<Desc/Clms Page number 1>
' Procédé pour la fabrication et la régénération d'une matière carbonifère active ".
La fabrication de charbon actif en partant dtune ma- tière carbonifère en imprégant celle-ci aveo les produits chimiques les plus divers et en la oarbonisant ensuite, est connue.
En général, cette carbonisation steffectue à des
<Desc/Clms Page number 2>
températures assez élevées, mais aussi des températures moins élevées, par exemple ne surpassant pas 250 C, sont suggérées.
La matière carbonifère et les produits déshydratants sont mé- langés et, si cela est nécessaire, réchauffés après ce mélan- ge.
Les matières obtenues de cette façon ont en général des propriétés qui ne sont pas assez favorables, qui forment même souvent des inconvénients, par exemple parce que la force dé- colorante et la force d'adsorption ne sont pas assez grandes, tandis que la matière peut aussi être facilement dispersée, par exemple à un pH, trop élevé ou dans un milieu pur. De ce fait, ces matières sont souvent cause de l'obstruction de la surface des filtres en filtrant. outre, la fabrication d' une matière possédant une activité plus ou moins suffisante demande un grand surplus de produits chimiques déshydratants.
Selon l'invention, on fait réagir les produits chimiques déshydratants dans des conditions favorables sur une matière carbonisable, en réchauffant préalablement soit un, soit les deux composants. Les réactions par lesquelles la matière car- bonifère active est obtenue, provoquée de cette façon et à la température appropriée, se manifestent en général d'une façon spontanée. Ces réactions peuvent s'effectuer aussi bien isothermiquement qu'endothermiquement, ou également sans changement de température. Les produits ainsi obtenus .sont des colloïdes carbonifères actifs. Quoique par l'action de produits déshydratants sur des matières carbonisables, l'on obtienne un produit final noir, et que de ce fait ce procédé soit généralement dénommé par le mot " carbonisation ", cette carbonisation n'a pas lieu dans le vrai sens du mot.
Cette réaction est généralement très compliquée. Tandis qu'auparavant on supposait en général que les matières déshy- dratantes occasionnaient une sorte de carbonisation en fixant
<Desc/Clms Page number 3>
des atomes d'hydrogène et d'oxygène dans des proportions éga- les à celles dans lesquelles ils se trouvent dans l'eau et en soustrayant ces atomes à la matière carbonifère, les de- mandeurs ont constaté qu'à côté de cette réaction une hydra- tation doit avoir également lieu, ce qui occasionne un autre groupement des atomes dans les matériaux. De ce fait,il est ,compréhensible que certaines matières premières produisent une matière active carbonifère en quantité plus élevée que leur propre poids.
En employant des matières déshydratantes sulfureuses, par exemple de l'acide sulfurique, une sulfona- tion peut aussi se produire, quoiqu'à un degré peu élevé.
La température à laquelle les composants doivent être réchauffés dépend du caractère et de la composition des com- posants. La teneur en eau joue ici un rôle important.
La façon de laquelle la réaction s'effectue. influence aussi fortement la qualité de la matière active carbonée.
Les demandeurs ont trouvé qu'une réaction qui s'effectue ra- pidement et dont la durée ne doit pas surpasser 15 minutes, a une influence favorable et qu'elle donne par cela une meil- leure matière active.
Les demandeurs ont aussi trouvé que la teneur en eau des oomposants influence le cours de la réaction et qu'elle influence également la température à laquelle on doit ré- chauffer préalablement.
En général, une solution plus diluée des produits dés- hydratants doit être préchauffée plus fortement ou doit être mise en contact avec une matière carbonisable préohauffée à un degré plus élevé ( afin d'obtenir une bonne réaction ), qu'il n'en est le cas pour une solution plus concentrée.
L'invention a démontré que le mélange des composants s'effectue facilement si les gaz résultant de la réaction ne s'échappent pas immédiatement, de façon à ce qu'ils occasion-
<Desc/Clms Page number 4>
cent une augmentation rapide de la pression, par exemple si la réaction a lieu dans un mélangeur fermé. De cette façon, la matière carbonifère est comprimée jusqu'à l'obtention d' un volume plus petit et est mélangée plus intimement avec les déshydratants ; en travaillant à cette pression, les gaz réa- gissent aussi plus favorablement sur la matière carbonifère; ensuite,on peut laisser échapper les gaz. L'avantage de cette façon de procéder c'est que la masse n'est projetée hors du mélangeur par les gaz s'échappant spontanément ou bien qu' elle ne déborde pas quand on part de matières premières car- bonifères à l'état liquide.
