FI86403C - Foerfarande foer framstaellning av aktivkol fraon cellulosahaltigt material. - Google Patents

Description

86403

Menetelmä aktiivihiilen valmistamiseksi selluloosa-pitoisesta materiaalista

Keksintö kohdistuu menetelmään aktiivihiilen valmis-5 tamiseksi selluloosapitoisesta materiaalista, joka käsittää materiaalin käsittelyn fosforiyhdisteellä, joka muodostaa esterin selluloosan kanssa, sekä sitä seuraavan pyrolyysin ja aktivoinnin sopivassa ilmakehässä käyttäen sopivaa lämpötila-aika-ohjelmaa.

10

On tunnettua muodostaa aktiivihiiltä selluloosapitoisesta kuitumateriaalista suorittamalla kuiduille pyrolyysi ja aktivointi sopivassa ympäristössä nostamalla lämpötilaa sopivalla ohjelmalla aina n. 500-15 1000°C välille. Tässä lämpökäsittelyssä tapahtuu toisaalta tietynasteinen painohäviö pyrolyysin johdosta ja samalla syntyy aktiivihiilelle ominainen mikrohuo-koisuus. Näihin ilmiöihin on pyritty vaikuttamaan suorittamalla lähtöaineena käytettävälle kuitumateri-20 aalille esikäsittely, jolloin ne impregnoidaan sopivalla liuoksella. Tunnettua on esim. käsitellä lähtöaine Lewis-happoa sisältävällä liuoksella, kuten esim.

: alumiinikloridia, sinkkikloridia tai kalsiumkloridia .·“ sisältävällä tai jotain näiden seosta sisältävällä .·.: 25 liuoksella. Tällä tavoin pyritään parantamaan paino- :\· häviötä lämpökäsittelyn myöhemmässä vaiheessa lop- • · « *!!. putuotteen lujuuden parantamiseksi.

*·' ' Lisäksi on tunnettua käyttää selluloosakuiduista 30 koostuvan lähtöaineen, kuten kankaan esikäsittelyyn fosforiyhdisteitä. Tällainen menetelmä on esitetty saksalaisessa hakemusjulkaisussa 2,500,307 (Toyobo Co : Ltd), missä polynosic-viskoosikuituja impregnoidaan :V fosfaattia sisältävällä liuoksella, kuten fosforihapol- .]/ 35 la, diamonimumvetyfosfaatilla, polyfosforihappoliuok- sella, ureafosfaatilla jne. Varsinainen lämpökäsittely suoritetaan pääasiallisesti typpeä sisältävässä ilmakehässä n. 250-300°C:een välillä n. 30 min ajan, minkä jälkeen lämpötila nostetaan nopeasti 800°C:een, 40 jossa aktivointi suoritetaan n. 30 p-% vesihöyryä a 86403 sisältävällä aktivointikaasulla. Menetelmässä on tarkoituksena käyttää erittäin kestäviä regeneroituja selluloosakuituja lähtöaineena, jolloin fosforiyhdis-teen tarkoituksena on edesauttaa lujuuden säilyttämistä 5 lämpökäsittelyn aikana sekä aikaansaada fosforin haihtuminen aktivointivaiheessa adsorptiotehokkuuden lisäämiseksi. Lisäksi on mainittu, että fosforiyhdis-teiden käyttö nopeuttaa huomattavasti aktivointia vesihöyryllä, jolloin käsittelyaika lyhenee.

10

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä, jolla fosforiyhdisteellä esikäsitellystä materiaalista voidaan valmistaa aktiivihiiltä selluloosamateriaaleis-ta, joiden lähtölujuus ei ole em. hakemusjulkaisussa 15 esitettyä luokkaa, mutta saatavilla aktiivihiilituot- teilla on kuitenkin hyvät lujuus- ja adsorptio-ominaisuudet. Tämän toteuttamiseksi keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiassa tunnusomaista se, että aktivointi suoritetaan hiilidioksidi-ilmakehässä 20 hiilidioksidin pelkistysreaktion avulla hiilidiok sidikaasun virratessa materiaalin ohi.

