SE444586B - Fiberformigt aktivt kol innehallande en jernforening samt forfarande for framstellning derav - Google Patents

Description

8006762-2 eller liknande vid en temperatur av från 700 till l000°C.

Av dessa steg utöva föroxidationssteget ett betydande in- flytande på utbytet, adsorptionsförmågan och de mekaniska egenskaperna för den slutliga produkten.

Vid föroxidationssteget inbegripes en abrupt alstring av reaktionsvärme eftersom reaktionsvärmet utvecklas när cykli- seringen och förnätningen av molekyler som utgör den akryl- nitrilbaserade fibern fortskrider. När fibrer som har en diameter större än l,5 denier smälter och mjuknar ytan för fibrerna som resultat därav och fibrer intill varandra klib- bar lätt samman (detta fenomen betecknas i det följande som "koalescens"). För undvikande av sådan koalescens har för- oxidationen tidigare genomförts vid låga temperatur under mycket långa tidsperioder.

Förekomsten av sådan koalescens vid föroxidationssteget ger upphov till sådana problem att fibrerna lätt skäres sönder och därför blir stabil.drift svår. Dessutom utövar sådan koalescens icke önskvärt inflytande på aktiveringsutbytet (dvs. andelen fiberformigt aktivt kol) och prestanda för dazfiberformiga aktiva kol som erhålles.

När sammonomerhalten för fibern ökas och den temperatur vid vilken värmebehandlingen genomföres höjes inträffar koale- scensen för fibrerna vid oxidationssteget lättare. När där- för en akrylnitrilbaserad fiber som har hög sammonomerhalt, dvs. mer än ungefär 6 viktprocent användes som ett utgångs- material är det nödvändigt att genomföra föroxidationen eller värmebehandlingen vid låga temperaturer under långa tidsperioder. Vid förfarande enligt den tidigare tekniken för framställning av fiberformigt aktivt kol utgör sålunda den tid som erfordras för oxidationssteget ungefär 80% av den totala tid som erfordras för totala förfarandet. Detta är mycket ineffektivt och utgör en huvudfaktor för de ökande produktionskostnaderna för fiberformigt aktivt kol. 8006762-2 Det har nu enligt föreliggande uppfinning framkommit att an- vändning av en akrylnitril-baserad fiber innehållande en järnförening förhindrar koalescensen av fibrer vid föroxida- tionssteget, avsevärt förkortar föroxidationstiden och dess- utom tillhandahåller ett fiberformigt aktivt kol som har ut- märkt prestanda i höga utbyten.

Enligt föreliggande uppfinning tillhandahållas sålunda ett förfarande för framställning av fiberformigt aktivt kol vil- ket omfattar föroxidation av en akrylnitril-baserad fiber som har en diameter av från 1,5 till 15 denier innehållande en järnförening i det område som satisfierar ekvationen (l) 0.02 v32 + 0.02 _<_y _<_o.0s /í + 0.10. “ (1) vari X är viktprocent-halten sammonomer i den akrylnitril-ba- serade fibern och Y viktprocenten järnhalt vid en ursprung- lig värmebehandlingstemperatur som satisfierar ekvationen (2) 2220-52052 ¿29o-4x (2) vari X har samma betydelse som i ekvation (l) och Z är den ursprungliga värmebehandlingstemperaturen (°C) och därefter aktivering av den föroxiderade akrylnitril-baserade fibern.

I de bifogade ritningarna åskådliggör fig. 1 det område för järnhalten som definieras av ekvation (l) och fig. 2 sambandet mellan det ursprungliga värmebehandlings- temperaturområdet med sammonomerhalten hos en akrylnitril- fiber.

Fig. 3 kurvor för relativt kalorivärde under oxidationen.

Med uttrycket "ursprunglig värmebehandlingstemperatur" avses såsom det användes i föreliggande uppfinning en behandlings- temperatur genomförd tills jämviktsvattenhalten för den för- oxiderade fibern ökats till minst 3 viktprocent (dvs. 3 vikt- procent räknat på vikten av fibern). Jämviktsvattenhalten är såsom det här användes ett värde som bestämmes för att ange 8006762-2 @ graden av föroxidation av fibern-och det definieras på föl- jande sätt: En fullständigt torkad föroxiderad fiber får stå i en exsi- kator som hållas vid 2s°c och 80% relativ fuktighet, ökning- en med tiden i vikten för fibern och mängden adsorberat vatten (baserat på vikten för fibern) bestämmes. När det . icke förekommer någon ytterligare ökning i vikten för fibern definieras den mängd vatten som inrymmes i fibern vid den nämnda tidpunkten som jämviktsvattenhalten.

I Med uttrycket "akrylnitril-baserad fiber" avses såsom det användes i föreliggande uppfinning en fiber tillverkad av polyakrylnitril, eller en sampolymer därav' omfattande minst ungefär 60 viktprocent akrylnitril. När en fiber omfattande en sampolymer innehållande från ungefär 6 till 40 viktpro- cent, företrädesvis 8 till 15 viktprocent av minst en sam- monomer användes framträder specifika effekter enligt före- liggande uppfinning tydligt.

I föreliggande uppfinning kan blandningar av homopolymerer och sampolymerer eller blandningar av sampolymererna själva användas för framställning av fibern. Sampolymerer som inne- håller mindre än ungefär 60 viktprocent akrylnitril kan dess- utom användas i blandning med akrylnitrilpolymerer för fram- ställning av fibern förutsatt att mängden akrylnitril i den slutliga fibern överstiger ungefär 60 viktprocent.