Afin d'obtenir une meilleure humidification, on peut augmenter le volume des produits chimiques par l'addition d'autres matières qui doivent être de préférence aussi dus liquides ; il est très efficace d'employer à ce but des ex- traits plus ou moins concentrés provenant de la matière col- loïdale même ou des solutions de matières peu coûteuses, par exemple un sel inorganique. Il est utile que, par cette addi- tion, de la chaleur se dégage. On peut ajouter le produit préalablement aux déshydratants ou bien durant le mélange de la matière carbonifère.
Il peut aussi être utile de réchauffer le réduit dans lequel la réaction a lieu, soit intérieurement ou extérieure- ment, soit directement ou indirectement, afin de compenser la perte de ohaleur occasionné par son passage à travers les parois ou par sa conductivité; il est aussi efficace de favo- riser l'évaporation d'eau hors des composants et d'aider en quelque sorte la réaction ou d'en provoquer le commencement.
Ce réchauffage ne vise pas une augmentation de la température, puisque la chaleur de la réaction doit servir éventuellement à ce but et que cette manipulation ne serait pas économique.
Afin d'obtenir une bonne matière carbonifère active,
<Desc/Clms Page number 5>
il est important d'éliminer l'eau hors de la matière première carbonisable par un séchage complet ou partiel. Dans ce cas, la matière première n'a pas besoin d'être tellement préohauf- fée ou bien elle peut être mise en contact avec une solution de produits chimiques moins préchauffée-pour donner un même produit final qu'une matière carbonifère ayant une teneur en eau plus élevée.Il est vrai que pour cette matière plus hu- mide la réaction se produit aussi rapidement à une tempéra- ture moins élevée, mais cette réaction ne donne pas un si bon produit.
Il est reoommandable d'augmenter la température des com- posants de telle façon que l'humidité soit éliminée complète- ment ou partiellement pendant le mélange à l'état volatile.
La chaleur se dégageant de la réaction peut favoriser ce fait.
Le préchauffage des composants et l'élimination préalable de l'eau hors de ceux-ci est souvent cause que cette réaction a justement lieu en dégageant de la chaleur.
Les composants doivent être mélangés à une telle tempé- rature et dans un tel état, que la réaction désirée s'opère.
Il est très bien possible de mélanger d'abord les composants, sans qu'une forte réaction se manifeste immédiatement; dans ce cas,une réaction initiale exo-therme s'opère d'abord; cel- le-ci a lieu très rapidement, sitôt qu'une certaine tempéra- ture minima est dépassée.
Le caractère et la composition de la matière oarboni- sable influence ensuite la température et/ou le degré d'éli- mination d'eau auquel les composants doivent être prétraités.
Par exemple,de vieux matériaux fossiles,comme le charbon ou une matière carbonifère active employée qui doit être régé- nérée, exigent un préchauffage plus intense ou une élimina- tion d'eau hors des composants plus forte.
Une matière première qui donnerait moins de matière
<Desc/Clms Page number 6>
active carbonifère, peut être améliorée. Comme procès d'amé- lioration il fut déjà normé le préchauffage de la matière, mais une autre possibilité est aussi une légère précarbonisa- tion par réchauffage et un traitement graduel de la matière par des produits chimiques déshydratants.
Il est recommandable de faire subir la matière carboni- sable un prétraitement au moyen d'une solution diluée de produits chimiques qui ont été obtenus par le lavage du pro- duit final. On peut aussi faire réagir d'abord la solution concentrée et ensuite l'eau ou la solution moins concentrée.
Après que le mélange et la réaction ont eu lieu, le produit provenant de la réaction peut être stocké. Les deman- deurs ont trouvé que le stockage après la réaction favorise les bonnes qualités de la matière, à condition naturellement que la matière n'ait pas été lavée au préalable.
Pour ce procédé, les matières les plus diverses entrent en ligne de compte pour faire service de matière carbonisable: le bois et les déchets de bois, la tourbe, le lignite, la bagasse, la mélasse, la paille, le charbon, les pelures de grains et semences, des matières végétales, ou des mélanges de ceux-ci. On peut aussi employer,comme matière première, les colloïdes actifs carbonifères, lesquels ont été employés pour la purification des jus, glucose, etc... Ces produits sont donc régénérables.
Comme produits chimiques déshydratants,on peut faire usage d'acide phosphorique, de chlorure de zinc, d'oléum et de leurs solutionsaqueuses, ainsi que de leurs mélanges et leurs solutions avec des solutions de sel. Surtout l'acide sulfurique s'est révélé un produit déshydratant particulière- ment approprié.
