DE961344C

DE961344C - Process for removing water from gases and liquids

Info

Publication number: DE961344C
Application number: DEF17543A
Authority: DE
Inventors: Dr Georg Brinkmann
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1955-05-17
Filing date: 1955-05-17
Publication date: 1957-04-04

Description

Verfahren zur Entfernung von Wasser aus Gasen und Flüssigkeiten Aktivkohlen lassen sich durch Oxydation nach verschiedenen Methoden mit oxydischen Gruppen von saurem Charakter versehen, die die Fähigkeit zum Kationenaustausch besitzen. Aktivkohlen, deren Oberfläche überwiegend oder ausschließlich mit sauren Gruppen besetzt ist, haben eine wesentlicth höhere Affinität zu Wasser als normale Aktivkohlen, sie sind hydrophil, und zwar um so ausgesprochener, je höher ihr Oxydationsgrad ist.Process for removing water from gases and liquids Activated carbons can be oxidized by various methods with oxidic groups of acidic character, which have the ability to exchange cations. Activated carbons, the surface of which is predominantly or exclusively occupied by acidic groups, have a significantly higher affinity for water than normal activated carbons, they are hydrophilic, the more pronounced the higher the degree of oxidation.

Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von oxydierten Aktivkohlen, deren saure Gruppen mit Kationen besetzt sind, zur Entfernung von Wasser aus Gasen und Flüssigkeiten. Die Eignung solcher Aktivkohlen beruht darauf, daß ein besonders hohes Maß von Hydrophilie bei oxydierten Aktivkohleh, deren Oxyldationsgrad im Bereich 2 bis 4 mval/g liegt, auftritt, wenn der Wasserstoff der sauren Gruppen durch hydratisierbare Kationen mit nicht sehr hohem Ionenradius, wie Na-, Ii-, Ca, Mag'', ersetzt ist. Leicht herstellbar sind geeignete Produkte, wenn die Hydroxyde oder Carbonate der Metalle bei ausreichender Löslichkeit stark oder mäßig stark alkalisch reagierende wäßrige Lösungen bilden (NaOH, CO5, Ca(OH)2), so daß die Reaktion mit den schwach sauren Oberflächengruppen unter Austausch des Wasserstoffs gegen das Metallion praktisch quantitativ verläuft. Bei der Behandlung mit Lösungen von Salzen schwacher Säuren ist die Umsetzung mit der äquivalenten Menge wegen der Einstellung von Gleichgewichten nicht vollständig, zur Einführung der der Zahl der sauren Gruppen annähernd entsprechenden Menge Kationen ist die Anwendung eines Überschusses bzw. die Wiederholung der Behandlung erforderlich. The invention relates to the use of oxidized activated carbons, whose acidic groups are occupied with cations, for the removal of water from gases and liquids. The suitability of such activated carbons is based on the fact that a special high degree of hydrophilicity in oxidized activated carbon, their degree of oxidation in the range 2 to 4 meq / g occurs when the hydrogen of the acidic groups is hydratable Cations with a not very high ionic radius, such as Na-, Ii-, Ca, Mag``, is replaced. Suitable products are easy to manufacture if the hydroxides or carbonates of the Metals with sufficient solubility strongly or moderately strongly alkaline reacting Form aqueous solutions (NaOH, CO5, Ca (OH) 2) so that the reaction with the weak acidic surface groups with the exchange of hydrogen for the metal ion practically runs quantitatively. In the treatment with solutions of salts weak acids is the reaction with the equivalent amount because of the setting of equilibria not complete, introducing the number of acidic groups approximately the corresponding amount of cations is the use of an excess or the repetition of the treatment is required.

Mit Neutralsalzen läßt sich kein nennenswerter Austausch erreichen. Beim Ausw.aschen des überschüssigen Reagenzes ist zu beachten, daß man wegen der hydrolytischen Spaltung des Oberflächensalzes nicht bis zum Neutralpunkt waschen darf.No significant exchange can be achieved with neutral salts. When washing out the excess reagent, it should be noted that because of the Do not wash hydrolytic cleavage of the surface salt to the neutral point allowed.

Aktivkohlen der beschriebenen Art erreichen die Hydrophilie von Kieselgel oder übertreffen sie. Activated carbons of the type described achieve the hydrophilicity of silica gel or surpass them.