Sammonomerer som kan införas i ovanstående sampolymerer inne- fattar additionspolymeriserbara vinylföreningar, såsom vinyl- klorid, vinylidenklorid, vinylbromid, akrylsyra, metakryl- syra, itakonsyra; salterna (exempelvis natriumsalternà av dessa syror; derivat av dessa syror, exempelvis akrylsyra- estrar (exempelvis alkylestrar innehållande 1-4 kolatomer i alkyldelen, såsom metylakrylat, butylakrylat och liknande), metakrylsyraestrar (exempelvis alkylestrar innehållande 1-4 , kolatomer i alkyldeleln, såsom metylmetakrylat och 1iknande); 8006762-2 få , .akrylamid, N-metylolakrylamid; allylsulfonsyra, metallyl- sulfonsyra, vinylsulfonsyra och salterna (exempelvis natrium- salterna) av dessa syror; vinylacetat; 2-hydroximetyl-etyl- akrylat, É-hydroximetyl-metylakrylat; 2-hydroxietylakrylat; 2-hydroxietylmetakrylat; 2-hydroximetylakrylnitril; 2-hydr- oxietylakrylnitril; 2-kloretylakrylat; 2-hydroxi-3-kloro- propylakrylat; vinylidencyanid; Q-klorakrylnitril och lik- nande. Dessutom kan de föreningar som beskrives i den amerikanska patentskriften 3.202.640 användas.

Polymerisationsgraden för dessa polymerer eller polymerbland- ningar är tillräcklig om en fiber kan framställas därav. I allmänhet innehåller användbara polymerer från ungefär 500 till ungefär 3000 repeterande enheter, företrädesvis från 1000 till 2000.

Dessa akrylnitril-baserade polymerer kan framställas med an- vändning av hittills kända metoder, exempelvis suspensions- polymerisation eller emulsionspolymerisation i ett vatten- haltigt system, eller lösningspolymerisation i ett lösnings- medel. Dessa metoder beskrives exempelvis i de amerikanska patentskrifterna 3.208.962, 3.287.307 och 3.479.312.

Spinning av den akrylnitril-baserade polymeren kan genomfö- ras medelst tidigare kända metoder. Exempel på spinnings- lösningsmedel som kan användas innefattar oorganiska lös- ningsmedel, såsom en koncentrerad lösning av zinkklorid i vatten, koncentrerad salpetersyra och liknande, och orga- niska lösningsmedel, såsom dimetylformamid, dimetylacetamid, dimetylsulfoxid och liknande. När en koncentrerad lösning av zinkklorid i vatten användes reducerar i synnerhet den kvarvarande zinkkloriden i fibern aktiveringsperioden och dessutom kan en fiber som har hög hållfasthet erhållas.

Diametern för den fiber som kan användas i föreliggande upp- finning är ungefär 1,5 till ungefär 15 denier ur synpunkten att man skall erhålla fiberformigt aktivt kol som har höga 8006762-2 5 6 mäkaniskaiegenskaper och adsorberbarhet. Effekterna av före- liggande uppfinning under föroxidationen framträder särskilt , tydligt när en fiber som har en diameter av från ungefär 2,0 É till 7,0 denier användes och närlebel. omfattande mer _; än ungefär 40.000 trådar (det är vanligtvis icke mer än 300.000 trådar), filt eller tyg som har en vikt av mer än :; 2 ungefär 150 g/cm (den är vanligen icke mer än ungefär 800 g/cmz) användes.

Den akrylnitril-baserade fiber som användes i föreliggande uppfinning kan vara i vilken som helst form av kabel bana, filt, vävt tyg, ovävt tyg etc.

I allmänhet användes företrädesvis vid framställning av det fiberformiga aktiva kolet av akrylnitril-baserad fiber fürer som har en hög sammonomerhalt (vanligtvis upp till 40 viktprocent) som utgångsmaterial (i det följande betecknat "en prekursor-fiber"). Anledningen till detta är att när sammonomerhalten ökar reduceras orienteringen av prekursor- -fibern,vilket resulterar i störning av kristallstrukturen och underlättar aktivering av prekursor-fibern; därför er- hålles ett högt utbyte av fiberformigt aktivt kol.

Inverkningarna av sammonomer- (dvs. metylakrylat) halten på utbytet och prestandan för dezfiberformiga aktiva kolet redovisas exempelvis i tabell l för det fall där en akryl- nitril-baserad fiber tillverkad av en akrylnitril-meq¿akryum- -sampolymer användes som prekursor-fiber.

TABELL l Sammono- Utb tel) Fiberhållfasthet nu Y ?Érhait_ šor ?iïer_ Prekursorg) Fiberformigå) g/enfiber- kâšsgrši- aíâïvg íifiâš ?:tfvt2§°l tråd bern ” kol g g mm viktprocent (viktproc.) 2,1 10 till 14 5 till 6 20 till 30 l till 2,5 5,3 12 till 18 3 till 5 25 till 35 1,5 till 3,3 9,6 23 till 28 3 till 4 25 till 35 2,0 till 4,0 -w 8006762-2.

Je.- ~. . _; , }~.”Ütbyte¿äv fibérformigt aktivt kol med en specifik verksa .yta av 800-900 m /g baserat på den akrylnjtril-baserade fibern. 2) Fiber av 3 denier 3) Ett fiberformigt aktivt kol med en specifik verksam är j._w1 yta av soo-soo mZ/g.

'Av ovanstående resuktat framgår att när sammonomerhalten .ökar ökar utbytet och fiberformigt aktivt kol som har en hög fiberstyrka.erhålles.

