FI130586B - Kiinteä kappale ja menetelmä sen valmistamiseksi - Google Patents
Kiinteä kappale ja menetelmä sen valmistamiseksi Download PDFInfo
- Publication number
- FI130586B FI130586B FI20215569A FI20215569A FI130586B FI 130586 B FI130586 B FI 130586B FI 20215569 A FI20215569 A FI 20215569A FI 20215569 A FI20215569 A FI 20215569A FI 130586 B FI130586 B FI 130586B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- starting material
- mixture
- piece
- weight
- foam
- Prior art date
Links
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 22
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 89
- 239000007858 starting material Substances 0.000 claims abstract description 87
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 49
- 235000013379 molasses Nutrition 0.000 claims abstract description 43
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000012620 biological material Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 38
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 38
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 24
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 21
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 claims description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 12
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 11
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims description 5
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 4
- 239000004566 building material Substances 0.000 claims description 4
- 238000005194 fractionation Methods 0.000 claims description 4
- 229920001864 tannin Polymers 0.000 claims description 4
- 235000018553 tannin Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000001648 tannin Substances 0.000 claims description 4
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 claims description 3
- 239000000546 pharmaceutical excipient Substances 0.000 claims description 3
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 claims description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims 3
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 19
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 17
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 16
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 15
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 15
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 12
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000000047 product Substances 0.000 description 9
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 5
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 3
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 2
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 description 2
- 229920001732 Lignosulfonate Polymers 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 239000005539 carbonized material Substances 0.000 description 2
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 2
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 2
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 239000004088 foaming agent Substances 0.000 description 2
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 2
- HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N furfural Chemical compound O=CC1=CC=CO1 HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 229920005611 kraft lignin Polymers 0.000 description 2
- 238000010907 mechanical stirring Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 2
- 239000013518 molded foam Substances 0.000 description 2
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 2
- 239000003415 peat Substances 0.000 description 2
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 2
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 2
- 229920000136 polysorbate Polymers 0.000 description 2
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- -1 sawdust Substances 0.000 description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 2
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 2
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L zinc dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000004438 BET method Methods 0.000 description 1
- 241000219310 Beta vulgaris subsp. vulgaris Species 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000013162 Cocos nucifera Nutrition 0.000 description 1
- 244000060011 Cocos nucifera Species 0.000 description 1
- 239000004971 Cross linker Substances 0.000 description 1
- 229920001214 Polysorbate 60 Polymers 0.000 description 1
- 229920005830 Polyurethane Foam Polymers 0.000 description 1
- 240000000111 Saccharum officinarum Species 0.000 description 1
- 235000007201 Saccharum officinarum Nutrition 0.000 description 1
- 239000004147 Sorbitan trioleate Substances 0.000 description 1
- PRXRUNOAOLTIEF-ADSICKODSA-N Sorbitan trioleate Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(=O)OC[C@@H](OC(=O)CCCCCCC\C=C/CCCCCCCC)[C@H]1OC[C@H](O)[C@H]1OC(=O)CCCCCCC\C=C/CCCCCCCC PRXRUNOAOLTIEF-ADSICKODSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000021536 Sugar beet Nutrition 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011260 aqueous acid Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000011449 brick Substances 0.000 description 1
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 239000010779 crude oil Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000004720 fertilization Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000006261 foam material Substances 0.000 description 1
- XPFVYQJUAUNWIW-UHFFFAOYSA-N furfuryl alcohol Chemical compound OCC1=CC=CO1 XPFVYQJUAUNWIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002917 insecticide Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 1
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 235000013336 milk Nutrition 0.000 description 1
- 239000008267 milk Substances 0.000 description 1
- 210000004080 milk Anatomy 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 238000001728 nano-filtration Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010742 number 1 fuel oil Substances 0.000 description 1
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 150000002989 phenols Chemical class 0.000 description 1
- 229950008882 polysorbate Drugs 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 239000011496 polyurethane foam Substances 0.000 description 1
- 229920005749 polyurethane resin Polymers 0.000 description 1
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000003303 reheating Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000003516 soil conditioner Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 229960000391 sorbitan trioleate Drugs 0.000 description 1
- 235000019337 sorbitan trioleate Nutrition 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000011232 storage material Substances 0.000 description 1
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 1
- 239000011269 tar Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 239000011345 viscous material Substances 0.000 description 1
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 description 1
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 description 1
- 229940088594 vitamin Drugs 0.000 description 1
- 229930003231 vitamin Natural products 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 description 1
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/30—Active carbon
- C01B32/312—Preparation
- C01B32/318—Preparation characterised by the starting materials
- C01B32/324—Preparation characterised by the starting materials from waste materials, e.g. tyres or spent sulfite pulp liquor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C44/00—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
- C04B38/10—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by using foaming agents or by using mechanical means, e.g. adding preformed foam
- C04B38/106—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by using foaming agents or by using mechanical means, e.g. adding preformed foam by adding preformed foams
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/30—Active carbon
- C01B32/312—Preparation
- C01B32/336—Preparation characterised by gaseous activating agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/52—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite
- C04B35/524—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite obtained from polymer precursors, e.g. glass-like carbon material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
- C04B38/02—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by adding chemical blowing agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
- C04B38/10—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by using foaming agents or by using mechanical means, e.g. adding preformed foam
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C13—SUGAR INDUSTRY
- C13K—SACCHARIDES OBTAINED FROM NATURAL SOURCES OR BY HYDROLYSIS OF NATURALLY OCCURRING DISACCHARIDES, OLIGOSACCHARIDES OR POLYSACCHARIDES
- C13K13/00—Sugars not otherwise provided for in this class
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/10—Solid density
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/12—Surface area
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
- C04B2111/00793—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as filters or diaphragms
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
- C04B2111/0081—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as catalysts or catalyst carriers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
- C04B2111/00853—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 in electrochemical cells or batteries, e.g. fuel cells
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
- C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
- C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/74—Physical characteristics
- C04B2235/77—Density
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P60/00—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
- Y02P60/80—Food processing, e.g. use of renewable energies or variable speed drives in handling, conveying or stacking
- Y02P60/87—Re-use of by-products of food processing for fodder production
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Keksinnön kohteena on kiinteä kappale ja menetelmä sen valmistamiseksi. Kiinteä kappale valmistetaan biomateriaalipohjaisesta lähtöaineesta, joka käsittää vinassia ja/tai melassia. Menetelmässä lähtöaineesta muodostetaan seos tai siitä muodostettu vaahto muotoillaan ja lämpökäsitellään kiinteän kappaleen valmistamiseksi. Saatava kiinteä kappale soveltuu mm. täytekappaleeksi, suodattimeksi sekä katalyyttien runkoaineeksi.
Description
KIHNTEA KAPPALE JA MENETELMÄ SEN VALMISTAMISEKSI
Tekniikan ala
Esillä oleva keksintö liittyy kiinteisiin biomateriaalipohjaisiin kappaleisiin, niiden valmistamiseen sekä niiden käyttöön.
Etenkin keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 mukaista kiinteää kappaletta sekä menetelmää tällaisen kappaleen aikaansaamiseksi. Keksintö koskee myös kappaleen — käyttöä.
Tekniikan taso
Biomateriaalipohjaiset materiaalit ja niiden valmistaminen ovat olleet tutkimuksen — kohteena jo pidemmän aikaa, tavoitteena saavuttaa etenkin ekologisempia tuotteita.
Biomateriaaleille kehitetään jatkuvasti myös uusia käyttökohteita, joissa niitä voidaan hyödyntää. Tavoitteena on myös käyttää teollisuuden erilaisia sivuvirtoja mahdollisimman tehokkaasti hyödyksi. — Melassi on yksi sokeri- ja etanoliteollisuuden sivutuote. Se on viskoosinen, tumman ruskea, serni-nestemäinen aine. Melassin pääkorponentti on sokeri, joten sillä on 0 suhteellisen korkea ravintoarvo ja sitä hyödynnetäänkin tyypillisesti ruokana tai rehuna, tai
N
& käytetään raaka-aineena fermentointiteclisuudessa. Melassin nestemäinen muoto ja korkea
I
2 viskositeetti kuitenkin vaikeuttavat huomattavasti sen hyödyntämistä, minkä vuoksi
I
N 25 — melassista onkin valmistettu lähinnä kiinteää pulveria. Esimerkiksi julkaisussa DE2156131
E Al on esitetty kuivattu pulverimainen rehu, joka on valmistettu konsentroimalla melassi, o saattamalla se ohutkalvohaihduttimeen ja pulverisoimalla.
O
LO
LO
N
O Vinassi on sokeri- ja etanoliteollisuuden toinen sivutuote, joka jää jäljelle melassin — fermentointireaktiosta. Sivutuotteena saatava vinassikoostumus käsittää suurimmaksi osaksi vettä, mutta dehydrauksen jälkeen vinassi on kiinteä aine, jonka viskositeetti on melassia vastaavalla tasolla. Vinassi sisältää suurta määriä suolaa ja orgaanista ainesta, aiheuttaen näin ongelmia maaperään päästessään. Sitä on pyritty hyötykäyttämään esimerkiksi käymisreaktioissa, kastelulannoituksessa sekä hitvan ja energian tuotannossa.
