available coal B.

Von einer guten Gasmaskenkohle muß eine feinporige Struktur und eine möglichst große innere Oberfläche verlangt werden, da die in Frage kommenden Kampfgaskonzentrationen sehr gering sind, eine Reihe von Kampfstoffen kleinmolekular ist und außerdem das Rückhaltsvermögen durch die Feinporigkeit der Aktivkohle bedingt ist.A good gas mask charcoal must have a fine-pored structure and a As large an inner surface as possible is required, since the war gas concentrations in question are very low, a number of warfare agents are small molecular and also that Retention is due to the fine pores of the activated carbon.

In der Tabelle III sind die Benzolisothermen einer bekannten guten Gasmaskenkohle C mit der nach dem neuen Verfahren hergestellten Gasmaskenkohle verglichen. Tabelle III Kohle C I Neue Kohle Beladung in g CeH./ioo ccm Kohle Litergewicht ............ 420 425 Benzolsättigungskonzen- tration 9/l0 ........... 22,5 22,5 desgl. 1/1a ........... 19,5 19,5 desgl. 1/l00 ............ 13,5 16,5 desgl. 1/l000 ........... 7,5 13,0 Auch hieraus geht die Überlegenheit der neuen Kohle bei niedrigen Sättigungsgraden deutlich hervor.In Table III, the benzene isotherms of a known, good gas masked carbon C are compared with the gas masked carbon produced by the new process. Table III Coal CI New Coal Loading in g CeH./ioo ccm coal Weight per liter ............ 420 425 Benzene saturation concentration tration 9 / l0 ........... 22.5 22.5 the same. 1 / 1a ........... 19.5 19.5 also 1 / l00 ............ 13.5 16.5 the same. 1/1000 ........... 7.5 13.0 This also clearly shows the superiority of the new coal at low degrees of saturation.

In der Tabelle IV ist diese Überlegenheit bei der Prüfung mit Chlorpikrin niedriger Konzentration wiedergegeben. Beide Kohlen wurden unter gleichen Bedingungen geprüft. Tabelle IV Kohle C I Neue Kohle Resistenzzeit . . . . . . . . . . 25 Minuten 58 Minuten Chlorpikrinrückhalte- vermögen .......... 12 Minuten 25 Minuten Man sieht aus diesen Beispielen deutlich die Bedeutung des Anteiles an Mikroporen bzw. der inneren aktiven Oberfläche, die durch die Beladung bei 1/iooo Benzolsättigung gekennzeichnet ist.Table IV shows this superiority when tested with low concentration chloropicrin. Both coals were tested under the same conditions. Table IV Coal CI New Coal Resistance time. . . . . . . . . . 25 minutes 58 minutes Chloropicrin retention ability .......... 12 minutes 25 minutes These examples clearly show the importance of the proportion of micropores or the inner active surface, which is characterized by the loading at 1/100 benzene saturation.

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Herstellung von Aktivkohlen gleicher Eigenschaften aus verschiedenen kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoffen mit Hilfe von Kalium und Schwefel im Verhältnis des Kaliumsulfids oder von Kaliumpolysulfiden enthaltenden Chemikalien, insbesondere für die Adsorption kleinmolekularer Gase und niedrigkonzentrierter Dämpfe, dadurch gekennzeichnet, daß auf ioo Gewichtsteile Kohlenstoff des Ausgangsstoffes 25 bis 56 Gewichtsteile, vorzugsweise 35 bis 46 Gewichtsteile Kalium eingesetzt werden.PATENT CLAIM: Production of activated carbons with the same properties from various carbon-containing raw materials with the help of potassium and sulfur in the proportion of potassium sulphide or chemicals containing potassium polysulphides, especially for the adsorption of small molecular gases and low concentrations Vapors, characterized in that there are 100 parts by weight of carbon of the starting material 25 to 56 parts by weight, preferably 35 to 46 parts by weight of potassium are used will.
DEF3355D 1943-06-13 1943-06-13 Production of activated carbons with the same properties from different carbonaceous starting materials, especially for the adsorption of small-molecule gases and low-concentration vapors Expired DE893644C (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2403816A1 (en) * 1977-09-22 1979-04-20 Kureha Chemical Ind Co Ltd ETHYLENE ADSORBANT AND PROCESS FOR ITS MANUFACTURE

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR2403816A1 (en) * 1977-09-22 1979-04-20 Kureha Chemical Ind Co Ltd ETHYLENE ADSORBANT AND PROCESS FOR ITS MANUFACTURE

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