Vid framställningen av prekursor-fibern gäller dessutom att när sammonomerhalten ökar blir sträckningen lättareoch spinn- = ju barhetsgegenskaperna förbättras.'Detta leder därför till fördelarna med att fluffigheten, ojämnheten i fibertjock- lek etc. för den erhållna prekursor-fibern reduceras och ett fiberformigt aktivt kol som har en enhetligare kvalitet kan erhållas med lätthet. När emellertid sammonomerhalten ökar ökar även tendensen mot koalescens för fibrerna.

Järnföreningar som kan användas i föreliggande uppfinning innefattar olika järnsalter såsom ferri- eller ferro-sulfat, ferri- eller ferro-klorid, ferri- eller ferro-nitrat, ferri- eller ferro-ammoniumnitrat, ferri- eller ferro-oxid och komplexsalter, såsom natrium- eller kaliumferrocyanid och natrium- eller kaliumferricyanid. Antingen tvåvärt järn eller trevärt järn kan användas. Det är föredraget att använda en vatten- eller organiskt lösningsmedels-löslig järnförening.

För införlivning av järnföreningen i den akrylnitril-baserade fibern kan olika metoder användas, såsom en metod varvid pulvret eller lösningen av järnförening sättes till en spinn- lösning av en akrylnitril-baserad polymer, en metod vari lös- ningen impregneras till en gelfiber efter spinning och före torkning och en metod varvid fibrer (efter torkning) blöt- lägges med järnföreningslösningen. Ifråga om den tredje me- toden varvid fibrer blötlägges med järnföreningslösningen 8006762-2 användes vatten- eller organiskt-lösliga järnsalter. För en- hetlig genomträngning av järnsaltet in i det inre av fibrerna är det önskvärt att hålla temperaturen för den lösning med vilken fibern blötlägges vid från ungefär 10 till 80°C och företrädesvis från ungefär 50 till 70°C. Diametern för pulv- ret av järnföreningar är företrädesvis mindre än 300 mesh och koncentrationen för lösningen är vanligtvis från unge- fär 0,1 till 10%.

För ytterligare förbättring av genomträngningen av järnföre- ningen in i fibern kan ett ytaktivt medel användas i kombina- tion därmed. De ytaktiva medlen innefattar exempelvis poly- etylenglykol, en fosforsyraester, en alifatisk syraester, mineralolja och liknande. De användes vanligtvis i kombina- tion av två eller flera och användes i en mängd av från unge- fär 0,1 till 0,5 viktprocent baserat på vikten av fibern.

Såsom framgår av följande tabeller 3 och 4 varierar den opti- mala järnföreningshalten i överensstämmelse med sammonomer- halten för den fiber som användes och järnföreningshalten måste finnas närvarande i det omrâde som satisfierar ekva- tionen (l). Detta område åskådliggöres i fig. l som ett streckat område.

Under detta område kan icke någon effekt enligt föreliggande uppfinning erhållas under det att över detta område utbytet och fiberstyrkan för de erhållna fibrerna av aktivt kol reduceras i icke önskad grad.

Den akrylnitril-baserade fibern som innehåller järnföreningen i det ovan definierade området föroxideras i en oxiderande atmosfär.

Den temperatur vid vilken föroxidationen genomföres påverkas av sammonomerhalten för den akrylnitril-baserade fibern och när sammonomerhalten ökar inträffar lättar koalescens och förbränning av fibrer beroende på den abrupta alstringen av 8U06762-2 reaktionsvärme vid ett ursprungligt steg av föroxidationen.

Därför är det viktigt att i synnerhet välja en begynnelse- värmebehandlingstemperatur.

Den optimala ursprungliga värmebehandlingstemperaturen vari- erar därför i överensstämmelse med järnhalten och sammonomer- halten och den skall ligga inom det område som åskådliggöres i fig. 2 som ett streckat område, dvs. det område som satisfierar ekvationen (2).

Vid temperaturer under området kan förkortning av föroxida- tionstiden inte uppnås. Vid temperaturer över området in- träffar å andra sidan koalescens och förbränning av fibrerna ofta,vilket resulterar i att den stabila driften blir svår och dessutom reduceras kvaliteten för den erhållna produkten betydligt. Den maximitemperatur som kan användas för akryl- nitril-baserade fibrer som icke innehåller en järnförening visas av kurva A i fig. 2.

I allmänhet genomföres föroxidationen under ökning av tempe- raturen i steg. I fråga om den akrylnitril-baserade fibern som innehåller järnföreningen enligt föreliggande uppfinning kan naturligtvis efter behandlingen vid den ovan beskrivna lämpliga ursprungliga värmebehandlingstemperaturen, fibern behandlas vid högre temperaturer, men lägre än ungefär 400°C, i steg. Även om föroxidationsbearbetningen i en oxiderande-atmosfär vanligtvis genomföres i luft kan vilken som helst blandning av syre och inerta gaser, såsom kväve användas förutsatt att de innehåller syre i en mängd som icke är mindre än ungefär 15 volymprocent. Dessutom kan bearbetningen genomföras i en atmosfär av klorvätegas, eller svaveldioxid. I dessa fall användes emellertid vanligtvis blandningar av dessa gaser och luft (med en gasblandningssyrehalt av från ungefär 5 till 20 volymprocent). 8006762-2 10 Spänning anbringas företrädesvis till fibern(na) på ett sådant sätt att krympningen vid en speciell föroxidations- temperatur når från ungefär 50 till 90%, företrädesvis från ungefär 60 till ungefär 80% av graden av fri krympning vid nämnda temperatur. I detta fall är när krympningen är under ungefär 50% adsorbtionsegenskapen för fibern otillräcklig för praktisk användning medan när krympningen är över unge- fär 90% de mekaniska egenskaperna för den fiber som erhålles efter aktiveringsbearbetningen är reducerade.