Vinassia on hyödynnetty myös mm. huokoisen jauhemaisen hiilimateriaalin — valmistuksessa, kuten on kuvattu julkaisussa ON111589424 A. Vinassia syntyy kuitenkin suuria määriä ja sen hyötykäyttöä tulisi tehostaa huomattavasti.
Hiilituotteille ja etenkin niin sanotulle huokoiselle hiilelle löytyy käyttöä useissa erilaisissa käyttökohteissa, kuten lämmöneristyksessä (myös erittäin korkeissa lämpötiloissa), — erilaisissa suodattimissa ja katalyyseissä. Katalyysireaktioissa huokoisia hiillettyjä materiaaleja käytetään erityisesti katalyyttien kantaja-aineina niiden suuren ominaispinta- alan vuoksi.
Perinteisesti huokoisia hiilimateriaaleja valmistetaan pääsääntöisesti hitllyttämällä — synteettisiä hartsivaahtoja, kuten polyuretaani- ja fenolihartsivaahtoja. Tällaiset materiaalit ovat epäekologisia ja kalliita valmistaa. Siten tutkimuksessa pyritään löytämään vaihtoehtoisia materiaaleja näille synteettisille aineille. Tunnettua on mm. ligniinin käyttö korvaamaan fenoleita polyuretaanivaahdossa. — Aikaisemmin on pyritty valmistamaan erilaisia bioperäisiä vaahtotuotteita pääosin puhtaista biomatertaalipohjaisista lähtöaineista, kuten tanning, lignin ja furfuraalialkoholi, mutta myös epäpuhtaiden lähtöaineiden käyttöä on tutkittu. Tekniikan tasoa tältä osin 0 edustaa esimerkiksi julkaisu US3894848, jossa on esitetty huokoisen muotoiltavan
N materiaalin valmistaminen lieniinin vesilluoksesta. Menetelmä käsittää lähtöaineen 2 25 — vaahdottamisen ja lämpökäsittelyn muotissa sekä näin saadun huokoisen materiaalin
N hiillyttämisen. Patenttijulkaisussa CN 104945842 A on puolestaan kuvattu vinassi-
E vahvistettu fenolihartsivaahtomateriaali, ja julkaisussa US 4058403 A kuvataan molassilla
D ja ligniimild modifioitu fenoli-aldehydi -hartsi. 8 —
S 30 Hulimateriaaleista on myös tunnettua valmistaa aktiivihiiltä, jonka toiminta perustuu adsorptioon, jolloin aktiivihiili toimii adsorbenttina sitoen pinnalieen tiettyjä molekyylejä joko kaasumaisesta tai nestemäisestä aineesta. Tyypillisesti vaahdotetun hulimateriaalin huokosiin, riippuen tietysti huokoskoosta ja molekyylien koosta, jää molekyylejä kiinni jo pelkästään fyysisen kokonsa vuoksi, jolloin huokoinen materiaali toimii jo sellaisenaan ns. sihtinä. Aktiivihiilen merkittävä ominaisuus on sen erityisen huokoinen rakenne, joka aikaansaa sen suuren ominaispinta-alan ja parantaa samalla aktiivihitlen suodattavia ominaisuuksia.
Aktiivihiilen tehokkaan pinta-alan koko vaihtelee paljon riippuen hiilen aktivointiasteesta ja aktiivihtilen valmistamiseen käytetystä raaka-aineesta. Raaka-aineeksi pyritään valitsemaan materiaali, joka antaa aktiivihiilen tulevaan käyttötarkoitukseen parhaimmat — ominaisuudet. Yleisimpiä käytettyjä aktivihtilen raaka-aineita ovat puu, sahanpuru, turve, kookospähkinän kuoret, kivihiili ja raakaöljyn jätteet. Tyypillisesti valittu raaka-aine murskataan ja tämän jälkeen hiillytetään noin 600—1000 °C lämpötilassa. Hitllytyksen aikana suurin osa hiilivedystä ja osa hiilestä poistuu, jolloin hiilen pinta-ala kasvaa.
Hiilen aktivoinnilla voidaan parantaa hiilen orgaanisten aineiden adsorptiokykyä — kasvattamalla huokosten kokoa ja halkaisijaa. Aktivoinnin aikana hiilen huokosista poistuu eri aineita, jolloin rakenteeseen jää tyhjiä kohtia eli huokosten tilavuus kasvaa. Aktivoinnin seurauksena poistuvat aineet muodostavat hiileen myös täysin uusita huokosia. Aktivoidun hiilen ominaispinta-ala on tyypillisesti 500—1500 m?/g. — Raaka-aineen valinnassa merkittävää on huomioida lopputuotteen tavoiteltu partikkelikoko, huokosten rakenne, kokonaispinta-ala ja ainesosien välillä oleva tyhjä tila sekä tietysti raaka-aineen hinta. Tyypillisesti aktiivihiili on joko hienojakoisena jauheena 0 tai raemaisessa muodossa, mutta myös vaahtomaista aktiivihiiltä on valmistettu.
S i 2 25 Patenttijulkaisu CN 110980731 A kuvaa menetelmän aktivoidun hitlimateriaalin
N valmistamiseksi teollisuuden tislausjätteestä. x a
D Edelleen biomateriaalipohjaisten materiaalien, etenkin kiinteiden ja mahdollisesti
O huokoisten materiaalien, ominaisuuksissa ja etenkin muotoiltavuudessa sekä käytetyissä
S 30 — lähtöaineissa on kehittämisen varaa. Erityisesti ekologisten lähtöaineiden käyttöä tulee tehostaa ja teollisuuden sivutuotteiden hyötykäyttöä lisätä entisestään.
Keksinnön yleinen kuvaus
Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on hyödyntää biomateriaalipohjaisia lähtöaineita kiinteiden, huokoisten, muotoiltujen kappaleiden valmistuksessa.
Etenkin esillä olevan keksinnön tarkoituksena on saada aikaan uudenlainen biomateriaalipohjainen kappale, sekä menetelmä tällaisen kappaleen valmistamiseksi.
Erityisesti tarkoituksena on saada aikaan kiinteä, huokoinen, kappale käyttämällä kustannuksiltaan edullisia lähtöainetta, joilla on kuitenkin tarvittavat fysikaaliset ja — kemialliset ominaisuudet käytön kannalta.
Erityisesti keksinnön tarkoituksena on saada aikaan uudenlainen muotoiltu kappale, jossa voidaan hyödyntää sokeri- ja etanoliteollisuuden sivutuotteita. —Keksinnön tarkoituksena on myös saada aikaan uudenlainen muotoiltava materiaali.
Keksintö perustuu siihen, että käsittelemällä biomateriaalipohjaista lähtöainetta, joka käsittää vinassia ja/tai melassia, keksinnön mukaisella menetelmällä saadaan muodostettua bioperäinen kiinteä kappale. Kappale on myös huokoinen sekä hiillytetty tai huilytetty ja — aktivoitu. Keksinnössä on siis yllättäen keksitty, että näistä sokeri- ja etanoliteolisuuden sivutuotteista pystytään valmistamaan kiinteitä kappaleita, joille löytyy lukuisia käyttökohteita.
S
N Esillä olevan keksinnön mukainen biomateriaalipohjainen lähtöaine käsittää vähintään 10 2 25 — paino-% vinassia ja/tai melassia lähtöaineen kokonaispainosta laskettuna.
N
E Siten, ensimmäisen näkökulman mukaan esillä oleva keksintö koskee kiinteää kappaletta, 2 joka on valmistettu biomateriaalipohjaisesta lähtöaineesta, joka käsittää vähintään 10
O paino-% vinassia ja/tai melassia lähtöaineen kokonaispainosta laskettuna.
S 30
Keksinnön mukaisessa menetelmässä muodostetaan nestemäistä väliainetta sisältävä seos, joka käsittää vähintään 10 paino-% vinassia ja/tai melassia lähtöaineen kokonaispainosta laskettuna. Muotoiltu seos tai siitä muodostettu muotoiltu vaahto saatetaan lämpökäsittelyyn seoksen kovettamiseksi kappaleeksi.
Siten, toisen näkökulman mukaan esillä oleva keksintö koskee menetelmää kiinteän 5 kappaleen valmistamiseksi biomatertaalipohjaisesta lähtöaineesta, jonka menetelmän mukaan - — muodostetaan nestemäistä väliainetta sisältävä lähtöaineen seos, joka sisältää vähintään 10 paino-% vinassia ja/tai melassia lähtöaineen kokonaispainosta laskettuna, ja - muotoiltu seos tai siitä muodostettu muotoiltu vaahto saatetaan lämpökäsittelyyn.
Esitetyllä tavalla saadaan aikaan biomateriaalipohjaisia, huokoisia, kiinteitä kappaleita, joita voidaan käyttää esimerkiksi erilaisissa puhdistuskohteissa, kuten kaasujen ja nesteiden puhdistuksessa tai puhdistimissa, täytekappaleena tai katalyyttien runkoaineena. Keksinnön — mukaisia kappaleita voidaan hyödyntää myös erilaisina rakennusmateriaaleina, kuten laattoina, tiilinä, levyinä tai harkkoina.
