DD257821A1

DD257821A1 - Verfahren zur herstellung von aktivkohlenstoff mit geringem gehalt an verunreinigungen

Info

Publication number: DD257821A1
Application number: DD30010987A
Authority: DD
Inventors: Henry Preiss; Bernd Thiemann
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1987-02-23
Filing date: 1987-02-23
Publication date: 1988-06-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aktivkohlenstoff mit geringen Verunreinigungsgehalten. Ziel der Erfindung ist die Gewinnung von Aktivkohlenstoffen mit hoher Oberflaeche, die in der chemischen Katalysatortechnik, Umwelttechnik, Medizin oder chemischen Stofftrennung verwendet werden, wenn hohe Forderungen an die chemische Reinheit der Aktivkohlenstoffe gestellt werden. Im Gegensatz zu den meisten Herstellungsverfahren fuer Aktivkohlenstoffe und Kohlenstoffadsorbenzien wird im vorliegenden Verfahren von besonders verunreinigungsarmen Kohlenstofftraegern ausgegangen, wie z. B. aschearme Elektrodenpeche darstellen. Die Peche werden durch partielle Pyrolyse bei 400 bis 600C in Mesophasenpeche ueberfuehrt und diese mittels Halogene oder Interhalogenverbindungen, wie z. B. Brom bzw. Jodchlorid, in halogenierte Mesophasenpeche ueberfuehrt. Durch thermische Behandlungen, bei denen zunaechst ueberschuessige Halogene und schliesslich bei 600 bis 1 000C Hydrohalogenide eliminiert werden, entstehen Aktivkohlenstoffe mit hoher BET-Oberflaeche. Bei der Dehydrohalogenierung werden Verunreinigungen, insbesondere Schwermetallspuren, als Halogenide verfluechtigt.

Description

Ausführungsbeispiele Beispiel 1:

Steinkohlenpech mit einem Aschegehalt 0,1 Gew.-% wird mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 5 K min"¹ bis auf 450°C in ein Mesophasenpech überführt. 10g des vermahlenen Mesophasenpechs werden unter Eiskühlung mit 30g Brom versetzt. Durch Erwärmen auf Zimmertemperatur und schließlich auf 150⁰C werden die Reaktion zu Ende geführt und das überschüssige Brom entfernt. Es resultieren 22g eines bromierten Mesophasenpeches mit einem Bromgehalt von etwa 56% Brom. Durch Aufheizen in einem feuchtig keits- und sauerstofffreien Stickstoff strom auf 1000 ⁰C mit einer Geschwindigkeit von2Kmin~¹und Abkühlung unter Inertgas resultiert ein, Aktiv-Kohlenstoff mit einer BET-Oberf lache von 550m²g~¹. Nach mehrmaligem Waschen mit Wasser und Trocknen bei 150⁰C beträgt der Aschegehalt 0,02 Gew.-% und der Bromgehalt 0,1 Gew.-%.

Beispiel 2:

Zu 10g des nach Beispiel 1 hergestellten Mesophasenpechs werden unter Eiskühlung 50g Jodmonochlorid langsam zugefügt. Unter Einleiten von Chlor wird anschließend 2 Stunden am Rückfluß auf 100⁰C erhitzt, wobei sich teilweise JCI₃ bildet. Anschließend werden die Jodchloride durch Destillieren entfernt. Das halogeniert« Mesophasenpech wird danach in einer Inertgasatmosphäre mit einer Geschwindigkeit von 2KmJn"¹ auf 1000⁰C aufgeheizt. Nach mehrmaligem Waschen mit Wasser und Trocknen bei 15O⁰C resultiert ein Aktiv-Kohlenstoff mit einer BET-Oberfläche von 890m²g~¹ und einem Aschegehalt von 0,02Gew.-%