Pyrolyysivaiheessa fosforiyhdisteet katalysoivat veden lohkeamista selluloosamolekyyleistä sitomalla 25 kemiallisesti selluloosamolekyylin C-6-hiilet, joiden vapaina ollessa muodostuisi erilaisia materiaalista irtoavia heterosyklisiä yhdisteitä, ns. terva-aineita. Tämän johdosta saanto paranee. Aktivointi suoritetaan tämän jälkeen hiilidioksidi-ilmakehässä, jolloin 30 hiilidioksidikaasun paineella ja virtausnopeudella voidaan säätää aktivointitapahtumaa, jossa huokos-·; rakenne syntyy hiilidioksidin pelkistymisen avulla, jolloin materiaalista poistuu hiiltä hiilimonoksidin » · muodossa. Menetelmällä on lisäksi eräitä edullisia 35 toteutusvaihtoehtoja, jotka koskevat lämpökäsittelyssä käytettyjä lämpötiloja ja niiden nostonopeuksia.

3 86403 Käsittely suoritetaan edullisesti fosfaatilla, erityisesti anunoniumfosfaatilla, joka voi olla triammonium-fosfaattia, diammoniumvetyfosfaattia tai ammonium-5 divetyfosfaattia. Käsittely suoritetaan tällöin impregnoimalla lähtöaineena käytetty materiaali näitä fosfaatteja sisältävällä liuoksella, jonka pitoisuus voi olla 1-10 p-%.

10 Hiilidioksidin käyttö aktivointikaasuna mahdollistaa korkeampien aktivointilämpötilojen käytön sekä mahdollistaa pidemmän käsittelyajan, jolloin saadaan syntymään hyvä huokosrakenne lujuuden kärsimättä. Lisäksi hiilidioksidin avulla on mahdollisuus vaikuttaa 15 massavaikutuksen lain avulla aktivointivaiheessa huokosten syntymiseen seuraavan yhtälön pohjalta:

C02+C <- -> 2CO

20 Hiilidioksidin paineen ja virtausnopeuden avulla . . aktivointiprosessissa voidaan lisäksi hienosäätää - huokostilavuuden syntyä ja näin saavuttaa optimi ’-·· aktivointiaste, jossa lujuus ja huokostilavuus ovat \ halutut. Hiilidioksidi-ilmakehän koostumus on edul- . 25 lisesti sellainen, että siinä ei ole muita aktivoivia : 4 kaasuja, tai niiden osuus on alle 10 til-% hiilidiok- :V sidin määrästä.

Edullisesti käytetään hiilidioksidia ilmakehänä myös 30 pyrolyysivaiheessa, jolloin toisiaan seuraavat pyro-lyysi ja aktivointi voidaan suorittaa kaasua vaihtamat-ta. Muissa vaiheissa kuin aktivoinnissa (n. alle \ . 700°:n lämpötilassa) voidaan käyttää myös typpeä.

*:* 35 Toisiaan seuraavat pyrolyysi- ja aktivointivaiheet suoritetaan lämpötila-aika-oh jelmalla, jolle on * tunnusomaista suhteellisen hidas lämpötilan nosto » · 4 86403 340°C:een, 340°C:n ja 500°C:n välillä loivempi lämpötilan nosto tai tietyn ajan vakiolämpötila, ja suhteellisen hidas lämpötilan nosto aktivointivaiheeseen yli 850°C:ssa. Aktivointivaihetta jatketaan yli 850°C:ssa, 5 kunnes saanto on alle 25% alkuperäisestä, edullisesti alle 22%. Lisäksi käyttämällä käsittelyssä typpipitoisia fosforiyhdisteitä, kuten ammoniumfosfaatteja, on mahdollista saada aikaan P-N-yhdisteitä, jotka aiheuttavat ristisidoksia hiiltymään, mikä lujittaa tuotteen 10 rakennetta.