Siten, kolmannen näkökulman mukaan esillä oleva keksintö koskee edellä kuvatun kappaleen käyttöä puhdistuskohteissa, edullisesti kaasujen ja nesteiden puhdistuksessa tai — puhdistimissa, täytekappaleen, katalyyttien runkoaineena tai rakennusmateriaalina.
Täsmällisemmin sanottuna keksinnölle on tunnusomaista se, mikä on esitetty itsenäisissä 0 patenttivaatimuksissa. & 2 25 —Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja. Niinpä keksinnöllä saadaan aikaiseksi
N itsensä kantavia monoliittisia, huokoisia, kappaleita. Erityisesti saadaan aikaiseksi
E huokoisia muotoiltuja kappaleita, jotka voivat olla kauttaaltaan hiillytettyjä ja aktivoituja.
D Keksinnön mukaisella hiillytetyllä ja aktivoidulla huokoisella kappaleella on edullisia
O ominaisuuksia, kuten kohtalainen sähkönjohtavuus, pieni lämmönjohtavuus ja alhainen
S 30 — tiheys. Näitä ominaisuuksia voidaan myös muokata monipuolisesti käyttötarkoituksen mukaan. Eristeiden kohdalla voidaan esimerkiksi pyrkiä huonoon lämmönjohtavuuteen pienentämällä tiheyttä ja sähkönjohtavuutta voidaan säätää esimerkiksi lisäämällä vaahtoon metalleja, jotka johtavat paremmin sähköä. Sähkönjohtavuuteen vaikuttaa myös esimerkiksi lämpökäsittelyssä käytetty lämpötila, korkeissa lämpötiloissa tapahtuva lämpökäsittely tyypillisesti parantaa sähkönjohtavuutta. Siten keksinnön mukaisella muotoillulla kappaleella on laajat sovellutusmahdollisuudet.
Sopivimmin keksinnön yhden sovellutusmuodon mukainen vaahdotus tapahtuu normaalipaineessa ja huoneenlämpötilassa. Vaahdotus voidaan kuitenkin tehdä myös ali- tai ylipaineessa, esimerkiksi 0,1 — 10 bar:n absoluuttisessa paineessa. Kun seos vaahdotetaan ilman ulkoista lämmitystä, voidaan paremmin hallita vaahdotusta ja saadaan — tasalaatuisia vaahtokappaleita.
Keksinnössä voidaan tehokkaasti käyttää lähtöaineena biojalostuksen sekä sokeri- ja elintarviketeollisuuden sivutuotteita, jotka ovat huomattavasti halvempia lähtöaineita kuin puhdistetut raaka-aineet. Keksinnön mukaisessa menetelmässä on siten mahdollista — hyödyntää halvempia, puhdistamattomia, lähtöaineita ja näin mahdollistaa myös fraktiointiprosessin sivujakeiden hyödyntäminen. Vinassin ja/tai melassin lisäksi voidaan käyttää hyväksi laajasti erilaisia lignoselluloosa-pohjaisia raaka-aineita, kuten erilaisia kasveja ja niiden osia, sekä erilaisten fraktiointiprosessien sivujakeita sekä turve- ja biokaasulaitosten mädätteitä ja muita biologisesti osittain hajonneita tai käsiteltyjä — materiaaleja. Käytettävät bioperäiset raaka-aineet vähentävät vastaavasti fossiilisten raaka- aineiden tarvetta. Lisäksi keksinnön mukainen tuote on selvästi hiiltä sitova eli hiilidioksidipäästöiltään negatiivinen. Siten, vinassin ja/tai melassin hyödyntäminen 0 mahdollistaa erittäin kilpailukykyisten tuotteiden valmistamisen myös alemman
N hintaluokan tuotteisiin. 2 25
N Keksinnön mukaisella valmistusmenetelmällä on etuna lisäksi ympäristöystävällisyys,
E yksinkertainen teknologia ja alhainen energian kulutus. Energiankulutusta voidaan
D pienentää, kun hyödynnetään eri prosessivaiheissa käytettyjen kaasuvirtojen energiaa
O ottamalla niitä talteen ja hyödyntämällä esimerkiksi esilämmityksessä. Lisäksi
S 30 — vaahdotukseen käytettäviä helposti haihtuvia komponentteja voidaan kierrättää lauhduttamalla ja uudelleen käyttämällä. Hiillyttämisvaiheessa syntyviä haihtuvia jakeita voidaan myös hyödyntää energian lähteenä tai niistä voidaan ottaa lämpöä talteen lauhduttamalla, jolloin myös nämä nestejakeet voidaan hyödyntää muissa prosesseissa.
Lauhtumattomat kaasut voidaan polttaa ja näin tuotettu energia voidaan hyödyntää esimerkiksi prosessissa, lämmityksessä tai sähköntuotannossa.
Keksinnön mukaisella kappaleella on etuna myös sen kierrätettävyys ja uusiokäyttö.
Valmistettu kappale voidaan regeneroida suoraan uudelleen kuumentamalla tai vaihtoehtoisesti murskaamalla, minkä jälkeen sitä voidaan käyttää uuden kappaleen raaka- aineena. Lopuksi hiillytettyä materiaalia voidaan käyttää maanparannusaineena, jolloin sen sisältämä hiili (CO; negatiivinen) saadaan varastoitua pitkäaikaisesti maaperään, tai — vaihtoehtoisesti se voidaan polttaa ja tuottaa näin vihreää energiaa.
Seuraavassa tarkastellaan lähemmin keksinnön edullisia sovellusmuotoja.
Sovellutusmuodot
Esillä oleva keksintö koskee kiinteää kappaletta ja menetelmää sen valmistamiseksi.
Yhden sovellutusmuodon mukaan kyseessä on huokoinen kiinteä kappale. Huokoisuus ilmoittaa ei-kiintedn aineen (huokosten ja nesteen) suhteen aineen kokonaismäärään — (kiinteän ja et-kiinteän). Huokoisuus on verrannollinen sen tiheyteen, huokoisuuden kasvaessa tiheys pienenee ja päinvastoin huokoisuuden pienentyessä tiheys kasvaa. Esillä olevassa keksinnössä huokoisella kappaleella tarkoitetaan kiinteää kappaletta, jonka tiheys
S on alle 1 kg/dnr', edullisesti korkeintaan 0,8 kg/dm”, edullisemmin 0,2 — 0,6 kg/dm”.
O
N Kappaleen tiheys saadaan mittaamalla kappaleen paino ja tilavuus, joiden avulla voidaan
O
3 25 — laskea tiheys (tiheys = paino/tilavuus). Kappaleen paino ja tilavuus voidaan mitata yleisesti
N tunnetuilla menetelmillä, kuten punnitsemalla paino vaa alla ja mittaamalla syrjäytetyn
I
= nesteen määrä upotettaessa kappale nesteeseen, jolloin saadaan selville tiheys. Esillä 2 olevassa hakemuksessa kaikki tiheydet on mitattu vastaavalla menetelmällä, mikäli muuta
O ei ole sanottu.
S
N 30
Valmistettavista tuotteista käytetään seuraavassa yleisesti nimitystä “kappale”. Kyseessä on kolmiulotteinen kappale, jolla on jokin muoto, eli muotoiltu kappale. Kappale voi olla huokoinen. Puhuttaessa ”vaahtokappaleesta” seuraavassa tarkoitetaan nimenomaan vaahdottamalla aikaansaatua huokoista kappaletta. Vaahdotuksen jälkeen huokoinen kappale käsittää lähinnä makrohuokoisia. Tyypillisesti huokosten pienin ulottuvuus on tällöin ainakin 0,01 mm. Mahdollisen aktivoinnin seurauksena kappaleeseen syntyy suuri — määrä mikro- ja mesohuokosia.
Sopivimmin vaahtokappale on kauttaaltaan huokoinen, mikä tarkoittaa, että huokoinen rakenne ulottuu vaahtokappaleen sisältä aina sen pintaan asti. Sopivimmin vaahtokappale on kaasuja läpäisevä.
Esillä olevan keksinnön mukaiset kappaleet ovat ”monoliittisiä”, millä tässä yhteydessä tarkoitetaan, että niiden runkorakenne koostuu kauttaaltaan samasta aineesta, eli kappale on ”yhtä ainetta”.
Kappaleet ovat tyypillisesti mekaanisesti lujia, eli puristuslujuudeltaan yli 0,1 MPa, ja esillä olevan keksinnön mukaisesta biomateriaalipohjaisesta lähtöaineesta on mahdollista valmistaa itsensä kantavia kappaleita. ”Itsensä kantava” tarkoittaa, että niistä voidaan muodostaa tuotteita, kuten suodattimia ja vastaavia kappaleita, jotka eivät tarvitse erillistä runkokerrosta tai -rakennetta.