Für die Beurteilung ist das Verhalten bei niedrigen Dampftensionen maßgebend, da bei gesättigtem Dampf Kapillarkondensation im gesamten Porenraum stattfindet, dessen Größe das maximale Aufnahmevermögen bestimmt. Aber auch in gesättigtem Wasserdampf sind die oxydierten Aktivkohlen in der Kationenform denen in der Wasserstofform insofern überlegen, als die Geschwindigkeit der Wasseraufnahme bei den ersten erheblich größer ist.The behavior at low steam tensions is used for assessment decisive, since with saturated steam capillary condensation takes place in the entire pore space, the size of which determines the maximum absorption capacity. But also in saturated water vapor the oxidized activated carbons in the cation form are those in the hydrogen form superior in that the rate of water absorption at the first is considerable is bigger.

Bei einer oxydierten Aktivkohle mit einem Oxydationsgrad von 3,5 mval/g wurden folgende Verhältnisse gefunden: Nach der statischen Methode bei der H2 0-Dampftension 5,5 Torr gemessen: Wasseraufnahme nach 2 Stunden: bei der Kohle in der H-Form: I,7 O/o; Wasseraufnahme nach 2 Stunden bei der Kohle in der Na-Form: 2,I°lo (Kieselgel zum Vergleich 1,5 I,s°/o); Wasseraufnahme nach 8 Stunden: Kohle in der H-Form: 3,350/0, Kohle in der Na-Form: 4,7o (Kieselgel: 4,55 0/o). In the case of an oxidized activated carbon with an oxidation degree of 3.5 The following ratios were found mval / g: According to the static method in the H2 0 vapor tension measured 5.5 Torr: water absorption after 2 hours: with the coal in the H form: 1.7 O / o; Water absorption after 2 hours with the coal in the Na form: 2, 10% (silica gel for comparison 1.5 1, 10%); Water absorption after 8 hours: charcoal in the H form: 3.350 / 0, charcoal in the Na form: 4.70 (silica gel: 4.55%).

Bei höheren Expositionszeiten erreicht die Wasseraufnahme von Kieselgel etwas größere Werte als die der Kohle in der Na-Form, z. B. ist sie nach 24 Stunden bei der letzteren 6,2°/o, bei Kieselgel 6,60/0, während die der Kohle in der H-Form schon nahezu ihren Endwert mit 3,6°/o erreicht hat.At longer exposure times, the water absorption of silica gel reaches slightly larger values than those of coal in the Na form, e.g. B. it is after 24 hours in the case of the latter 6.2%, in the case of silica gel 6.60 / 0, while that of the carbon in the H form has already almost reached its final value of 3.6 ° / o.

Die als Ausgangsmaterial für das oxydierte Produkt benutzte Aktivkohle zeigte folgende Werte für die Wasseraufnahme: Nach 2 Stunden 0,97°/e, nach 8 Stunden I,380/o, nach 24 Stunden I,5201e, der letztereWert bleibt praktisch konstant. The activated carbon used as the starting material for the oxidized product showed the following values for water absorption: after 2 hours 0.97 ° / e, after 8 hours I, 380 / o, after 24 hours I, 5201e, the latter value remains practically constant.

Man erkennt daran die starke Zunahme der Hydrophilie, die durch die Oxydation eingetreten ist.One recognizes the strong increase in the hydrophilicity caused by the Oxidation has occurred.

Auch bei noch niedrigeren Wasserdampftensionen findet sich das entsprechende Verhalten, die tSberlegenheit der Kohle in der Na-Form über die in der H-Form, bei im ganzen verminderter Aufnahmegeschwindigkeit wieder.The corresponding is also found at even lower water vapor tensions Behavior that shows the superiority of coal in the Na form over that in the H form on the whole reduced recording speed again.

