<Desc/Clms Page number 1>
Procédé de préparation de charbons actifs.
Relativement aux* gaz tres éloignés de leur point de liquéfaction, il n'y a pas de notable différence entre les charbons absorbants obtenus par simple carbonisation de matières végétales ou animales et les charbons qui ont subi un traitement spécial d'Activation. Un charbon de bois quelconque et un bon charbon préparé suivant une technique bien étudiée absorbent à la température ordinaire des quantités très voisines d'acide sulfureux.
Au contraire', ces mêmes charbons se distinguenont immédiatement par leurs coefficients d'absorption tout à fait dissemblables lorsqu'ils seront mis en présence de vapeurs de corps existant à l'état liquide ou solide sous la pression atmosphérique à la température où l'absorption a lieu ou à une température un peu inférieure.
Par exemple", pour une même tension partielle des vapeurs de benzol', le charbon de bois n'en absorbera que 5 à 6% de son poids, tandis que le charbon motivé en absor- bera 40% ou plus,
La densité apparente de ces deux charbons est cependant presque la même, leurs surfaces actives', si l'on se reporte à l'absorption de SO2 sont du même ordre de
<Desc/Clms Page number 2>
grandeur, ne oui laisse à penser que leur compacité ne diffère gure.
On est donc conduit à attacher une importance plus considérable aux différences d'ordre chimique qu'ils peu- vent présenter qu'aux différences d'ordre physique. si la nature des cendres parait avoir une impor- tance tout à fait insignifiante, il n'en est pas de même de la teneur en hydrogène. Le charbon de bois retenait encore environ 0.90 d'hydrogène, le charbon activé n'en retenait plus qu'environ 0.50.
Cet hydrogène est certainement ergagé dans des combinaisons organiques', car le charbon autivé', même après saturation sous une forte pression, n'en retime pas une pareille proportion.
L'observation a été répétée un grand nombre de fois: les charbons très actifs se distinguent toujours des charbons peu actifs par une bien plus faible teneur en hydrogène.
Cette constatation a conduit 1'-inventeur à, penser que', si l'absorption des gaz est primitivement une adsorption c'est-à-dire un phénomène entre surfaces hétérogènes char- bon-gaz, il doit succéder à cette phase d'adsorption un phénomène de nature capillaire où n'intervient plus que l'action des molécules gazeuses relativement immobilisées par la paroi de charbon sur les molécules gazeuses de même espèce. Ce nui rend parfaitement compréhensible que le rôle de cette seconde phase soit d'autant plus important que les molécules du gaz ou de la vapeur envisagés sont, à la température de l'expérience, plus aptes à passer de l'état gazeux à l'état liquide ou solide sous l'action d'une compression.
L'inventeur accorde donc une Grande valeur à cette théorie déjà présentée d s 1916 par le physicien LANGEU Il remaraue, en outre, que l'action des composés hydrogénés retenus dans les pores du charbon ne parait porter que sur la seconde phase du phénomène d'absorption. La présence de ces corps contrarierait les actions capi aires des
<Desc/Clms Page number 3>
molécules des premières couches moléculaires absorbées sur les couches des molécules suivantes. Ce serait là un-phénomène tout à fait analogue à l'action des vapeurs d'éther, répandues dans l'atmosphère ambiante', sur la tension superficielle de l'eau.
La fig. 1 du dessin ci-annexé appuie fortement cette manière de voir. Elle est relative à l'absorption de l'anhy- dride sulfureux par du charbon de bois et du charbon activé.
En abscisses, sont portées les concentrations'de SO2 dans un véhicule gazeux inerte', en ordonnées', les quantités d'anhydride sulfureux qui sont retenues par le charbon en 'équilibre avec l'atmpsphère gazeuse définie en abscisse.
On voit que', pour de faibles pressions partielles , de l'ordre de 1% le. charbon de bois absorbe 75% du poids absorbé par le charbon actif, tandis que', pour une concen- tration de 10% il n'en absorbe plus que la moitié.
De cette figure', on peut déduire que la surface utile du charbon de trois est inférieure au maximum d'un quart à la surface utile du charbon actif; ce qui peut être du', en partie, à l'excès de produits hydrogénés contenus dans le charbon de bois ; maisces produits n'agissent pas seule- ment par la diminution de surface, et leur action devient de plus en plus importante au fur et à mesure que l'on s'écar te des.phénomènes d'adsorption pour entrer dans les actions capillaires.
Du moment où la présence de tels produits suffit à expliquer les variations constatées dans le pouvoir absor- bant des charbons, il est parfaitement inutile d'invoquer l'hypothétique existence d'un charbon amorphe actif coexis- tant avec un charbon amorphe inactif, ou de supposer avec
LANGEUE que le charbon n'est actif qu'aux points où des atomes de carbone, reliés à un oxygène ou à un hydrogène, en ont été privés et se présentent en quelque sorte à valences ouvertes.