Esillä olevan keksinnön mukainen biomatertaalipohjainen lähtöaine käsittää vähintään 10 paino-% vinassia ja/tai melassia lähtöaineen kokonaispainosta laskettuna. Edullisen 0 sovellutusmuodon mukaan biomateriaalipohjainen lähtöaine käsittää vähintään 20 paino-
N %, edullisemmin vähintään 30 paino-%, edullisimmin vähintään 50 paino-%, vinassia ja/tai 2 25 — melassia lähtöaineen kokonaispainosta laskettuna. Lähtöaineen kokonaispainolla
N tarkoitetaan kaikkien käytettävien lähtöaineiden muodostaman seoksen kokonaispainoa. x a
D Yhden sovellutusmuodon mukaan biomatertaalipohjainen lähtöaine käsittää 10, 15, 20, 25,
O 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 tai 100 paino-% vinassia ja/tai melassia
S 30 — lähtöaineen kokonaispainosta laskettuna.
Yhden sovellutusmuodon mukaan biomateriaalipohjainen lähtöaine käsittää ainoastaan vinassia ja/tai melassia, edullisesti kuitenkin korkeintaan 90 paino-%, eduliisemmin korkeintaan 80 paino-%, lähtöaineen kokonaispainosta laskettuna.
Yhden sovellutusmuodon mukaan biomateriaalipohjainen lähtöaine käsittää 10 — 90 paino- %, edullisemmin 20 — 80 paino-%, esimerkiksi 30 — 70 paino-%, vinassia ja/tai melassia lähtöaineen kokonaispainosta laskettuna.
Melassi on viskoosinen aine, jota saadaan sivutuotteena jalostettaessa muun muassa sokeriruokoa tai sokerijuurikkaita sokeriksi. Melassia saadaan kuitenkin myös muista kuin sokerikasveista, kuten soijasta. Melassi sisältää suurimmaksi osaksi sokeria sekä lisäksi vettä ja esimerkiksi useita mineraaleja ja vitamiineja. Sokerimäärä vaihtelee esimerkiksi uuttomenetelmän ja raaka-aineena käytetyn kasvin jän mukaan. Melassi sisältää vettä tyypillisesti noin 20 paino-% melassin kokonaispainosta laskettuna. Melassin viskositeetti voidaan säätää halutulle tasolle joko lisäämällä vettä tat dehydraamalla sitä pois. Kuiva- — ainepitoisuuden lisäksi melassin viskositeettiin vaikuttaa etenkin lämpötila.
Edullisesti melassia käytetään esillä olevassa keksinnössä sellaisenaan, eli noin vesipitoisuudessa 20 paino-%, ilman erillistä viskositeettiin liittyvää esikäsittelyä. — Vinassi on melassin fermentoinnin nestemäinen sivutuote eli fermentoinnin jäljelle jäävä nestejae, sen kiintoainepitoisuuden ollessa alle 10 päino-%. Sitä syntyy myös esimerkiksi käytettäessä olkea tai puuta bioetanolin valmistuksessa. Vinassia käytetäänkin tyypillisesti 0 osittain dehydrattuna, jolloin sen viskositeetti saadaan käytön kannalta sopivalle tasolle.
N Vinassilla on korkea mineraaliravinteiden ja orgaanisten aineiden pitoisuus. Edullisen i 2 25 — sovellutusmuodon mukaan esillä olevassa keksinnössä käytettävä vinassi konsentroidaan
N vesipitoisuuteen, joka on edullisesti alle 50 paino-%, edullisemmin alle 40 paino-%,
E etenkin alle 20 paino-%, esimerkiksi 10-20 paino-%. 2
O Siten, yhden sovellutusmuodon mukaan lähtöaineena on vinassia, joka on konsentroitu alle
S 30 — 40 paino-% vesipitoisuuteen.
Yhden sovellutusmuodon mukaan konsentrointi voidaan suorittaa millä tahansa tunnetulla konsentrointimenetelmällä, edullisesti se kuitenkin tehdään ultra- tai nanosuodatuksella tai haihduttamalla, tai jollain näiden yhdistelmällä.
Siten edullisen sovellutusmuodon mukaan esillä oleva keksintö koskee kiinteää, huokoista, kappaletta, joka on valmistettu biomateriaalipohjaisesta lähtöaineesta, joka käsittää vähintään 10 paino-% vinassia ja/tai melassia lähtöaineen kokonaispainosta laskettuna.
Yhden sovellutusmuodon mukaan lähtöaine käsittää sekä vinassia että melassia. Toisen sovellutusmuodon mukaan lähtöaine käsittää vain jompaakumpaa näistä.
Yhden sovellutusmuodon mukaan lähtöaine käsittää vinassia ja melassia suhteessa 10:1 — 1:10, esimerkiksi 1:1.
Yhden sovellutusmuodon mukaan esillä olevassa keksinnössä käytettävä — biomateriaalipohjainen lähtöaine käsittää lisäksi nestemäistä väliainetta, edullisesti vettä, orgaanista liuosta tai ionista liuosta tai kahden tai useamman näiden seosta. Lähtöaineen sisältämä nestemäinen väliaine voi tulla jonkin toisen käytetyn lähtöaineen, kuten vinassin ja/tai melassin mukana, ja/tai nestemäistä väliainetta voidaan lisätä erikseen. — Yhden sovellutusmuodon mukaan esillä olevassa keksinnössä käytettävä biomateriaalipohjaisena lähtöaine käsittää vinassin ja/tai melassin lisäksi myös muita biomateriaalipohjaisia materiaaleja. Yhden sovellutusmuodon mukaan lähtöaine käsittää 0 biomassan termisessä tai kemiallisessa fraktioinnissa syntyviä korkean moolimassan
N jakeita (moolimassa yli 500 g/mol). Tällaisia korkean moolimassan jakeita ovat 2 25 — esimerkiksi ligniini, tanniini ja pyrolyysin raskaat ”tervat”, jotka ovat pääasiassa ligniinin
N ja tanniinin vähän hajonneita yhdisteitä. x a
D Seokseen voidaan myös lisätä komponentteja, jotka esimerkiksi muokkaavat lopputuotteen
O ominaisuuksia käyttökohteen mukaan.
S 30
Yhden sovellutusmuodon mukaan näitä komponentteja lisätään ennen mahdollista vaahdotusta. Toisen sovellutusmuodon mukaan näitä komponentteja voidaan lisätä myös missä tahansa muussa menetelmän vaiheessa, kuten ennen kuivausta tai hiiltämistä, tai useammassa eri vaiheessa.
Etenkin esillä oleva keksintö mahdollistaa laajasti erilaisten teollisuuden sivujakeiden ja —puhdistamaitomien raaka-aineiden hyödyntämisen. Keksinnössä voidaan käyttää hyväksi monipuolisesti esimerkiksi Henoselluloosa-pohjaisia raaka-aineita, kuten kasveja ja niiden osia sekä erilaisten fraktiointiprosessien stvujakeita. Käytettävät bioperäiset raaka-aineet vähentävät vastaavasti fossiilisten raaka-aineiden tarvetta ja pienentävät tuotteen hiilidioksidijalanjälkeä.
Yhden sovellutusmuodon mukaan esillä olevan keksinnön mukainen lähtöaine käsittää korkean moolimassan jakeita 10 — 80 paino-%, edullisesti vähintään 20 paino-%, esimerkiksi 20 — 50 paino-%, lähtöaineen kokonaispainosta laskettuna. Edullisesti lähtöaine käsittää korkean moolimassan jakeita nimenomaan seoksena, koska esillä — olevassa keksinnössä niitä on mahdollista hyödyntää ilman erillistä erottelua, eli ne voivat olla seoksina, jotka sisältävät myös epäpuhtauksia.
Yhden sovellutusmuodon mukaan korkean moolimassan jakeena käytetään hydrolyysiligniiniä, joka voi mahdollisesti sisältää myös epäpuhtauksia.
Hydrolyysiligniinin ligniinipitoisuus voi olla esimerkiksi 50 — 90 paino-%, esimerkiksi 60 — 80 paino-%. Mahdolliset hydrolyysiligniinin sisältämät epäpuhtaudet voivat käsittää esimerkiksi selluloosaa, hemiselluloosaa ja/tai tanniinia. ™
N Yhdessä sovelluksessa lisätään seokseen yhteen tai useampaan seuraavista ryhmistä 2 25 — kuuluva aine tai aineita:
N - — valmistettavien kappaleiden mekaanisia ominaisuuksia muokkaava aine (etenkin
E niiden lujuutta kasvattavia aineita),
D - valmistettavien kappaleiden palon- ja lahonkesto-ominaisuuksia muokkaava aine,
LO katalyytti, =
S 30 - tai valmistettavissa kappaleissa insektisidinä toimiva aine.
Yhden sovellutusmuodon mukaan lähtöaine käsittää myös muita apuaineita, kuten pinta-
aktiivista ainetta, ristisilloittajan tai katalyytin tai kahden tai useamman näiden seoksen.
Tyypillisesti lähtöaine voi käsittää apuaineita esimerkiksi 0.01 — 25 paino-%, edullisesti 0.1 — 10 paino-%, lähtöaineen kokonaispainosta laskettuna.
Yhden sovellutusmuodon mukaan lähtöaine käsittää myös täyteainetta. Edullisesti, täyteaineena käytetään kierrätettyä jauhemaista biohiilimateriaalia tai pelkistettyä hiiltä.