Da das günstigere Verhalten der Na-Form der oxydierten Kohle gegenüber der H-Form auf die Hydratisierung der angelagerten Natriumionen zurückzuführen ist, war zu erwarten, daß sich Unterschiede in der Hydratisierbarkeit der Ionen auf die Fähigkeit der oxydierten Kohle zur Wasseraufnahme auswirken. Eine Prüfung bei 35e/o relativer Feuchtigkeit an Präparaten, die aus einer oxydierten Kohle mit dem Oxydationsgrad von rund 3 mval/g durch Austausch der Wasserstoffatome gegen Natrium-, Calcium-, Lithium-, Magnesiumionen hergestellt waren, ergab, daß die mit einwertigen Ionen beladenen Kohlen von etwa 8 Stunden ab eine etwas stärkere Wasseraufnahme aufweisen als die mit zweiwertigen Ionen beladene Kohle, in beiden Fällen verhält sich das Ion mit dem kleineren Ionenradius etwas vorteilhafter, was besonders bei höheren Expositionszeiten bzw. höheren Wassergehalten deutlich wird. Am günstigsten in bezug auf den erreichten Endgehalt an Wasser ist die mit Lithium beladene Kohle. Because the more favorable behavior of the Na form compared to the oxidized coal the H-form is due to the hydration of the attached sodium ions, it was to be expected that differences in the hydratability of the ions would affect the Ability of the oxidized charcoal to absorb water. An exam at 35e / o relative humidity of preparations made from an oxidized charcoal with the degree of oxidation of around 3 meq / g by exchanging the hydrogen atoms for sodium, calcium, Lithium and magnesium ions were produced, those with monovalent ions loaded coals have a slightly higher water absorption for about 8 hours than the carbon loaded with divalent ions, in both cases this is the case Ion with the smaller ionic radius is somewhat more advantageous, which is particularly the case with higher Exposure times or higher water contents becomes clear. Most affordable in terms of on the final water content reached is the charcoal loaded with lithium.

Die Anwendung der beschriebenen Produkte kann erfolgen in Fällen, in denen sonst Kieselgel eingesetzt wird, z. B. in der Luftkonditionierung. The products described can be used in cases in which otherwise silica gel is used, e.g. B. in air conditioning.

Die beanspruchten oxydierten Aktivkohlen sind besonders in der ersten Phase dem Kieselgel in der Geschwindigkeit der Wasseraufnahme überlegen, die Regenerierbarkeit durch Erhitzen ist günstiger als bei Kieselgel, da bei ihm keine Quellung beteiligt und ihre Wärmeleitfähigkeit größer ist. Ihre Fähigkeit, riechende Stoffe festzuhalten, ist stärker ausgeprägt als die von Kieselgel. Die Eigenschaft der Kohlen, im Kationenzustand Säuren durch Austausch der Wasserstoffionen gegen die jeweiligen Kationen zu neutralisieren, kann in manchen Fällen ein Vorteil gegenüber Kieselgel sein. Ähnlich wie Kieselgel und aktive Tonerde kann man oxydierte Aktivkohle zur Bindung der atmosphärischen Feuchtigkeit verwenden, um Korrosion zu verhindern. Zur Erhöhung - der Haltbarkeit von feuchtigkeitsempfindlichen Lebensmitteln wendet man eine Mischung von Aktivkohle und Kieselgel an; an Stelle dieser kann man die oxydierte Aktivkohle allein benutzen. The oxidized activated carbons claimed are especially in the first Phase superior to silica gel in terms of speed of water absorption, regenerability heating is cheaper than silica gel, since it does not involve swelling and their thermal conductivity is greater. Your ability to hold on to odorous substances is more pronounced than that of silica gel. The property of coals in the cation state Neutralize acids by exchanging the hydrogen ions for the respective cations, can in some cases be an advantage over silica gel. Similar to silica gel and active alumina, one can use oxidized activated carbon to bind the atmospheric Use moisture to prevent corrosion. To increase - the shelf life A mixture of activated charcoal is used for moisture-sensitive foods and silica gel on; in place of this one can use the oxidized activated carbon alone.

Man kann mit Hilfe der beschriebenen Produkte Wasser aus organischen Flüssigkeiten, besonders aus solchen mit nicht polarem oder schwach polarem Charakter, entfernen, da das Wasser im Gegensatz zu dem Verhalten normaler Aktivkohlen bei ihnen nicht durch die organische Verbindung von der Kohleoberfläche verdrängt wird. With the help of the products described, water can be obtained from organic Liquids, especially those with a non-polar or weakly polar character, remove as the water is contrary to the behavior of normal activated carbons is not displaced from the surface of the coal by the organic compound.

Der Trocknungsvorgang verläuft wegen der großen Oberfläche, auf der die hydratisierbaren Kationen angeordnet sind, schneller als z. B. mit wasserfreiem Natriumsulfat. The drying process takes place because of the large surface on which the hydratable cations are arranged faster than e.g. B. with anhydrous Sodium sulfate.

Claims

PATENT CLAIM: Process for removing water from gases and Liquids, characterized by the use of oxidized activated carbons, their acidic groups are occupied with cations.