Claims

Verfahren zur Darstellung von Aktivkohlenstoff mit geringem Gehalt an Verunreinigungen, insbesondere an Schwermetallen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kohlenwasserstofföl oder -pech bei 400 bis 700⁰C in ein Mesophasenpech überführt wird, dieses mit einem Halogen, vorwiegend Brom, oder einer Interhalogenverbindung halogeniert wird, unter sauerstofffreiem Inertgas zwischen 600 und 1 300⁰C einer Temperaturbehandlung ausgesetzt und anschließend mehrmals mit Wasser ausgewaschen wird.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aktivkohlenstoffen, die in chemischen Prozessen zur Kohlenwasserstofftrennung, als Katalysatorträger, zur Entfernung schädlicher Stoffe aus Flüssigkeiten, Dämpfen und Gasen und in der Medizin verwendet werden, wenn hohe Forderungen an die chemische Reinheit, insbesondere an die Abwesenheit von Schwermetallen, gestellt werden.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Kohlenstoffadsorbenzien werden in der Regel nach zwei grundlegenden Verfahren hergestellt. Steinkohlen, Torf, Holzkohle oder Kokse werden zur Erzeugung eines wirksamen Porensystems entweder mit oxydierenden Gasen oder mit Chemikalien (z. B. ZnCI₂, KOH oder Säuren) aktiviert. In beiden Fällen werden die von den Ausgangsstoffen herrührenden mineralischen Verunreinigungen in das resultierende Adsorbens übertragen und werden sogar, wie bei der Aktivierung, mit Chemikalien, noch vermehrt. Darüber hinaus können natürliche Verunreinigungen und zugesetzte Chemikalien zur Bildung einer Undefinierten Porenverteilung führen. Die nachteiligen Folgen, die die Gegenwart von Verunreinigungen, insbesondere Schwermetalle, in den Adsorbenzien bei deren Anwendung verursachen, werden in der DE-PS 2144916 dadurch vermieden, daß die Verunreinigungen durch eine Nachbehandlung der Adsorbenzien mit Säuredampf und anschließendes Auswaschen entfernt werden. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß mehrere Behandlungsschritte erforderlich sind und Auswirkungen der Verunreinigungen auf die Bildung des Porensystems nicht vermieden werden.

Aufwendige Nachbehandlungsverfahren können vermieden werden, wenn von Kohlenstoffmaterialien mit sehr niedrigen Verunreinigungsgehalten ausgegangen wird, wie sie z. B. Elektrodenpeche darstellen. Peche liefern jedoch bei thermischer Behandlung backende Kokse, die zur Erzeugung von Aktivkohlenstoffen nicht geeignet sind. Inwieweit sich aus Pechen nach ihrer chemischen Modifizierung, etwa Halogenierung, auf direktem Weg-Aktivkohlenstoffe ohne zusätzliche Aktivierung mit Gasen bzw. Dämpfen herstellen lassen, ist bisher unbekannt. In der GB-PS 2053877 ist die Brom-und Jodaufnahme durch Mesophasenpech, das durch partielle Pyrolyse aus Pech erhältlich ist, mitgeteilt und die Verwendung der gebildeten Komplexe für Batterieelemente empfohlen worden. Die Halogenierung des Mesophasenpechs und die Gewinnung von Aktivkohlenstoffen ist jedoch nicht erkannt worden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist, ein wirksames und an Verunreinigungen armes Kohlenstoffadsorbens für chemische, katalytische und medizinische Anwendungen durch einen geringen Aufwand an Bearbeitungsstufen und ohne Dampf- bzw. Gasaktivierung herzustellen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die Zielstellung dadurch gelöst, daß man das Mesophasenpech eines KohlenwasserstoffÖls oder -pechs mit einem Aschegehalt kleiner als 0,1 Gew.-% mit einem Halogenierungsmittel behandelt und das halogenierte Mesophasenpech einer anschließenden thermischen Behandlung von 600 bis 1 30O⁰C unterwirft. Die Halogenierung von Mesophasenpechen mit Komplexbildnern, z. B. Metallhalogenide^ zum Zwecke der Erzeugung spezifisch wirksamer Porensysteme bei anschließenderthermischer Behandlung wurde bereits in 2510/8702/DD vorgeschlagen. Da diese Komplexbildner Veranlassung zu zusätzlichen Schwermetallverunreinigungen geben können, sollten sie für die genannte Zielstellung wenig geeignet sein.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß sich Mesophasenpeche auch mit Brom und Interhalogenverbindungen halogieren lassen, wenn die Pyrolysetemperatur zur Gewinnung der Mesophasenpeche unterhalb 800⁰C liegt. Die thermische Behandlung der halogenierten Mesophasenpeche liefert unter Dehydrohalogenierung ein spezifisch wirksames Porensystem. Schwermetallverunreinigungen der Ausgangsstoffe werden bei der Halogenierung und Dehydrohalogenierung als lösliche bzw. flüchtige Halogenide entfernt.

Bei der chemischen Modifizierung wird von dem Mesophasenpech mehr Brom bzw. Interhalogenverbindungen aufgenommen, als für die Kohlenstoff halogenierung benötigt wird. Dieses überschüssige Halogen wird bei Erwärmung bereits unterhalb 150⁰C abgegeben. Bei weiterer Erwärmung werden Halogenwasserstoffe und Halogenkohlenwasserstoffe abgegeben. Die restlose Abspaltung der Halogenwasserstoffe und Verflüchtigung von Schwermetallhalogeniden macht eine Temperaturbehandlung zwischen 600 und 1 000⁰C erforderlich, wobei sich das Porensystem bildet. Durch Auswaschen mit Wasser werden abschließend restliche Halogeniede entfernt.