Suuria määriä kierrätyshiiltä syntyy ja tulee jatkossa syntymään vain suurempia määriä.
Tulevaisuudessa tullaan tuottamaan myös suuria määriä vetyä, jonka sivutuotteena syntyy moninkertainen määrä hiiltä, jolle tulisi löytää hyötykäyttöä. Esillä olevassa keksinnössä — on yllättäen havaittu, että tällaista kierrätyshiiltä voidaan hyödyntää esillä olevan keksinnön mukaisissa kiinteissä kappaleissa täyteaineena.
Siten, edullisen sovellutusmuodon mukaan esillä olevassa keksinnössä mahdollisesti hyödynnettävä pelkistetty hiili on valmistettu elektrolyysillä pelkistämällä, esimerkiksi — vedyn tuotannossa metaanista tai muusta vastaavasta lähtöaineesta, tai esimerkiksi hiilidioksidin hajotuksessa.
Yhden sovellutusmuodon mukaan lähtöaine käsittää täyteainetta, edullisesti pelkistettyä hiiltä, 1 — 50 paino-%, edullisesti 5 — 30 paino-%, edullisemmin 10 — 20 paino-%, — lähtöaineen kokonaispainosta laskettuna.
Esillä olevan keksinnön mukainen huokoinen kappale on muotoiltu ja kovetettu ennalta 0 määrättyyn muotoon, edullisesti muotin avulla. Esillä olevassa keksinnössä muotilla
N tarkoitetaan onttoa astiaa, jonka tehtävänä on antaa muottiin asetettavalle seokselle tai 2 25 — vaahdolle jokin ennalta määrätty muoto. Etenkin esillä olevassa keksinnössä käytettävä
N muotti antaa valmistettavalle kappaleelle sopivan pinnan muodon, mutta sillä voidaan
E vaikuttaa myös kappaleen pinnan muihin ominaisuuksiin, kuten sileyteen. Muotin avulla
D kappaleen pintaan voidaan myös luoda erilaista kuviointia ja/tai tekstuuria. 8
S 30 — Lisäksi esillä olevassa keksinnössä käytettävän muotin tulee olla sellainen, että muotoiltu kappale voidaan irrottaa siitä ehjänä. Muotoiltu kappale voidaan irrottaa muotista missä tahansa lämpökäsittelyn jälkeisessä menetelmän vaiheessa. Edullisen sovellutusmuodon mukaan muotti on suljettava. Muotti voi kuitenkin olla myös avoin.
Muotin materiaalia ei ole mitenkään rajattu, kunhan materiaali kestää menetelmässä käytettäviä lämpötiloja ja/tai kemikaaleja. Edullisen sovellutusmuodon mukaan muotti on — alumiinia, terästä, keraamia tai lasia, tai kahden tai useamman näiden seosta.
Yhden sovellutusmuodon mukaan esillä olevan keksinnön mukainen kappale on lisäksi hiillytetty ja valinnaisesti aktivoitu. Hiillytyksen aikana suurin osa vedystä (esimerkiksi hiilivetynä) ja hapesta ja osa hiilestä poistuu, jolloin hiilen pinta-ala kasvaa. Hiilen — aktivoinnilla voidaan edelleen kasvattaa huokosten kokoa ja halkaisijaa, eli kappaleen ominaispinta-alaa. Hiillytys- ja aktivointi myös lisäävät kappaleen, etenkin vaahtokappaleen, mekaanista kestävyyttä.
Esillä olevan keksinnön mukaisen kappaleen hiilipitoisuus riippuu käytetystä lähtöaineesta — sekä kappaleen hiillyttämisessä käytetystä lämpötilasta. Yhden sovellutusmuodon mukaan valmiin kappaleen hiilipitoisuus on 50-100 paino-%, edullisesti 75-100 paino-%, esimerkiksi 80-98 paino-%, vaimiin kappaleen painosta.
Keksinnön mukaisen kappaleen tiheys on alle 1 kg/dm, edullisesti korkeintaan 0,8 kg/dm? — edullisemmin 0,2 — 0,6 kg/dm. Keksinnön mukainen kappale on siis huokoinen.
Yhden sovellutusmuodon mukaan keksinnön mukaisen kappaleen tiheys on 20-950 g/dm”, 0 edullisesti 50-500 g/dm? ja puristuslujuus on noin 0,07-7 MPa, edullisesti noin 0,1-1,0 & MPa. 2 25
N Etenkin esillä olevan keksinnön mukainen vaahtokappale on aina huokoinen. Edullisen
E sovellutusmuodon mukaan vaahtokappaleen tiheys on 0,1 — 0,8 kg/dm, edullisesti 2 korkeintaan 0,2 — 0,6 kg/dm, esimerkiksi 0,3 — 0,5 kg/dm". 8
S 30 — Yhden sovellutusmuodon mukaan keksinnön mukaisen kappaleen ominaispinta-ala on yli 300 m?/g, edullisesti 500-2500 m?/g, edullisemmin 600-1200 m?/g. Ominaispinta-ala voidaan mitata BET-menetelmällä (Brunauer, Emmet & Teller).
Esillä oleva keksintö koskee myös menetelmää keksinnön mukaisen kiinteän kappaleen valmistamiseksi.
Menetelmässä muodostetaan lähtöaineen seos, ja muotoiltu seos tai sittä muodostettu muotoiltu vaahto saatetaan lämpökäsittelyyn. Edullisen soveilutusmuodon mukaan muodostetaan nimenomaan nestemäistä väliainetta sisältävä seos. Lähtöaineen sisältämä nestemäinen väliaine voi tulla jonkin toisen käytetyn lähtöaineen, kuten vinassin ja/tai melassin mukana, ja/tai nestemäistä väliainetta voidaan lisätä erikseen.
Lähtöaineen seoksen sisältämä nestemäinen väliaine toimii seoksessa vaahdottajana.
Yhden sovellutusmuodon mukaan nestemäinen väliaine on vettä. Toisen sovellutusmuodon mukaan nestemäinen väliaine voi olla esimerkiksi orgaaninen liuos, kuten alkoholi, tai ioninen huos. Nestemäinen väliaine voi olla myös useamman eri nesteen seos. Käyttämällä — nestemäistä väliainetta, jolla on alhainen kiehumispiste (alle 100 °C), voidaan pienentää vaahdon kovetukseen tarvittavaa energiaa.
Yhden sovellutusmuodon mukaan vaahdotukseen käytetty nestemäinen väliaine voidaan kerätä talteen ja kierrättää käytettäväksi uudelleen.
Siten, yhden sovellutusmuodon mukaan esillä olevan keksintö koskee menetelmää kiinteiden, huokoisten, kappaleiden valmistamiseksi biomateriaalipohjaisesta lähtöaineesta, @ jonka menetelmän mukaan
N - muodostetaan nestemäistä väliainetta sisältävä lähtöaineen seos, joka sisältää 2 25 vähintään 10 paino-% vinassia ja/tai melassia, ja
N - muotoiltu seos tai siitä muodostettu muotoiltu vaahto saatetaan iämpökäsittelyyn. x a
D Menetelmän ensimmäisessä vaiheessa muodostetaan siis lähtöaineen seos, joka sisältää
O vähintään 10 paino-% vinassia ja/tai melassia lähtöaineen kokonaispainosta laskettuna.
S 30 — Edullisesti seos muodostetaan yksinkertaisesti mekaanisesti sekoittamalla halutut aineet keskenään.
Seuraavassa vaiheessa seos tat siitä muodostettu vaahto muotoillaan ja lämpökäsitellään muotoillun kappaleen aikaansaamiseksi.
Yhden sovellutusmuodon mukaan seoksen mahdoilinen vaahdotus, muotoilu ja lämpökäsittely voidaan suorittaa heti seoksen valmistamisen jälkeen tai seos voidaan välissä varastoida. Siten seosta voidaan säilyttää ja kuljettaa pitkiäkin aikoja ennen sen käyttöä kiinteän kappaleen valmistamiseen. Seosta voidaan säilyttää esimerkiksi pakkasessa. — Yhden sovellutusmuodon mukaan, mikäli seoksen muodostamisen ja lämpökäsittelyn välillä pidetään taukoa, mahdollinen seoksen tai vaahdon kovettumista edistävä katalyytti, kuten rikkihappo, lisätään seokseen vasta juuri ennen lämpökäsittelyä.
Edullisesti seos tai sitä muodostettu vaahto muotoillaan eli saatetaan ennalta määrättyyn — muotoon muotin avulla. Muotin avuila valmistettava kappale saa selkeän muodon, kuten kuutio, kartio, Heriö, pallo tai mikä tahansa muu ennalta määrätty muoto. Lisäksi muotilla voidaan antaa kappaleelle jokin kuviointi tai tekstuuri.
Edullisen sovellutusmuodon mukaan seoksen tai vaahdon käsittely suoritetaan kokonaan — muotissa.
Yhden sovellutusmuodon mukaan lähtöaineen seos asetetaan muottiin ja lämpökäsitellään, 0 jolloin muodostuu kiinteä muotoiltu kappale.