Les spectres de rayons X semblent mettre hors de doute que la molécule de carbone, aussi bien dans le charbon
<Desc/Clms Page number 4>
amorphe que dans le graphite', est composée de six atomes présentant le même arrangement, Il suffit d'admettre, pour expliquer la différence entre ces deux charbons', que, dans le charbon amorphe', ces molécules hexagonales sont séparées, tandis que, dans le graphite', elles forment par additivité des complexes d'un ordre élevé et que cette complexité même les isole en quelque sorte du milieu extérieur.
Ces considérations détaillées sont indispensables pour faire comprendre nettement de quel ordre sont les progrès réalisés par les procédés décrits ci-dessous dans la fabrication des charbons actifs.
Jusqu'ici', la fabrication des charbons actifs a eu lieu d'une façon empirique, si à la suite de BERZEILU l'on a préconisé presaue tous les corps de la chimie minérale comme agents d'activation, on n'a pas prévu quelle était l'action utile de ces eorp et il en résulte que l'on n'a pas obtenu, au point de vue activation, le résultat optimum.
D'ailleurs', une idée fausse, qui avait pris quelque auto- rité surtdut depuis une vingtaine d'années, a été le prin- cipal obstacle auquel les chercheurs se sont heurtés, On admettait, en et et sous l'influence de certaines affirma- tions péremptoires', que, dons la fabrication des charbons actifs, il ne fallait pas dépasser une certaine température-, Certains auteurs ont fixé 7000 comme limite à partir de laquelle le nharbon amorphe tendait à devenir inactif. .beau- coup se sont contenté; comme indication, de dire qu'il fal- lait aller jusqu'à complète carbonisation.
L'inhalateur suivant les idées développées plus heut tant sur 1 ' importance de la deshydrogénation que sur la non-existence de deux variétés de carbone amorphe très différentes au point de vue de l'absorption, a, au contraire, établi une technique raisonnée de l'activation des char- bons, techniaue qui lui a permis d'obtenir des charbons d'une teneur en hydrgiène inférieure et, corréativement, d'une activité supérieure à tout ce qui avait été obtenu jusqu'ici,
<Desc/Clms Page number 5>
Il a été conduit';
par ses recherches', à reconnaître que les oxydes en général, qu'ils soient introduits comme tels ou qu'ils se forment au cours de la calcination du produit, étaient susceptibles de détruire les combinaisons organiques avant de réagir sur le charbon amorphe.
La seule condition est d'atteindre la température nécessaire pour que l'oxyde agisse effectivement et c'est cette nécessité qui différencie le procédé de l'inventeur de tous les autres procédés où les mêmes corps susceptibles de fournir les oxydes déshydrogénants sont préconisés sans que; cependant', soit tiré le parti voulu de cette action déshydrogénante.
Si l'inventeur emploie, par exemple, le chlorure de zinc', il ne s'arrête pas à son action déshydratante et carbonisante qui a lieu au-dessous de 700 . Si l'on s'arrête à cette température', on peut', par lavage chlorhdyrique récupérer une forte proportion du chlorure-de zinc mis en oeuvre et obtenir du charbon Suffisamment actif pour un certain nombre d'emplois, Mais, dans ses procédés, l'inventeur cherche à obtenir un.charbon de haute activité et, à cet effet, il élève la température à 800 ou 1.000 ou plus, la limitation de température étant due surtout à la nécessité d'employer des fours @ cornues pour mettre autant que possible le produit à l'abri d'une oxydation par l'air ou les fumées,
L'actif déshydratante du chlorure de zinc,
qui a lieu à des températures relativement Basses s'accompagne d'une forte hydrolyse", et il ,se%dégage de l'acide chlorhy- drique en abondance', tandis que le zinc demeure pour la plus grande partie, dans le charbon à l'état d'oxyde. Il a été dit plus haut que, lorsque, cette action est terminée, c'est-à-dire au voisinage- de 700 , on a un charbon possé- dant déjà une activité notable lorsqu'il est débarrassé de l'oxyde de zinc par un lavage chlorhydrique, M ais l'inventeur ne s'arrête pas à ce stade et élève la températu. re jusqu'à une réduction de l'oxyde de zinc par les composés
<Desc/Clms Page number 6>
hydrogénés.
Il @ a dégagement de vapeurs de zinc et d'oxyde de zinc, qui correspond a la destruction des derniers composés hydrogénés.
EMI6.1
-±-" La réaction terminée au bout d'un temps qui dépend est* de la température at einte; le (1harbo:'roidi f:, l'abri de l'air et débarrassé de l'oxyde de zinc et du zinc métal- lique qu'il a retenus', par un lavage à l'eau chlorhydrique.