Fosf oriyhdisteen vaikutuksen on havaittu olevan suotuisa yllättävän pienellä fosforipitoisuudella. Ennen lämpökäsittelyä on diammoniumvetyfosfaatilla 15 käsitellyn materiaalin fosforipitoisuudeksi määritetty 0,7 p-% fosforiatomeina laskettuna, mikä vastaa vain n. 4%:sesti selluloosaan sitoutunutta fosforiyhdistet-tä. Typen pitoisuudeksi materiaalissa on diammonium-vetyfosfaattia käytettäessä määritetty 0,38 p-%.

20 Fosforin teho näin pienillä pitoisuuksilla johtunee fosfaattiryhmän kyvystä vaikuttaa myös muihin selluloosan anhydroglukoosiyksiköihin kuin siihen, johon se on sitoutunut.

25 Menetelmän mukaan valmistetulle tuotteelle on luonteenomaista se, että siinä on jäljellä aktivoinninkin jälkeen fosforia aina yli 1 p-% ja typpeä yli 0,4 p-%, mikä diammoniumvetyfosfaatilla 20-25 p-% saannolla vastaa fosforin osalta aina yli 25% jäännöspitoi-30 suutta alkuperäisestä määrästä ja typen osalta aina yli 20% alkuperäisestä määrästä. Jäljempänä olevassa ; taulukossa 1 on annettu joidenkin keksinnön mukaisella menetelmällä valmistettujen näytteiden fosfori- ja typp ip ito i suudet.

Keksinnön mukaisesti on pystytty valmistamaan high-tenacity -viskoosikuiduista, joiden DP-arvo on alle 400, kankaan muodossa olevaa aktiivihiilimateriaalia, 35 ϋ 5 864C3 jonka saanto on 14-25% ja BET-arvo 750-1600 m2/g. Saannon ollessa välillä 14-22% on päästy välillä 1000-1600 m2/g oleviin BET-arvoihin. Näillä saannoilla havaittiin kankailla olevan myös riittävä lujuus eri 5 käyttökohteisiin, joita ovat monet aineiden erotukseen kaasuista ja nesteistä liittyvät käytännön sovellutukset, kuten erityisesti hengityssuojaimet ja erilaiset suodattimet. Saaduille kankaille oli lisäksi ominaista kiiltävyys ja pehmeys ilman tahmeata tuntua.

10

Taulukko 1 Ajoista 6, 9, 11, 16 ja 17 saaduista näytteistä aktivoinnin jälkeen jäljellä olevat fosfori- ja typpipitoisuudet. Alkuperäiset pitoisuudet: fosfori 0,70% 15 ja typpi 0,38%. Ajoparametrit selostettu jäljempänä

Ajo n:o Saanto, % BET, m2/g P, % N, % : 6 23.1 878 1.40 0.52 Γ'. 9 16.9 1460 1.78 0.73 11 20.4 1164 2.05 0.82 16 21.8 ei mit. 1.02 0.51 17 22.4 ei mit. 1.38 0.57

Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin keksinnön mukaisella menetelmällä suoritetun alustavan koesarjan ja varsinaisen koesarjan avulla, jonka yksittäisiä ·:··· 5 kokeita on havainnollistettu myös oheisissa piirustuk- sissa, joissa kuvien 1-17 numerot vastaavat var-*. sinaisen koesarjan ajon numeroa, a:11a merkitty kuva esittää vastaavan ajon lämpötilakäyrää ajan funktiona 6 86403 ja b:llä merkitty kuva esittää vastaavassa ajossa käsitellyn näytteen massaa ajan funktiona, kuvat 18 ja 19 esittävät samoja tietoja alustavan koesarjan ajoista, kuva 20 havainnollistaa varsinaisen koesarjan 5 ajoista saatujen näytteiden ominaispinta-alaa saannon funktiona, ja kuva 21 esittää samojen näytteiden mikrohuokosadsorptiota saannon funktiona. Eri lämpö-tilakäyrät kussakin kuvassa kuvaavat eri osissa uunia sijaitsevista lämpötilan mittauspisteistä saatuja 10 lukemia. Kuvassa 15 on lisäksi esitetty näytteestä ajon aikana mitattu lämpötila.