O
N
I
— 25 —Foisen sovellutusmuodon mukaan lähtöaineen seos vaahdotetaan ja lämpökäsitellään
N muotissa. Seos voidaan vaahdottaa sen ollessa muotissa tai seos voidaan vaahdottaa ennen = sen järjestämistä muottiin. Edullisesti, lähtöaineen seos vaahdotetaan ennen sen
D järjestämistä muottiin, jolloin muotti saadaan täytettyä huolellisesti täyteen ja
O vaahdotetusta kappaleesta saadaan juuri muotin muotoinen. Muotti voi olla lämmitettävä =
O 30 — vaahdon kiinteytymisen edistämiseksi, kuten alla selostetaan.
Seos voidaan vaahdottaa millä tahansa yleisesti tunnetulla vaahdotusmenetelmäilä, kuten kuumentamalla, mekaanisesti sekoittamalla, puhalluskaasuprosessilla tai suolaliuosprosessilla. Edullisesti seos vaahdotetaan mekaanisesti sekoittamalla tai kemiallisesti. Kemiallisessa vaahdottamisessa voidaan käyttää esimerkiksi natriumkarbonaattia tai kaliumkarbonaattia, jotka hajotessaan tuottavat hiilidioksidia ja, joiden alkaliosa toimii samalla aktivoinnin apuaineena. Vaahdotus voidaan suorittaa esimerkiksi sekoitussäiliössä.
Vaahdotuksen edistämiseksi seokseen voidaan lisätä vaahdotusainetta, kuten pinta- aktiivista ainetta, kuten polysorbaattia, esim. noin 0,1—10 paino-% seoksen — kokonaispainosta laskettuna.
Edullisen sovellutusmuodon mukaan vaahdotus suoritetaan normaalipaineessa tai pienessä ylipaineessa, esimerkiksi 1,01-10 bar:n absoluuttisessa paineessa. Vaahdotuslämpötila on edullisesti yli 20 °C, mutta alle 100 °C. Reaktio on eksoterminen eli ilman kuumentamista — vaahdotus on paremmin hallittavissa ja kappaleen muovaaminen on helpompaa.
Edellä kuvatun mukaisesti muotoiltu seos tai vaahto saatetaan lämpökäsittelyyn.
Muodostettu seos tai vaahto lämpökäsiteHään miedossa lämpötilassa, eli alle 500 ”C:ssa, seoksen tai vaahdon lujittamiseksi. EduHisessa sovelluksessa lämpökäsittely suoritetaan — kokonaan vaahdon edelleen ollessa muotissa. Lämpökäsitteiy voidaan kuitenkin myös suorittaa loppuun erillisessä uunissa, kun materiaali on lojittunut riittävästi. 0 Yhden sovellutusmuodon mukaan materiaali voidaan myös vaihtaa muotista toiseen
N lämpökäsittelyn aikana, ennen kuin kappale on täysin kovettunut, jolloin kappale saakin 2 25 — uuden muodon.
N
E Lämpökäsittely suoritetaan lämmittämällä seos tai vaahto sopivaan lämpötilaan ja
D pitämällä sitä siinä sopivan ajan, kuten 10 — 300 minuuttia, edullisesti 30 — 150 minuuttia,
O lähtöaineseoksen koostumuksen mukaan. Eduilisesti seos tai vaahto lämpökäsitellään
S 30 — korkeintaan 300 °C ssa, esimerkiksi 50-300 C:ssa, edullisesti 830-250 C:ssa, seoksen tai vaahdon lujittamiseksi. Tavallisesti lämpökäsittely suoritetaan normaali-ilmanpaineessa (noin 1 bar:n paineessa), mutta on tietenkin mahdollista suorittaa se myös ali- tai ylipaineessa, esim. noin 0,01—10 bar:n absoluuttisessa paineessa.
Yhden sovellutusmuodon mukaan lämpökäsitelty kiinteä kappale voidaan edelleen hiillyttää ja valinnaisesti aktivoida. Tyypillisesti kappale pidetään muotissa myös — hiillyttämisen ja aktivoinnin ajan, jos muotti on sellainen, että hiillytyksen ja aktivoinnin aikana vapautuvat kaasut pystyvät vapaasti kulkemaan siinä.
Toisessa, edullisessa, sovellutusmuodossa lämpökäsitelty kappale viedään suoraan, sen lämpötilaa olennaisesti laskematta, seuraavaan prosessivaiheeseen, jossa se hiilletään ja — valinnaisesti aktivoidaan.
Yhden sovellutusmuodon mukaan lämpökäsitelty kappale hiillytetään inertissä, hapettomassa, kaasuatmosfäärissä korkeintaan 1500 °C lämpötilassa, edullisesti 500—1200 °C lämpötilassa, edullisemmin 600—1000 °C lämpötilassa. Edullisesti kappaleen lämpötila — nostetaan hitaasti hiillytyslämpötilaan. Yhden sovellutusmuodon mukaan sopiva lämmitysnopeus on noin 1-120 °C/minuutti, etenkin lämpötilaa nostetaan lämpökäsittelyastiassa noin 5-50 *C/minuutti, esimerkiksi noin 10-30 °C/minuutti.
Hiillyttämisessä käytettävä inertti kaasufaasi voi sisältää mitä tahansa kaasuja, jotka ovat — olennaisesti inerttejä hiillyttämisen olosuhteissa. Esimerkkeinä tällaisista kaasuista mainittakoon typpi, helium, hiilidioksidi ja argon sekä niiden seokset.
N
IN Hiillyttaminen voidaan suorittaa suljettavassa reaktorissa tai uunissa. Tyypillisesti tällainen
O reaktori tai uuni toimit lähellä ilmanpainetta tai pienessä ylipaineessä.
S 25 z Yhden sovellutusmuodon mukaan hiillytetty kappale viedään suoraan, sen lämpötilaa > olennaisesti laskematta, seuraavaan mahdolliseen prosessivaiheeseen, jossa se aktivoidaan
D hiillytetyn kappaleen ominaispinta-alan kasvattamiseksi edelleen.
S s 30 — Yhden sovellutusmuodon mukaan kappale aktivoidaan kemiallisesti. Edullisesti kemiallinen aktivointi tapahtuu kuumentamalla aktivointikemikaaletlla käsitelty materiaali 400-800 °C:n lämpötilaan. Aktivointikemikaalien avulla materiaalista pyritään poistamaan kosteutta. Aktivointikemikaaleina voidaan käyttää esimerkiksi aikalisuoloja, fosforihappoa, sinkkikloridia tai rikkihappoa tai kahden tai useamman näistä seosta.
Toisen sovellutusmuodon mukaan kappale aktivoidaan fysikaalisesti, jolloin hiili — aktivoidaan kaasun avulla noin 700—1100 PC:n lämpötilassa. Käytettävä kaasu voi olla estmerkiksi vesihöyry, hiilidioksidi tai näiden seos. Aktivoinnin eksotermisten reaktioiden seurauksena materiaalista poistuu vetyä, hiilimonoksidia ja hiilidioksidia.
Eduliisen sovellutusmuodon mukaan hiillytetty kappale edelleen aktivoidaan — hulidioksidilla, vesihöyryllä tai nuden seoksella yli 500 °C lämpötilassa, edullisesti 600— 900 °C lämpötilassa, jolloin hiilen ominaispinta-ala on yli 300 m”/g, edullisesti 500-2500 m?/g, edullisemmin 600-1200 m?/g. Erityisen edullisesti kappale aktivoidaan vesihöyryllä.
Tällöin aktivoidun kappaleen ulkoisesta adsorptiopinta-alasta tulee suuri ja rakenteesta pienihuokoista, jolloin kappale käsittää pääosin mikrohuokosia (alle 2 nm:n huokosia) ja — vastaavasti mesohuokosia (2-50 nm:n huokosia).
Yhden sovellutusmuodon mukaan menetelmällä valmistettu kappale voidaan pestä mahdollisten epäorgaanisten materiaalien vähentämiseksi. Pesu voidaan suorittaa esimerkiksi vedellä, vesipitoisilla hapoilla, emäksillä tai jollain muulla liuoksella, etenkin — vesipitoiseila liuoksella. Kappale voidaan tämän jälkeen valinnaisesti kuivata yleisesti tunnetuilla kuivausmenetelmillä. e Edullisen sovellutusmuodon mukaan esillä olevan keksinnön mukaisen kiinteä kappale
N valmistetaan jatkuvatoimisella prosessilla. Termillä ”jatkuvatoiminen” tarkoitetaan esillä 2 25 — olevan keksinnön yhteydessä menetelmää, jossa valmistettavat kappaleet ovat jatkuvassa
N liikkeessä siirtyen vaiheesta toiseen tai, jossa valmistettavat kappaleet siirtyvät suoraan
E seuraavaan meneteimävaiheeseen ilman varastointia vaiheiden välillä. Tällainen
D jatkuvatoiminen prosessi voidaan toteuttaa esimerkiksi tunneliuunin avulla, joka
O tunneliuuni koostuu mahdollisesti useammasta uunivyöhykkeestä. Edullisesti kappaleet
S 30 — siirtyvät mahdoliisesta useammasta uunivyöhykkeestä toiseen joutumatta vaiheiden välillä tekemisiin ulkopuolisen ympäristön kanssa. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että menetelmässä käytettävässä uunikokonaisuudessa on syöttö ja ulostulo, joiden välillä kappale litkkun eteenpäin vaiheesta toiseen ilman erillisiä toimenpiteitä.