Le charbon obtenu, contrairement à ce qui était admis quant à l'action désavantageuse des hautes tempéra- tures at ointes', est extrêmement actif.
Le procédé est absolument générale A titre d'exemple, l'inventeur a vérifié que l'on obtient encore un excellent charbon en introduisant, dans un produit végétal quelconque, de l'oxychlorure d'arsenic qui laisse dans le charbon, à partir d'une certaine température, un résidu d'acide arsénieux; la température est élevée jusqu'à ce que se produise la distillation de l'arsenic réduit par les hydro- carbures.
Naturellement', des considérations d'opportunité et d'hygiene peuvent interdire l'emploi de ce corps dans la fabrication, mais cet e expérience démontre clairement que la destruction des produits hydrogénés résistant à la oalci- nation se fait parfaitement sur un oxyde quelconque métalli-
EMI6.2
#¯¯ que ou métalldrdique' basique ou anhydride d'acide, se qui que '/ importe essentiellement, c'est, non pas' le composé devienne finalement un composé binaire oxygéné', mais que sa décomposition', à une température suffisamment élevée, puisse s'accompagner de l'oxydation des hydrogènes en combinaison dans les produits hydrogénés résistant à la seule oaloination. L'acide phosphorique peut être donné comme exemple de composés ternaires et', même,
on peut prendre des composés plus complexes, comme les phosphates
EMI6.3
mono- ou bicaloiques.
Il est presque inutile d'insister', après ce qui a été dit ci-dessus, sur le fait que l'action utile n'est pas cherchée dans l'action déshydratante ou carbonisante de ces corps à bse température.
<Desc/Clms Page number 7>
L'acide sulfurique, le chlorure ferrique', sont des déshydratants énergiques et, cependant',' comme l'a montré MOIJSAN', les charbons obtenus au moyen de ces agents contiennent encore une forte proportion d'hydro- gène combiné et sont médiocrement absorbants et inférieurs aux charbons obtenus par l'oxydation à la vapeur d'eau surchauffée', qui n'est cependant ni déshydratante ni carbo- nisante ou', plus exactement', ne l'est que par sa haute tem pératre Cependant'' la vapeur d'eau elle-même ne permet pas d'obtenir une déshydrogénation complète, car, à partir d'une certaine température', qu'il faudrait cependant pou- voir dépasser pour obtenir la deshydrogénation intégrale, elle réagit avec la même facilité sur le charbon amorphe qui se trouve détruit dans les mêmes proportions que les composés hydrogénés,
ainsi que le montre la fig. 2-du des- sin ci-annexé, tirée des travaux de CHANEY.
D'une manière générale, d'ailleurs', l'inventeur écarte les produits oxydants qui ne pourraient intervenir que sous forme de vapeurs introduites en cours de calcina- tion. Ces produits réagissent surtout sur les parties externes des mas es carbonées et oxydent , dans ces par- ties', le carbone amorphe', tandis que leur action se fait trop peu sentir sur les composés hydrogénés contenus dans les parties mieux protégées du charbon.
Si, avec des agents oxydants d'une volatilité qui ne. soit pas absolument négligeable aux hautes températures atteintes', cette volatilité ne permettait pas de prolon- ger assez longtemps l'action chimique pour obtenir un charbon très actif, il y aurait lieu d'arrêter la oaloi- nation de ce charbon, de l'imprégner de nouveau de l'agent oxydant et de le calciner à nouveau, et l'opéra- tion pourrait être répétée autant de fois qu'il serait nécessaires
De même, on pourra, par des calcinât ions successi- ves', faire agir successivement dif- érents agents oxydants', ce qui-pourra avoir lieu pour différents motifs :
par
<Desc/Clms Page number 8>
exemple pour pendre solubles les matières minérales 'contenues dans le charbon, ou bien', au contraire', pour les rendre tout à fait insilubles
Dans tout ce qui a été dit il n'a pas été ques- tion de la façon dont pouvait être effectué le mélange des substances activantes employées et des produits carbonés mis en oeuvre', ceoi parce que', suivant la nature de ces poduits carbonés', leur texture', la forme sous laquelle ils se présentent etc.., la technique variera: imprégnation au moyen de solution, mélange mécanique, ag lomération etc.. De même', on devra', dans chaque cas particulier, déterminer, par l'expérience, les proportions optima de ces mélanges.
R E V E N D C A T I O N S
1, Procédé de préparation de charbons très actifs caractérisé par le fait qu'en vue de détruire les composés hydrogénés contenus dans les charbons et, par suite', d'augmenter l'activité de ces charbons', ces derniers sont traités par un oxyde quelconque, métallique ou métalloîdaique, basqiue ou anhdride d'acide, et sont chauffés une température à laquelle l'oxyde réduit les composés hydrogénés sans réagir sur le charbon amorphe 100 ou plus).