Lähtöaineina menetelmässä käytetään selluloosakuiduista koostuvaa materiaalia, joka voi olla esim. kankaan 15 muodossa. Edullisena lähtöaineena ovat esim. vis-koosikuidut, joilla on luonnostaan hyvä lujuus sekä jo valmiiksi tietynasteista huokoisuutta. Soveltuvana materiaalina on esim. hakijan valmistama 1,0-1,3 dtex:n high-tenacity -viskoosikuidut, joiden vetolujuus 20 on n. 2,9-3,2 cN/dtex. Elohopeaporosimetrillä mitattu kuitujen alkuhuokoisuus on alueella 100-500 μΐ/g.

Edellä mainittuja high-tenacity -viskoosikuiduista muodostetusta 15 tex:n viskoosilangasta (lanka 2804) 25 kudottiin kangas (MS-kangas), jonka neliöpaino oli 186 g/m2. Kangaspaloille suoritettiin keksinnön mukainen esikäsittely ammoniumfosfaattia sisältävillä eri liuoksilla, minkä lisäksi suoritettiin vertailukoe esikäsittelemättömällä kangaspalalla. Käsittelyliuok-30 sinä oli veteen tehdyt 2-2,5 p-% triammoniumfosfaatti ja diammoniumvetyfosfaattiliuokset, joiden pH on ; emäksisellä alueella, yli 8,0.

Valmistettaessa näytteitä ajoja varten liuoksen 35 annettiin impregnoitua kangaspalaan yleensä 3 min ajan huoneenlämpötilassa, ja ylimääräinen liuos poistettiin käsittelyn jälkeen ensin mekaanisesti viemällä pala peräkkäin viisi kertaa puristintelojen li 7 86403 välistä käyttäen sopivansuuruista viivapainetta, joka edullisimmin on n. 180 N/cm, minkä jälkeen kangaspala kuivattiin ll0-120°C:ssa 2-5 min ajan. Kuivauksen jälkeen kangaspala pehmennettiin vielä mekaanisesti 5 viemällä se kolme kertaa puristintelojen läpi käyttäen em. viivapainetta.

Seuraavassa taulukossa 2 on esitetty eri vahvuisilla liuoksilla eri impregnointiajoilla ja -lämpötiloissa 10 käsitellyistä kankaista mitatut DP-arvot. Taulukosta voidaan nähdä, että käsittelyllä ei ole vaikutusta kuitujen tärkeisiin ominaisuuksiin.

Taulukko 2. Eri liuoksilla ja käsittelyajoilla käsitel-15 tyjen MS-kankaiden DP-arvot. t = aika (min), T = lämpötila (°C), DPU = mas-sakeskimääräinen polymeraatioaste, DPn = lukukeskimääräinen polymeraatioaste, PD = DPw/DPn = polydispersiteetti 20 • «

‘.I*·* Käsitt. liuos t T DPW DPn PD

Erä I

ei käsit. - - 2321 929 2,50 2% (NH)3P04 3 22 2414 1102 2,19 2% (NH)2HP04 3 22 2288 1008 2,27

Erä II

.v ei käsit. - - 2196 853 2,57 10% (Ν^)3Ρ04 10 22 2277 889 2,56 ... 10% " 10 80 2196 879 2,50 :*!-* 2% " 10 22 2384 899 2,65 2% " 10 80 2212 917 2,41 8 86403

Seuraavassa selostetaan tarkemmin keksinnön mukaisella menetelmällä suoritettuja eri koeajoja.

Alustava koesarja 5 MS-kankaan esikäsittely suoritettiin (NH4)3P04:11a (2,5%) . Näytteiden impregnointiajat huoneenlämpötilassa (n. 20 - 22°C) olivat 15 min (ajot A ja B) ja 13 min (ajo C).