Esillä oleva keksintö koskee myös esillä olevan keksinnön mukaisen kiinteän kappaleen käyttöä. Erityisesti kappale sopii käytettäväksi puhdistuskohteissa, kuten kaasujen ja nesteiden puhdistuksessa tai puhdistimissa, täytekappaleen tai katalvyttien runkoaineena.
Yhden sovellutusmuodon mukaan keksinnön mukaiseen menetelmään voidaan yhdistää tehokas energiankäyttö, kun hyödynnetään eri prosessivaiheissa käytettyjen kaasuvirtojen energiaa.
Yhden sovelluksen mukaan keksinnön mukaisen menetelmän hiillyttämisvaiheessa syntyvät haihtuvat jakeet lauhdutetaan, jolloin niistä saadaan otettua lämpöenergiaa talteen.
Samalla muodostuu nestejakeita, joita voidaan hyödyntää muissa prosesseissa. Nestejakeet voidaan ottaa talteen tai polttaa.
Foisen sovelluksen, joka voidaan yhdistää myös edelliseen, mukaan hiillyttämisvaiheessa haihtuvat jakeet sekä edellisessä sovelluksessa mahdollisesti lauhtumattomat kaasut poltetaan energian tuottamiseksi. Syntynyt energia voidaan hyödyntää esimerkiksi prosessissa, lämmityksessä tai sähköntuotannossa.
Yhden sovellutusmuodon mukaan talteen otettavaa lämpöenergiaa voidaan hyödyntää prosessin sisäisessä lämmityksessä eli esimerkiksi raaka-aineiden tai rakennuksen 0 lämmityksessä. Toisen sovellutusmuodon mukaan lämpöenergiaa voidaan myydä
N
O koa
N ulkopuolisille tahoille.
I
O
2 25 = . :
N Esimerkit
I a a
D Esimerkki 1
O
LO
LO
TU o 30 — Ensin muodostetaan nestemäistä väliainetta sisältävä lähtöaineen seos. Yhtenä lähtöaineena käytetään vinassia, joka on konsentroitu ultrasuodatuksella 12 paino-% vesipitoisuuteen.
Lähtöaineen seos muodostetaan sekoittamalla keskenään 60 paino-% konsentroitua vinassia, 30 paino-% hydrolyysiligniimiä (ligniinipitoisuus 80 paino-%, loput epäpuhtauksia, kuten selluloosaa, hemiselluloosaa sekä epäorgaanisia suoloja) sekä 0,2 paino-% ristisilloittumista parantavia komponentteja. Ennen kuin seos siirretään lämpökäsittelyyn, siihen lisätään myös 2,5 paino-% rikkihappoa. Loput seoksesta on vettä.
Seuraavaksi muodostettu seos järjestetään muottiin, jolla on haluttu muoto, ja täytetty muotti saatetaan lämpökäsittelyyn eli kovetusvaiheeseen, jossa kappale saa pysyvän muodon. Lämpökäsittely suoritetaan uunissa 175 °C lämpötilassa, normaalissa ilman paineessa, pitämällä seosta siellä 100 minuuttia. Saatu muotoiltu kiinteä kappale saatetaan — muotissa hiullytys- ja aktivointikäsittelyyn. Hiillytys suoritetaan hapettomassa kaasuatmosfäärissä 800 C:ssa, 30 minuutin ajan. Hiillytetty kappale aktivoidaan hiilidioksidilla 800 °C:ssa, 120 minuutin ajan.
Esimerkki 2
Ensin muodostetaan nestemäistä väliainetta sisältävä lähtöaineen seos. Seos muodostetaan sekoittamalla keskenään 60 paino-% melassia (vesipitoisuus 25 paino-%), 20 paino-% lignosulfonaattia, 1,0 paino-% ristisilloitusainetta, 2 paino-% pinta-aktiivista ainetta (polyoksietyleenisorbitaanitrioleaatti, Tween 85), 10 paino-% furfuraalia ja 4 paino-% — rikkihappoa. Loput seoksesta on vettä.
Seuraavaksi muodostettu seos järjestetään muottiin, jolla on haluttu muoto, ja täytetty 0 muotti saatetaan lämpökäsittelyyn eli kovetusvaiheeseen, jossa kappale saa pysyvän
N muodon. Lämpökäsittely suoritetaan uunissa 190 °C lämpötilassa, 100 Pa ylipaineessa, 2 25 — pitämällä seosta siellä 90 minuuttia. Saatu muotoiltu kappale saatetaan ilman muottia
N hiiliytys- ja aktivointikäsittelyyn. Hiillytys suoritetaan hapettomassa kaasuatmosfäärissä
E 800 *C:ssa, 15 minuutin ajan. Hiillytetty kappale aktivoidaan hiilidioksidilla 800 *C,180 2 minuutin ajan. 8
N . e 30 — Esimerkki 3
Ensin muodostetaan nestemäistä väliainetta sisältävä lähtöaineen seos. Lähtöaineen seos muodostetaan sekoittamalia ensin keskenään melassia (vesipitoisuus 25 paino-%), lignosulfanaatti ja kraft-ligniini. Näiden seokseen lisätään rikkihappoa ja pinta-aktiivista ainetta, minkä jälkeen sekoitetaan voimakkaasti noin 2 minuuttia seoksen vaahdottamiseksi. Lähtöaineen seos käsittää tällöin 50 paino-% melassia (vesipitoisuus 25 paino-%), 30 paino-% lignosulfonaattia, 10 paino-% kraft-ligniiniä, S paino-% rikkihappoa ja 5 paino-% pinta-aktiivista ainetta.
Seuraavaksi muodostettu mekaanisesti sekoittamalla vaahdotettu seos järjestetään muottiin, jolla on haluttu muoto, ja täytetty muotti saatetaan lämpökäsittelyyn eli kovetusvaiheeseen, — jossa kappale saa pysyvän muodon. Lämpökäsittely suoritetaan uunissa 175 °C lämpötilassa, normaalissa ilman paineessa, pitämällä seosta siellä 180 minuuttia.
Teollinen käyttökelpoisuus —Keksinnön mukaista kiinteää, mahdollisesti huokoista, kappaletta voidaan hyödyntää yleisesti laajasti teollisuuden eri käyttötarkoituksiin. Tuotettua, etenkin huokoista, kappaletta voidaan käyttää mm. erilaisissa puhdistuskohteissa, kuten kaasujen ja nesteiden puhdistuksessa, sekä puhdistimissa ja suodattimissa, kuten autojen raitisilmasuodattimissa. — Muita käyttökohteita keksinnön mukaiselle kappaleelle ovat esimerkiksi käyttö täytekappaleena, katalyyttien runkoaineena, kaasujen varastointimateriaalina ja elektrodina. Lisäksi kappaleet soveltuvat käytettäväksi myös rakennusmateriaaleina, kuten
Q laattoina (sisä- ja ulkokäyttö), eristeinä, titling, harkkoina, levyinä ja sisustusmateriaaleina.
N Kappaleita voidaan käyttää myös pinta- tai rankomateriaaleina erilaisissa kulkuneuvoissa 2 25 — kuten autoissa, veneissä, laivoissa tai lentokoneissa. Kappaleet soveltuvat myös erilaisiin
J hygieniatiloihin, koska ne kestävät hyvin esimerkiksi erilaisia Huottimia, alkaaleja,
E happoja, ja kappaleet on mahdollista myös pinnoittaa antibakteerisesti. Myös käyttö tutkan 2 näkymättömänä materiaalina on mahdollista. 8
N
S 30 —Keksintöä ei ole tarkoitus rajoittaa vila esimerkin omaisesti esitettyihin sovellutusmuotoihin, vaan se on päinvastoin tarkoitus voida laajasti tulkita jäljempänä esitettyjen patentiivaatimusten määrittelemän suojapurin puitteissa.
Viitejulkaisut
Patenttikirjallisuus
DE2156131 Al
CN111589424 A 183894848 ™
N
O
N
O
+
N
I a a o
O
LO
LO
N
O
N
Claims (17)
1. Kiinteä huokoinen ja hiillytetty kappale, jonka tiheys on alle 1 kg/dm ja, joka on valmistettu biomateriaalipohjaisesta lähtöaineesta, joka käsittää vähintään 10 paino-% vinassia ja/tai melassia lähtöaineen kokonaispainosta laskettuna.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kappale, jossa lähtöaineena on vinassia, joka on konsentroitu alle 40 paino-% vesipitoisuuteen.
3. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kappale, jonka lähtöaine käsittää lisäksi nestemäistä väliainetta, edullisesti vettä, orgaanista liuosta tai ionista liuosta tai kahden tai useamman näiden seosta.