Uttrycket "grad av fri krympning" betecknar såsom det an- vändes i föreliggande beskrivning av föreliggande uppfinning förhållandet av krympningen till den ursprungliga längden, dvs. när fibern under en spänning av l mg/d får krympa i en oxiderande atmosfär vid en specifik temperatur varvid oxida- tion fortskrider, varvid förhållandet krympningen till den ursprungliga längden betecknas som graden av fri krympning vid nämnda temperatur.

De huvudfördelar enligt föreliggande uppfinning som erhålles genom införlivning av järnföreningen i den akrylnitril-base- rade fibern är följande: (1) Icke någon koalescens eller förbränning av fibrer in-' träffar vid högre föroxidationstemperaturer än som kan an- vändas vid metoden enligt den tidigare tekniken och därför kan föroxidationstiden avsevärt förkortas. (2) Även vid samma föroxidationstemperatur som i metoden enligt den tidigare tekniken är oxidationshastigheten tyd- ligtæhög jämfört med den vid metoden enligt den tidigare tekniken och därför kan föroxidationstiden förkortas. (3) Aktiveringstiden kan förkortas i jämförelse med metoden enligt den tidigare tekniken. (4) Det fiberformiga aktiva kol som erhålles har en hög kvä- 8006762-2 '11 vehalt och utmärkt adsorptivitet och mekanisk prestanda. (5) Det fiberformiga aktiva kol som erhålles har hög bear- betbarhet, i synnerhet vid framställning av filt eller tyg tack vare dess ökade friktionsegenskaper.

Såsom beskrivits ovan ökas i överensstämmelse med metoden enligt föreliggande uppfinning i synnerhet produktiviteten vid föroxidationssteget. En akrylnitril-baserad fiber omfat- tande 92 viktprocent akrylnitril och 8 viktprocent metyl- akrylat och innehållande 0,21 viktprocent (som järn) av ferrosulfat oxiderades och de erhållna resultaten redovisas i tabell 2 tillsammans med de som erhålles medelst en metod enligt den tidigare tekniken vid vilken icke något järn till- sattes.

TABELL 2 För- Oxidationsbetingelser Tillstånd Jämvikts- sök o . . för oxide- vattenhalt nr- Temp. ( C) x Tid (timmar) rad fiber (%) Ursprungligt Senare steg steg 1 240 x 2 260 x 1,5 ingen ll,4 koalescens 245 x 1,5 265 x l " 11,7 250 x l 275 x 0,5 obetydlig 11,0 koalescens 4 230 x 3 250 x 2,5 betydlig ll,2 koalescens 5 240 (fibrer brinner genast) brinner - Försöken l, 2 och 3 är i överensstämmelse med metoden enligt föreliggande uppfinning och försöken 4 och 5 i överensstämmel- se med metoden enligt den tidigare tekniken.

Såsom framgår av de resultat som visats i tabell 2 inträffar när den akrylnitril-baserade fibern som innehåller järn oxideras vid höga ursprungliga värmebehandlingstemperaturer icke någon koalescens och föroxidationshastigheten är hög och därför kan föroxidationstiden reduceras till ungefär l/3 eller 8006762-2 12 mindre av den vid metoden enligt tidigare tekniken. Metoden enligt föreliggande uppfinning medger sålunda hastig och effektiv framställning av fiberformigt aktivt kol och är av stort värde ur kommersiell synpunkt.

Ehuru den mekanism som är ansvarig för att järnföreningen framkallar den ovan beskrivna effekten vid föroxidationsste- get icke är klarlagd framgår av termiska analysresultat som erhålles med användning av en differential scanning kalori- meter att huvudtoppen för exotermkurvan som framträder vid upphettning av den akrylnitril-baserade fibern blir spetsiga- re och det totala exotermvärmet reduceras genom införlivande av järnföreningen. Det antages därför att järnföreningen som inrymmes den akrylnitril-baserade fibern avsevärt ökar mjukningstemperaturen för fibern och påskyndar cykliserings- reaktionen.

Figur 3 visar speciellt relativa kalorivärden med avseende på upphettningstemperaturer för oxidationen. Den prickade linjen visar en kurva för en akrylnitril-baserad fiber som består av 90 viktprocent akrylnitril och 10 viktprocent metylakrylat. Den heldragna linjen visar en kurva för samma fiber med undantag av att fibern innehöll FeCl3 i en mängd av 0,2 viktprocent (räknat som järn).

Det antages även att järföreningen fäst till eller inrymd i fibern fysikaliskt avleder reaktionsvärmet och förhindrar ackumulering av reaktionsvärme och som ett resultat uppvisas den koalescens-förhindrande effekten.

Det är önskvärt att föroxidera den akrylnitril-baserade fibern som innehåller järnföreningen tills jämviktsvattenhalten når 8-13%, företrädesvis 9-11% (motsvarande en mängd bundet syre av från 60 till 95%, företrädesvis från 72 till 86%, av den mättade mängden bundet syre möjlig i fibern) eftersom ett fiberformigt aktivt kol som har en hög adsorbtionsförmåga kan erhållas i ett högt utbyte. 8006762-2 _ : 13 Värmebehandlingsperioden vid föroxidationsbehandlingen be- stämmes beroende på behandlingstemperaturen och är vanligt- vis från ungefär 0,5 till 24 timmar. När värmebehandling genomföres vid en lägre temperatur erfordras en längre tids- period.