10

Kuitunäytteille tehtiin hiilto/aktivointikokeet kaasuna puhdas C02 termovaa'alla. Hiilidioksidikaasu virtasi näytteen ohi aktivointia vastaavan stökiömetrisen suhteen perusteella ylimäärin. Näiden kokeiden tarkoi-15 tuksena oli selvittää impregnointiajan sekä lämpötila- aika-ohjelman vaikutus saatavaan lopputuotteeseen. Kuvassa 18 on esitetty ajojen painonmuutos- ja lämpö-tilakäyrät (painonmuutoskäyrät laskettuna kuiva-ainetta kohti). Vastaavien ajojen saannot ja typpiadsorptio-20 isotermien avulla monipistemenetelmällä määritetyt ominaispinta-alat (BET -arvot) on esitetty taulukossa 3. Ajoissa A, B ja C käytettiin yleisesti lämpötila-profiilia, jossa lämpötilaa nostettiin 100°C:sta nopeudella 5°C/min 360°C:een, missä sen annettiin 25 olla 15 min, minkä jälkeen lämpötilaa nostettiin 2 0°C/min nopeudella aktivointi lämpötilaan 900°C, missä näytettä pidettiin n. 7 min (ajot B ja C) tai n. 16 min (ajo A) , jolloin saatiin haluttu aktivoin-tiaste. Jäähdytys alle 100°C:een suoritettiin tämän 30 jälkeen n. 10 - 15 min:ssa.

Il 9 86403

Taulukko 3. Alustavan koesarjan termovaakakokeiden tuloksia

Ajo Saanto BET-pinta-ala (% alkuperäisestä kuiva- (m2/g) aineen massasta) A n. 23,5 1020 B n. 23 700-800 C n. 25 700-810

Ensimmäisten kokeiden perusteella näytti siltä, ettei impregnointiajalla (3 tai 15 min) ollut merkittävää vaikutusta lopputulokseen. Samoille kangasnäytteille . 5 suoritettiin tämän jälkeen uudella lämpötilaprofiililla ajot B2 ja C2, joissa kirjaimet merkitsevät samoja : ·.' näytteitä kuin edellä. Näissä ajoissa lämpötilanos- : ;* tonopeutta 100°C:sta pyrolyysivaiheeseen korotettiin hieman, n. 8 min:ksi, ja lämpötila, jossa näytettä 10 pidettiin pitemmän aikaa pyrolyysivaiheessa, nostettiin 360°C:sta 425°C:een, koska aiemmat kokeet osoittivat pyrolyysin jatkuvan merkittävästi yli 360°C:n lämpötiloissa. Muut nopeudet ja arvot pysyivät ennallaan. Lämpötilaprofiilit ja painonmuutoskäyrät on esitetty 15 kuvassa 19 ja tulokset on esitetty taulukossa 4.

*·« 10 86403

Taulukko 4. Alustavan koesarjan termovaakakokeiden tuloksia

Ajo Saanto BET-pinta-ala (% alkuperäisestä kuiva- (m2/g) aineen massasta) B2 n. 25 620-670 C2 n. 25,5 760-820

Tehtyjen kokeiden perusteella ei voitu osoittaa 15 minuutin impregnoinnin olevan saatavan tuotteen kannalta parempi kuin 3 minuutin impregnoinnilla 5 saatava tuote.

Varsinainen koesarja

Hiilto/aktivointikokeita varten kunnostettiin teräk-10 sinen reaktori, jossa voitiin käsitellä termovaakakokeiden näytteitä suurempia, alkuperäiseltä kooltaan n. 20 x 50 cm2:n kokoisia näytteitä. Näyte ripustettiin tätä tarkoitusta varten suunniteltuun näytteenpitimeen siten, että voitiin aikaansaada mahdollisimman hyvä 15 aineenvaihto aktivointikaasun (C02) ja näytteen välille. Hiilidioksidia syötettiin ajoissa 1-15 reaktoriin 2,0 1/min (NTP). Tämä vastaa n. 3,0 kg C02/m2 lopullista tuotetta, kun huomioidaan vain se kaasumäärä, jota syötettäessä lämpötila on yli 700°C. 20 Käytännössä C02-määrällä on merkitystä (kemiallisesti) vain yli 700°C:n lämpötilassa, jolloin C02 voi reagoida . . hiilen kanssa. Stökiömetriseen suhteeseen verrattuna käytetty kaasuvirtaus oli n. 25 kertainen.