4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kappale, jonka lähtöaine käsittää lisäksi biomassan termisessä tai kemiallisessa fraktioinnissa syntyviä korkean moolimassan jakeita, edullisestiligniiniä tai tanniinia tai näiden seosta.
5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kappale, jonka lähtöaine käsittää lisäksi apuaineita, edullisesti pinta-aktiivista ainetta, ristisilloittajan tai katalyytin tai kahden tai useamman näiden seoksen.
6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kappale, jonka lähtöaine käsittää lisäksi täyteainetta, edullisesti jauhemaista kierrätettyä biohiilimateriaalia ja/tai pelkistettyä N O hiiltä, edullisesti lähtöaine käsittää täyteainetta 1-50 paino-%, edullisemmin 10 — 40 + paino-%, lähtöaineen kokonaispainosta laskettuna. N O z 7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kappale, jonka ominaispinta-ala on yli a 300 m?/g, edullisesti 500-2500 m*/g, edullisemmin 600-1200 m?/g. O LO
= 8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kappale, joka on huokoinen, jolloin sen
O . . . . N tiheys on korkeintaan 0,8 kg/dm", edullisemmin 0,2 — 0,6 kg/dm”.
9. Menetelmä kiinteän huokoisen ja hiillytetyn kappaleen valmistamiseksi biomateriaalipohjaisesta lähtöaineesta, jonka menetelmän mukaan - muodostetaan nestemäistä väliainetta sisältävä lähtöaineen seos, joka sisältää vähintään 10 paino-% vinassia ja/tai melassia lähtöaineen kokonaispainosta laskettuna, ja - — seoksesta muodostettu muotoiltu vaahto saatetaan lämpökäsittelyyn, jolloin kappaleen tiheys on alle 1 kg/dm'.
10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, joka on suoritettu jatkuvatoimisella prosessilla.
11. Patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen menetelmä, jossa vaahto saatetaan ennalta määrättyyn muotoon muotin avulla, edullisesti vaahdon käsittely suoritetaan kokonaan muotissa.
12. Jonkin patenttivaatimuksen 9-11 mukainen menetelmä, jossa vaahto lämpökäsitellään korkeintaan 300 °C:ssa, edullisesti 50-300 *C:ssa, edullisemmin 80-250 °C:ssa, seoksen tai vaahdon lujittamiseksi.
13. Jonkin patenttivaatimuksen 9-12 mukainen menetelmä, jossa lämpökäsitelty kappale hiillytetään hapettomassa kaasuatmosfäärissä korkeintaan 1500 *C:n lämpötilassa, edullisesti 500-1200 *C:n lämpötilassa, edullisemmin 600—1000 °C lämpötilassa. ~
14. Jonkin patenttivaatimuksen 9-13 mukainen menetelmä, jossa hiillytetty kappale O aktivoidaan hiilidioksidilla, vesihöyryllä tai niiden seoksella yli 500 °C lämpötilassa, = edullisesti 600-900 °C lämpötilassa. S z
15. Jonkin patenttivaatimuksen 9-14 mukainen menetelmä, jossa lähtöaineen seoksen > sisältämä nestemäinen väliaine on vesi, orgaaninen liuos tai ioninen liuos tai kahden tai D useamman näiden seos. S
16. Jonkin patenttivaatimuksen 9-15 mukainen menetelmä, jossa seos vaahdotetaan ennen sen järjestämistä muottiin.
17. Jonkin patenttivaatimuksen 1 — 8 mukaisen kappaleen käyttö puhdistuskohteissa, edullisesti kaasujen ja nesteiden puhdistuksessa tai puhdistimissa, täytekappaleena, katalyyttien runkoaineena tai rakennusmateriaalina.
N N O N K o T [am o o O LO LO N Oo N
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20215569A FI130586B (fi) | 2021-05-14 | 2021-05-14 | Kiinteä kappale ja menetelmä sen valmistamiseksi |
| EP22740425.8A EP4337627A1 (en) | 2021-05-14 | 2022-05-13 | A solid object and a method for producing it |
| US18/290,460 US20240254056A1 (en) | 2021-05-14 | 2022-05-13 | A solid object and a method for producing it |
| PCT/FI2022/050323 WO2022238626A1 (en) | 2021-05-14 | 2022-05-13 | A solid object and a method for producing it |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20215569A FI130586B (fi) | 2021-05-14 | 2021-05-14 | Kiinteä kappale ja menetelmä sen valmistamiseksi |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI130586B true FI130586B (fi) | 2023-11-24 |
Family
ID=82482548
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI20215569A FI130586B (fi) | 2021-05-14 | 2021-05-14 | Kiinteä kappale ja menetelmä sen valmistamiseksi |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240254056A1 (fi) |
| EP (1) | EP4337627A1 (fi) |
| FI (1) | FI130586B (fi) |
| WO (1) | WO2022238626A1 (fi) |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2448051A (en) * | 1948-08-31 | Production of carbon | ||
| US4058403A (en) * | 1975-11-12 | 1977-11-15 | Hooker Chemicals & Plastics Corporation | Refractory compositions |
| PL229976B1 (pl) * | 2014-01-24 | 2018-09-28 | Zachodniopomorski Univ Technologiczny W Szczecinie | Sposób otrzymywania nanoporowatych materiałów węglowych |
| CN108136453A (zh) * | 2015-09-16 | 2018-06-08 | 斯威特沃特能源公司 | 衍生自经预处理的生物质的专用活性碳 |
| WO2018085918A1 (en) * | 2016-11-08 | 2018-05-17 | University Of Guelph | Novel methods for creation of sub-micron biocarbon materials from biomass and their fields of application |
| FI129154B (fi) * | 2018-09-07 | 2021-08-13 | Fifth Innovation Oy | Huokoinen muotoiltava materiaali ja menetelmä sen valmistamiseksi |
-
2021
- 2021-05-14 FI FI20215569A patent/FI130586B/fi active
-
2022
- 2022-05-13 EP EP22740425.8A patent/EP4337627A1/en active Pending
- 2022-05-13 US US18/290,460 patent/US20240254056A1/en active Pending
- 2022-05-13 WO PCT/FI2022/050323 patent/WO2022238626A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP4337627A1 (en) | 2024-03-20 |
| US20240254056A1 (en) | 2024-08-01 |
| WO2022238626A1 (en) | 2022-11-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Selvaraju et al. | Production of a new industrially viable green-activated carbon from Artocarpus integer fruit processing waste and evaluation of its chemical, morphological and adsorption properties | |
| Nahil et al. | Pore characteristics of activated carbons from the phosphoric acid chemical activation of cotton stalks | |
| Reddy et al. | A comparison of microstructure and adsorption characteristics of activated carbons by CO2 and H3PO4 activation from date palm pits | |
| FI129154B (fi) | Huokoinen muotoiltava materiaali ja menetelmä sen valmistamiseksi | |
| Correa et al. | Evaluation of hydrothermal carbonization as a preliminary step for the production of functional materials from biogas digestate | |
| Omri et al. | Preparation, modification and industrial application of activated carbon from almond shell | |
| Nieto-Delgado et al. | Development of highly microporous activated carbon from the alcoholic beverage industry organic by-products | |
| Gu et al. | Co-hydrothermal treatment of fallen leaves with iron sludge to prepare magnetic iron product and solid fuel | |
| Girgis et al. | Development of micro-mesoporous carbons from several seed hulls under varying conditions of activation | |
| FI126848B (fi) | Menetelmä vähätuhkaisen aktiivihiilen valmistamiseksi | |
| H El-Gamal et al. | Comparison between properties of biochar produced by traditional and controlled pyrolysis | |
| CN113753895B (zh) | 一种利用槟榔和污泥为材料制备活性炭的方法 | |
| Liu et al. | Preparation and pore characterization of activated carbon from Ma bamboo (Dendrocalamus latiflorus) by H 3 PO 4 chemical activation | |
| Yu et al. | Towards negative emissions: Hydrothermal carbonization of biomass for sustainable carbon materials | |
| CN102092712A (zh) | 低温定向制备高比表面积木质颗粒活性炭的方法 | |
| CN107473217A (zh) | 一种葵花籽壳活性炭的制备方法及应用 | |
| ElShafei et al. | Artichoke as a non-conventional precursor for activated carbon: Role of the activation process | |
| Bao et al. | Assessment of porous carbon from rice straw residues with potassium ferrate-assisted activation as cationic and anionic dye adsorbents | |
| FI130586B (fi) | Kiinteä kappale ja menetelmä sen valmistamiseksi | |
| Greish et al. | Adsorption of phenol and 2, 4-dichlorophenol on carbon-containing sorbent produced from sugar cane bagasse | |
| TWI481556B (zh) | 含有稻殼及高粱殼之高粱酒糟製備成活性碳之方法 | |
| Khalil et al. | Porosity characteristics of activated carbons derived from olive oil wastes impregnated with H3PO4 | |
| FI129396B (fi) | Huokoinen muotoiltava kasvualusta ja menetelmä sen valmistamiseksi | |
| Nasri et al. | Synthesis and characterization of low-cost porous carbon from palm oil shell via K2CO3 chemical activation process | |
| CN102001653A (zh) | 一种用于水处理的活性焦的制备方法 |