L'activité du colloïde actif carboné peut être démon- trée de différentes façons, par exemple par son pouvoir
<Desc/Clms Page number 7>
décolorant, ou par son'pouvoir d'adsorber les matières gom- meuses et formant des écumes, etc... L'examen a déterminé que le pouvoir d'éliminer ces différentes matières n'est pas parallèle au pouvoir décolorant et que,par exemple,un bon colloïde décolorant peut être un adsorbant de matières gom- meuses moins bon. Un colloïde obtenu selon cette méthode peut même avoir un bon effet décolorant dans un milieu ayant une concentration de couleur élevée et un moins favorable résul- tat dans un milieu d'une concentration de couleur réduite, de sorte que la couleur finale n'est pas bien éliminée.
Les demandeurs ont trouvé que le colloïde élimine le mieux la couleur finale du liquide quand ce colloïde a été obtenu par une réaction de nature plutôt explosive, dans un milieu d'une teneur d'eau peu élevée, par un surplus des ma- .tières déshydratantes et une température élevée des oomposants.
Une déviation de ces circonstances a une mauvaise influence sur la capacité de fixer les couleurs, ce qui n'implique pas, du' reste, une réduction de la capacité d'adsorption générale.
La capacité d'échanger les ions également, qui doit être at- tribuée au colloïde carbonifère, est influencée par une modi- fication de ces circonstances. Par ce changement des circon- stances,il est possible,d'une part,de faire le colloïde actif oarboné se rapprocher plus du oharbon actif ordinaire et,d' autre part,de se le faire rapprocher du produit ayant une ten- dance à échanger les ions, qui adsorbera de préférence les impuretés à charge positive. Un préohauffage des composants à une température élevée-favorise le rapprochement du produit au charbon actif ordinaire.
Quant à la finesse du colloïde obtenu, celle-oi est beaucoup plus élevée si la réaction est spontanée que si elle s'écoule lentement ; ce fait est clairement démontré en tra- vaillant de la matière fossile. Le cas peut aussi se présenter
<Desc/Clms Page number 8>
que la matière carbonisable se dissout dans les produits chi- miques déshydratants et qu'ensuite elle se floconise. Le col- loïde obtenu de cette façon peut être facilement broyé.
En ce qui concerne le préchauffage des composants, ce- lui-ci peut s'effectuer à une température plus élevée que celle à laquelle la réaction s'effectue; cette température ne dépassera de préférence pas 350 ; or, ceci n'est pas un maxi- mum irrévocable. La température de la matière déshydratante peut être poussée jusqu'au point d'ébullition et elle peut être augmentée par chauffage dans un récipient fermé; de ce fait,une pression peut s'effectuer.
De préférence, le préchauffage d'un ou des deux compo- sants dépassera 40 C.
Suivent ensuite quelques exemples.
Dans ces exemples, la capacité décolorante est indiquée par un chiffre qui détermine la proportion par rapport à la capacité décolorante d'un charbon-standard, étant un charbon actif ordinaire et ayant 100 comme chiffre .
Ces essais sont effectués avec une solution aqueuse de 10% de mélasse de sucre de canne, le pH des filtrats est de 6,8 à 7, la température de contact 80 C, la durée de contact 10 minutes. Toutes les sortes de charbon ont été bien broyées avant d'exécuter les essais, tandis que le colloïde, en con- cordance avec l'invention, a été appliqué avec environ 70 - 85 % d'eau. La capacité décolorante est toutefois calculée au sur matière sèche. Pour\tant qu'il ne l'est pas démontré dans les essais, le colloïde actif est lavé à l'eau après sa fabri- cation.
EXEMPLE 1 .
Dans un autoclave avec mélangeurs et avec une soupape de sortie de 1.1/2 ", on mélange 40 kilos de sciure de bois avec 25 litres d'acide sulfurique de 60 Bé, qui a été pré-
<Desc/Clms Page number 9>
Chauffé jusqu'à 70 C.
Après que tout l'aoide sulfurique a été additionné et la masse mélangée durant environ 3 minutes, une explosion se produit, par laquelle la pression monte jusqu'à environ 1.1/2 atmosphères.
Après le lavage de la matière,on obtient environ 23 ki- los de colloïde carbonifère ( calculé sur matière .sèche ).
La capacité décolorante est 120.
Si l'on ne réchauffe pas l'acide sulfurique, il ne se produira pas d'explosion et on obtiendra une matière gluante et inutilisable.
EXEMPLE 2 :
On mélange 30 kilos de sciure de bois dans un autoclave de la façon citée sous l'exemple 1, mais réchauffé extérieure- ment à 150 C de façon à ce qu'elle soit séohée, après quoi on réchauffe 30 litres d'acide sulfurique de 66 Bé jusqu'à 150 C et on additionne cet acide à la sciure. Sit8t que 1' acide sulfurique entre en contact avec la matière carbonisa- ble, une réaction violente se produit, par laquelle un grand sont nombre de matières volatiles '. expulsées.Après 15 minutes, la masse est enlevée de l'autoclave,mise en contact,durant quelque temps,avec de l'eau, après quoi elle peut être lavée.