Föroxidationsbehandlingen av fibern följes av aktiverings- behandling.

Denna aktiveringsbehandling kan utföras genom fysikalisk aktivering eller en metod omfattande impregnering av fibern med ett aktiveringsmedel som användes vid kemisk aktivering och därefter anbringning av fysikalisk aktivering. Dessa metoder beskrives exempelvis i de amerikanska patentskrif- terna 2.790.781 Och 2.648.637.

När exempelvis aktiveringen genomföres i en aktiveringsgas i användes C02, NH3, ånga eller en blandad gas därav (exempel- vis C02 + H20) (i detta fall är den tillåtna mängden syre upp till en sådan utsträckning att fibern icke brinner och mängden syre är vanligtvis icke mer än 3 volymprocent). En eller flera inerta gaser, såsom N2, Ar eller He kan inrymmas i en aktiveringsgas i en mängd upp till ungefär 50 volym- procent (exempelvis CO2+ N2 etc.). Aktiveringen genomföres vanligtvis vid en temperatur av från ungefär 600°C till 13oo°c, företrädesvis soo°c till ungefär 13oo°c 1 från unge- fär 6 sekunder till 2 timmar.

När fysikalisk aktivering anbringas efter impregnering av kemikalier kan aktiveringskemikalier som tidigare använts vid framställning av aktivt kol användas. Den oxiderade fi- bern kan exempelvis doppas i en vattenhaltig lösning av zinkklorid, fosforsyra, svavelsyra, natriumhydroxid, salt- syra eller liknande (i fråga om saltsyra vanligtvis från ungefär l0 till 37 viktprocent och i fråga om andra kemika- lier vanligtvis från ungefär 10 till 60 viktprocent). Alter- nativt sprutas lösningar av dessa material på fibern för 8006762-2 14 deras avsättning på denna. Därefter aktiveras fibern i en aktiveringsgas i allmänhet vid från ungefär 700 till l000OC i från ungefär l minut till 3 timmar. I detta fall är den mängd kemikalier (löst ämne) som avsättes från ungefär 0,1 till 20 viktprocent baserat på vikten för fibern. Naturligt- vis är det möjligt att avsätta en mängd större än 20 vikt- procent men någon speciell effekt beroende på en sådan mängd erhålles icke.

Vid denna aktiveringsbehandling tillåtes fibern företrädes- vis krympa fritt. Krympningen är vanligtvis från ungefär 10% till 30% beroende på den speciella fiber som oxideras.

Genom denna aktivering avlägsnas den flyktiga komponenten hos fibern och fibern förkolas och samtidigt ökas den speci- fika verksamma ytan för fibern.

Det sålunda erhållna fiberformiga aktiva kolet har en speci- fik verksam yta av från ungefär 3oo till zooo mZ/g, en kväve- halt av från ungefär 2 till 15 viktprocent, fiberstyrka av från ungefär 25 till 35 kg/mmz och en diameter av från unge- fär 3 till 30 I föreliggande uppfinning är det viktigt att vid aktiverings- steget järnföreningen i den föroxiderade fibern påskyndar aktiveringsreaktionen varigenom sålunda aktiveringstiden för- kortas och utbytet ökas jämfört med metoden enligt den tidi- gare tekniken. Järnföreningen skall förbli i fibern i en mängd av mer än 0,01 viktprocent och företrädesvis mer än 0,05 viktprocent baserat på fiberformigt aktivt kol och be- räknat som järngrundämne. Den skall emellertid'icke överstiga l viktprocent och företrädesvis 0,3 viktprocent för förhind- rande av överaktivering och förhindrande av försämring av mekanisk hållfasthet för det erhållna fiberformiga aktiva kolet. 8006762-2 15 När mängden av järnföreningen i det fiberformiga aktiva kolet överstiger den ovan beskrivna mängden skall överskottsmängden av järnföreningen avlägsnas före genomförande av aktivering, dvs. den skall avlägsnas från den föroxiderade fibern efter föroxidationsförfarandet_ Järnföreningen kan avlägsnas genom tvättning av de föroxiderade fibrerna med vatten, företrädes- vis värmt till från ungefär 50 till l0O°C, eller med en vat- tenhaltig organisk syralösning. Vanligtvis användes företrä- desvis 0,l-5 viktprocent av den organiska lösningen. Den organiska syran innefattar exempelvis ättiksyra, vinsyra och oxalsyra. Det är effektivt att anbringa en mekanisk vibrering till fibrerna i lösningen för avlägsnande av järnföreningen.

En gynnsam effekt av föreliggande uppfinning är att kostna- den för fiberformigt aktivt kol avsevärt kan reduceras i jämförelse med metoden enligt den tidigare tekniken eftersom föroxidation- och aktiveringsstegen samtidigt förbättras genom användning av den akrylnitril-baserade fibern innehål- lande järnföreningen.

En annan mycket viktig effekt av föreliggande uppfinning är att ett fiberformigt aktivt kol som har hög kvävehalt jäm- fört med metoden enligt den tidigare tekniken kan erhållas.

Därför kan de inneboende egenskaperna för det fiberformiga aktiva kol som framställes av den akrylnitril-baserade fi- bern, dvs. adsorbtionsförmâga för sura gaser såsom merkaptan, svavelväte, SOX, NOx,etc ytterligare förbättras.

Eftersom järnföreningen avsatt på det fiberformiga aktiva kolet finnes kvar ökas dessutom den katalytiska prestandan för det fiberformiga aktiva kolet i hög grad. Föreliggande fiberformiga aktiva kol är i synnerhet effektivt som en katalysator för användning vid sönderdelning av ozon, cyan- väte etc.

Uppfinningen åskådliggöres närmare medelst följande exempel. 8006762-2 16 Exemgel l Tre akrylnitril-baserade fibrer med en diameter av 3 denien vilka som sammonomer innehöll metylakrylat i olika mäng- der,blötlades i en 2~procentig vattenlösning av ferrosulfat i 5 minuter vid 60°C och torkades därefter för erhållande av de motsvarande akrylnitril-baserade fibrerna innehålland från 0,05 till 0,6 viktprocent järn. Dessa fibrer oxiderades därefter i luft.

I detta exempel genomfördes föroxidationen i två steg: första steg vid 230 till 275°C (första värmegehandlingstempe- ratur) i 0,5 till 2,5 timmar; och senare steg vid 250 till 2ao°c 1 o,s till 2 timmar.

För jämförelse skull föroxiderades andra akrylnitril-baserade fibrer som hade samma sammansättning som ovan men som icke innehöll några järnföreningarpi analogt sätt i två steg.

Resultaten redovisas i tabell 3. ,__ _ __, SS 59:. må x må .. x må S... ..~ J. ...S ...SES .. x mä m... x m2 S... S Q WS 5.5.. S x ...h 2... x ...ä S... .S Ü ...S wSušwno ...S x SN S x må S... må 5 M.. SS :män ~ x ...N m... x ...å S... 3 8 SS _69: N x m2.. ...N x m2 S... S ...S . ...Søš m x ...ä m x 02 .. .S m.Hfl uoum H x mmm m.o x own mw.o . ma n ...S Eåš. m.. x m2 m... x SN 3... m6 S SS 5.9.. N x ...a S x .EN S... S ...S ...S33 m2... x må m.. x ...å .. 3 ...S wSwfiåo m... x ...ä m... x m5 S... m ...S ...Swxuwno m... x ...å m... x m2.. S... .á .. m.H~ cwmcfl H x omm m.o x own Hfl.o - ß ...S .Så S x ...Z 2.... x S.. .. w mwum wumcuw mmuw muwunm Auxmmmfiw .av Aumëåfiu. USB x^U0. uflumuwašwß Åuflmmflflw |um%mu xwm uHmn:wuum>mux«>Ewh mcmomwflmox uwmflwmcfluwnmcøfiumøfixonæm ufimnnwm Wosämw nuwm m afiwnma 8006762-2 18 Försöken nr 7, 8, ll, 12 och 15-18 är i överensstämmelse med metoden enligt föreliggande uppfinning.

De ovan erhållna föroxiderade fibrerna aktiverades var och en vid 880°C i överhettad ånga för erhållande av det motsvarande fiberformiga aktiva kolet som hade en specifik verksam yta av 900 m2/g. Utbytet och prestanda för dessa fiberformiga aktiverade kol redovisas i tabell 4.

Q_-__.~__ __.. . _. ' 19 8006762-2 Tabell 4 Försök Utbyte av Kväve- Fiberstyrka Ozonadsorption nr. fiberfor- halt (kg/mmz) mängd (%) migt (%) aktivt kol (%) 6 14 3.5 30.3 10 7 16 3.8 33.5 19 8. 16 3.8 33.8 19 “9 11 3.0 21.3 17 10 18 3.8 35.3 11 Il 18 3.7 39.5. 21 12 19' 3.8 36.8 20 13 10 2.9 21.9' 18 14 28 4.5 35.8 13 15 30 4.8 44.5 17 16 29 4.5 44.1 18 17 28 4.4 42.2 20 18 za 414 40.3 - 24 19 23 3.9 29.7 23 20 21 3.2 30.8 21 Försöken nr 7, 8, ll, 12 och 15-18 var i överensstämmelse med metoden enligt föreliggande uppfinning. 8006762-2 20 Med uttrycket “ozonadsorptionsmängd" avses såsom det använ- des i tabell 4 den mängd ozon som adsorberas på eller sönder- delas av ett fiberformigt aktivt kol tills förhållandet av koncentrationen vid utloppet till koncentrationen vid in- loppet (koncentration i utlopp/koncentration i inlopp) når 0,05 (i det följande betecknat "brottpunkt") när luft innehållande l ppm ozon och med en relativ fuktighet av 66% iêáeš asaem êëë šiiasfšefmiqë aktivt kal (i fil-afasi) msä en fiödeshastighet av 6,5 m/sekund.

Såsom framgår av ovanstående resultat kan när järnhalten ligger utanför det område som definieras i föreliggande upp- finning, effekten enligt föreliggande uppfinning icke erhål- las ens om föroxidationen genomföres vid en lämplig begynnel- sevärmebehandlingstemperatur. När järnhalten är för stor gäller i synnerhet att utbytet av fiberformigt aktivt kol och fiberstyrkan är avsevärt reducerade. Dessutom gäller att även om järnhalten ligger inom det område som definieras i föreliggande uppfinning förbättras koalescensen _ av fib- rerna icke när begynnelsevärmebehandlingstemperaturen är högre än den övre gränsen för det område som begränsas av sammonomerhalten och kvaliteten för det fiberformiga aktiva kolet reduceras, och när temperaturen är lägre än den lägre gränsen för området tar föroxidationen för lång tid.

I överensstämmelse med metoden enligt föreliggande uppfin- ning är föroxidationssteget avsevärt förbättrat och dessutom kar fiberformigt aktivt kol framställas-i höga utbyten.

Metoden enligt föreliggande uppfinning är i synnerhet ytterst effektiv vid behandling av de akrylnitril-baserade fibrer som innehåller en hög halt av en sammonomer, exempelvis inne- hållande mer än 8% av en sammonomer.