Le colloïde obtenu de cette façon a une capacité déco- lorantë de 280.
Il apparaît que l'on peut atteindre une déooloration finale plus prononcée qu'avec le colloïde fabriqué selon 1' exemple 2.
Le colloïde 1 aussi bien que le colloïde 2 sont aptes à la décoloration et l'épuration, en général, du soi-disant jus concentré des sucreries. Le colloïde 1 n'est pas si ap- proprié à l'obtention d'une forte décoloration des soi-disant clairces; le colloïde 2, par contre, se prête très bien à une
<Desc/Clms Page number 10>
telle décoloration.
EXEMPLE 3 :
40 kilos de sciure de bois sont introduits dans un auto- clave selon l'exemple 1 et mis en contact avec 25 litres d' acide sulfurique de 60 Bé, qui a été préchauffé à 150 C.
De cette façon,on obtient un colloïde ayant un pouvoir déco- lorant plus fort que celui du colloïde selon l'exemple 1.
EXEMPLE 4 :
30 kilos de tourbe fine et séchée sont mélangés avec une solution de 30 litres d'acide sulfurique à 65 Bé et 2 ki- los de phosphorpentoxide, qui a été chauffé à C.
On obtient un colloïde ayant une force décolorante de 210.
EXEMPLE 5 :
25 kilos de houille sont mis'en contact avec 30 litres à d'acide sulfurique/66 Bé, qui a été chauffé jusqu'au point d'ébullition. Ce fait provoque un dégagement de gaz qui dure a environ 10 minutes. On obtient un colloïde ayant un gn'in fin, dont les qualités déoolorantes sont moyennes, mais qui pos- sède un pouvoir prononcé d'échanger des ions. La quantité to- tale de colloïdes obtenue est d'environ 30 kilos.
50 6 :
30 kilos de sciure de bois sont précarbonisés par chauf- fage jusqu'à 250 C et ensuite mélangés avec 25 kilos d'acide sulfurique à 66 Bé; il résulte un dégagement de gaz et l'on obtient un colloïde ayant une bonne capacité décolorante et échangeatrice d'ions.
EXEMPLE 7 :
40 kilos de soi-disant copeaux de bois de pin très vo- lumineux sont mélangés avec 70 litres d'acide sulfurique de 60 Bé à une température normale, conservés durant 24 heures dans un récipient fermé, après quoi le surplus d'acide sulfu-
<Desc/Clms Page number 11>
rique est éliminé par pression et la masse noircie obtenue est traitée selon l'exemple 2.'Après le premier traitement, le volume de la masse a diminué considérablement.
On obtient un colloïde ayant une oapaoité décolorante de 370.
EXEMPLE 8 :
100 kilos de tourbe fine sont sèches et mis en contact avec 60 litres d'une solution de matières déshydratantes de 64 Bé, qui a été préchauffée jusqu'au point d'ébullition et qui a été obtenue de la façon suivante : l'acide résiduaire d'une masse colloïdale obtenue par un mélange d'acide et de mélasse est concentré jusqu'à 64 Bé ; ce liquide contient,à côté de 90 %.d'acide sulfurique, 10 % de compositions d'acide sulfurique de sels'provenant de la mélasse.
EXEMPLE 9 :
100 kilos de colloïde actif carbonifère usité et bien traité à la vapeur et préséohé, ayant été obtenu selon un des exemples précités, sont mélangés avec 60 litres d'aeide sul- furique, qui a été préchauffé à 1200 0. De cette façon,le colloïde est régénéré.
EXEMPLE 10 :
On additionne 30 litres dtacide sulfurique à 60 Bé à la masse non lavée ayant été obtenue selon l'exemple 2; la durée de contact est de 3 heures, après quoi on peut laver la masse. La capacité décolorante a augmentée considérable- ment.
EXEMPEL 11 :
Une quantité d'acide sulfurique à 66 Bé dans un réel- pient fermé est chauffée extérieurement jusqu'à l'obtention d'une pression de 2 atmosphères. 30 litres de cet acide sul- furique sont injectés dans un autoclave fermé, dans lequel se trouvent 30 kilos de sciure de bois séché. On obtient un
<Desc/Clms Page number 12>
colloïde ayant une forte capacité décolorante.
REVENDICATIONS.
1.) Procédé pour la fabrication et la régénération de colloïdes actifs et carbonifères par réaction de produits chimiques déshydratants sur des matériaux carbonisables, ca- ractérisé par le fait que les composants, ou un de ceux-ci, sont préchauffés.