Det fiberformiga aktiva kol som erhålles medelst metoden en- ligt föreliggande uppfinning har en hög kvävehalt och en god fiberstyrka och är särskilt utmärkt vid adsorption av ozon etc. \ 8006762-2 21 Exempel 2 En sampolymerfiber med en diameter av 5 denier och bestående av 92 viktprocent akrylnitril och 8 viktprocent vinylacetat blötlades i en 1,5 procents vattenlösning av ferriammonium- nitrat och torkades för framställning av en akrylnitril-ba- serad fiber innehållande 0,25 viktprocent järn. Denna akryl- nitril-baserade fiber upphettades i luft i 1 timme vid en begynnelsetemperatur av 250°C för framställning av en fiber med en jämviktsvattenhalt av 3,2% och därefter under 0,5 tim- mar vid 2so°c den i 0,5 timmar vid 27o°c för erhållande av en flexibel föroxiderad fiber som hade en jämviktsvattenhalt av l2,4% och var fri från varje koalescens.

Därefter aktiverades den föroxiderade fibern i överhettad ånga vid 900°C under 10 minuter för erhållande av ett fiber- formigt aktivt kol i ett utbyte av 20% och en specifik verk- sam yta av 1000 m3/g..

Detta fiberformiga aktiva kol hade en fiberstyrka av 24,3 kg/ mmz och en bensenadsorbtionmängd av 56% bestämd enligt JIS KI474.

För jämförelse skull föroxiderades en akrylnitrilbaserad fiber som hade samma sammansättning som ovan men som icke in- nehöll något järn i 2 timmar vid 230°C, i 2 timmar vid 250°C och i 3 timmar vid 265°C för erhållande av en föroxiderad fiber som hade en jämviktsvattenhalt av l2,l%. Även om för- oxidation genomfördes vid lägre temperaturer än vid metoden enligt föreliggande uppfinning var den erhållna föroxiderade fibern utsatt för koalescens och styv.

Denna föroxiderade fiber aktiverades i överhettad ånga vid 900°C under 40 minuter för erhållande av ett fiberformigt aktivt kol som hade en specifik verksam yta av 1000 m2/g.

Fiberstyrkan och bensenadsorbtionsmängden för det fiberfor- miga aktiverade kolet var 16,5 kg/mmz resp. 54% vilka är sämre än motsvarande värden vid metoden enligt föreliggande 8006762-2 22 uppfinning.

Exempel 3 En akrylnitrilsampolymer bestående av 92 viktprocent akryl- nitril, 6 viktprocent metylakrylat och 2 viktprocent akryl- amid löstes i en 60 procents lösning av zinkklorid för fram- ställning av en sampolymerlösning. Till denna sampolymerlös- ning sattes ferrioxid som hade en partikeldiameter av 0,1-0,3 )nn. Den resulterande lösningen spanns för erhållande av en fiber innehållande 0,14 viktprocent järn och med en diameter av 3 denier.

Den sålunda erhållna fibern oxiderades i luft under 0,5 tim- mar vid en begynnelsetemperatur av 250°C och dessutom i 0,5 timmar vid 275°C, dvs. tills jämviktsvattenhalten nådde 12% för erhållande av en föroxiderad fiber som var fri från koalescens.

Denna föroxiderade fiber aktiverades ytterligare i överhettad ånga vid 800°C för erhållande av ett fiberformigt aktivt kol \ med en specifik verksam yta av 880 m2/g i ett utbyte av 23%.

För jämförelse skull behandlades en fiber som hade Samma sam- mansättning som ovan men som icke innehöll något järn. I det- ta fall erfordrades föroxidation under 5 timmar vid 220°C och ytterligare under 2 timmar vid 240°C för erhållande av en föroxiderad fiber som hade en jämviktsvattenhalt av 12% under sådana betingelser att koalescens icke framkallas.

Därefter aktiverades den föroxiderade fibern för erhållande av ett fiberformigt aktivt kol i ett utbyte av 18%, en spe- cifik verksam yta av 900 m2/g.

Cyanväteadsorptionsförmågan för det ovan erhållna fiberfor- miga aktiva kolet och det fiberformiga aktiva jämförelsekol- materialet jämfördes. Detta innebar att luft innehållande 2000 ppm cyanväte (relativ fuktighet 60%) leddes genom det fiberformiga aktiva kolet (i filtform) och absorptionsmängden 8006762-2 23 tills brottpunkten nåddes bestämdes. Absorptionsmängden för det fiberformiga aktiva jämförelsekolet som erhölls medelst metoden enligt den tidigare tekniken var 5% medan motsvarande mängd för föreliggande fiberformiga aktiva kol som erhölls medelst metoden enligt föreliggande uppfinning var l8%. Det fiberformiga aktiva kolet förbättras sålunda betydligt i adsorptionsförmåga och effektivitet för använd- ning vid avlägsnande av toxiska gaser. o» -_?f_______..___ i___ _»

Claims (3)

1. 8006762-2 '24 PATENTKRAV l. Förfarande för framställning av ett fiberformigt aktivt kol k ä n n e t e c k n a t därav, att det omfattar (1) spinning av en lösning av en polyakrylnitril eller en sampolymer därav omfattande minst ungefär 60 viktprocent akrylnitril för erhållande av en akrylnitrilbaserad fiber med en diameter av fràn 1,5 till 15 denier, (2) behandling av den akrylnitril-baserade fibern med en lös- ning av en järnförening för erhållande av en akrylnitril-base- rad fiber innehållande järnföreningen i en mängd inom inter- vallet som satisfierar ekvationen (l) 0102 J? + 0,02 É y š o,os J? + 0,10 (i) vari X är viktprocenthalten sammonomer i den akry1nitril-base- rade fibern och y är viktprocenten järnhalt, (3) föroxidation av den akrylnitril-baserade fibern innehål- lande järnföreningen vid en begynnelsevärmebehandlingstempera- tur som satisfierar ekvationen (2) 2ao-sxšzš29o-4x vari X definieras på samma sätt som i ekvation (l) och Z är begynnelsevärmehandlingstemperaturen (°C), varvid järnföre- ningen förhindrar betydande koalescens under föroxidation, och (4) därefter aktivering av den föroxiderade akrylnitril-base- rade fibern.

2, Förfarande enligt patentkravet l, k ä-n n e t e c k - n a t av att sampolymeren omfattar från ungefär 6 till 40 viktprocent av minst en sammonomer, företrädesvis från unge- fär 8 till 15 viktprocent.

3, Förfarande enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k - n a t av att fibern har en diameter av 2,0 - 7,0 denier. 8006762-2 25 4. Förfarande enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k - n a t av att järnföreningen är ett järnsalt eller ett järn- komplexsalt. 5_ Förfarande enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k - n a t av att järnföreningen är ferri- eller ferro-sulfat, ferri- eller ferro-klorid, ferri- eller ferro-nitrat, ferri- eller ferro-ammoniumnitrat, ferri- eller ferro-oxid, natrium- eller kalium-ferricyanid eller natrium- eller kalium-ferro- cyanid. 6, Förfarande enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k - n a t av att den akrylnitril-baserade fibern som innehåller en järnförening erhålles genom impregnering av en gelfiber avzhn akrylnitril-baserade fibern efter spinning och före torkning med en lösning av järnföreningen. Q 7. Förfarande enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k - n a t av att den akrylnitril-baserade fibern som innehåller en järnförening erhålles genom blötläggning av fibrerna med en lösning av järnföreningen. ¿ 8. Förfarande enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k - n a t av att det fiberformiga aktiva kolet innehåller järn- ,, föreningen i en mängd av mer än l viktprocent beräknat som järnelement. 9. Förfarande enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k - n a t av att det fiberformiga aktiva kolet innehåller järn- föreningen i en mängd av 0,01 - l viktprocent beräknat som järnelement. 10. Förfarande enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k - n a t av att den akrylnitril-baserade fibern föreligger i form av en kabel, filt, vävt tyg eller ovävt tyg. ' 7 i' " ï.. 1"". i 8006762-2 g 26 11_ Förfarande enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k ~ n a t av att den akrylnitril-baserade fibern föreligger i form av en kabel bestående av mer än ungefär 40.000 fibrer. 12. Förfarande enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k - n a t av att den akrylnitril-baserade fibern föreligger i form av filt, vävt tyg eller ovävt tyg med en vikt av mer än 150 g/cmz. 13. Förfarande enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k - n a t av att den akrylnitril-baserade fibern föroxideras tills jämviktsvattenhalten för fibern når 8~l3%. 14. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k - n a t av att den föroxiderade fibern aktiveras genom upp- hettning i C02, NH3, ånga, eller en blandad gas därav vid en temperatur av från ungefär 600 till l300°C. 15. Förfarande enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k - n a t av att den föroxiderade fibern aktiveras tills den specifika verksamma ytan för det fiberformiga aktiva kolet när värde: från ungefär 300 till zooo m2/g. 16. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k - n a t av att det fiberformiga aktiva kolet innehåller från ungefär 2 till 15 viktprocent kväve. 17. Förfarande enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k - n a t av att efter föroxidation vid nämnda begynnelsevärme- behandlingstemperatur föroxideras fibern vid en högre tempe- ratur som är lägre än ungefär 400°C. l8. Fiberformigt aktivt kol innehållande en järnförening, k ä n n e t e c k n a t av att det har en specifik verksam yta av från ungefär 300 till 2000 m2/g, en kvävehalt av från kungefär 2 till 15 viktprocent, en fiberstyrka av från ungefär .25 till 35 kg/mm2 och en diameter av från ungefär 3 till 30 -um. 8006762-2 27 19. Fiberformigt aktivt kol enligt patentkravet 18, k ä n - n e t e c k n a t av att det har framställts medelst ett för- farande som omfattar (l) spinning av en lösning av en polyakrylnitril eller en sam- polymer därav omfattande minst ungefär 60 viktprocent akryl- nitril för erhållande av en akrylnitrilbaserad fiber med en diameter av från l,5 till 15 denier, (2) behandling av den akrylnitril-baserade fibern med en lös- ning av en järnförening för erhållande av en akrylnitril-base- rad fiber innehållande järnföreningen i en mängd inom inter- vallet som satisfierar ekvationen (l) 0,02 fx" + o,o2 š y š o,os J? + 0,10 (i) vari X är viktprocenthalten sammonomer i den akrylnitril-base- rade fibern och y är viktprocenten järnhalt, (3) föroxidation av den akrylnitril-baserade fibern innehål- lande järnföreningen vid en begynnelsevärmebehandlingstempera- tur som satisfierar ekvationen (2) 2so-sxšzš29o-4x vari X definieras pà samma sätt som i ekvation (1) och Z är begynnelsevärmehandlingstemperaturen (°C), varvid järnföre- ningen förhindrar betydande koalescens under föroxidation, och (4) därefter aktivering av den föroxiderade akrylnitril-base- rade fibern. . , _ A....a4....._ _........-..-w