li 11 86403

Ajoissa 16 ja 17 oli hiilidioksidin virtausnopeus 0,8 1/min (NTP) , mikä vastaa n. 1,2 kg C02/m2 lopullista tuotetta yli 700°C:ssa. Tässä tapauksessa oli käytetty kaasuvirtaus n. 10-kertainen stökiömetriseen suhteeseen 5 verrattuna. Lisäksi ajossa 16 oli erikoista vielä se, että siinä käytettiin näytettä, jolle ei ollut suoritettu pehmennyskäsittelyä mekaanisesti impregnoinnin ja kuivauksen jälkeen. Ajossa 17 oli puolestaan erikoista se, että pyrolyysivaiheessa n. 600°C:een ja 10 aktivointivaiheen jälkeen jäähdytysvaiheessa 600°C:sta alaspäin käytettiin typpeä hiilidioksidin sijasta samalla virtausnopeudella kuin hiilidioksidia ajossa 16.

15 Näytteenripustin oli kytketty elektroniseen vaakaan, jolloin näytteen massaa ja siten myös hiillon/aktivoin-nin edistymistä voitiin seurata kokeen aikana. Hiil-to/aktivointikokeiden lopetus tehtiin vaa1 an näyttämän perusteella.

20

Kokeiden lopetus tehtiin nostamalla koko teräsastia pois uunista ja jäähdyttämällä reaktoria ulkoapäin paineilmalla. Koko jäähdytyksen ajan, lukuunottamatta : em. ajoa 17, reaktoriin johdettiin C02-virtaus.

25 Reaktori avattiin vasta, kun sen lämpötila oli alle 100°C. Kun reaktori nostettiin pois uunista ja sitä jäähdytettiin paineilmalla, sen lämpötila laski n. 900°C:sta 500°C:n lämpötilaan 3-5 minuutissa. Lämpötila saavutti 100°C 15-20 minuutissa.

30

Kunkin kokeen jälkeen kuituaktiivihiilestä otettiin näyte (aluksi yläreunasta, mutta ajo 3:sta lähtien poikkileikkaus keskeltä) typpiadsorptioisotermin määritystä varten. Ominaispinta-ala määritettiin ns.

35 monipistemenetelmällä BET-yhtälön mukaisesti N2-: ·: adsorptioisotermistä. Isotermeistä määritettiin myös :*·.· näytteen N2-adsorptio ns. mikrohuokosalueella (erittäin alhaisilla typen suhteellisen paineen arvoilla). Nämä 12 86403 arvot on esitetty graafisesti kuvissa 20 ja 21, johon ajoja kuvaavien pisteiden kohdalle on merkitty vastaavat ajojen numerot. Kuvasta 20 voidaan havaita sellainen korrelaatio, että saannon ollessa n. 14-22% 5 on BET-arvo alueella 1000-1600 m2/g.

Viskoosikuitu kutistui voimakkaasti hiillon ja aktivoinnin aikana. Kutistumisvoimakkuudenmäärittämiseksi kaikissa kokeissa näytteiden dimensiot mitattiin 10 ennen ajoa ja ajon jälkeen. Keskimäärin näytteiden pinta-ala kutistui 52-60%, kun saantoprosentti massasta oli 20-25%, eli tuotteen pinta-ala oli 40-48% näytteen alkuperäisestä pinta-alasta. Ajossa 14 tutkittiin erikseen hiiltovaiheessa tapahtuvaa kutistumista 15 keskeyttämällä koe hiiltovaiheen jälkeen. Hiiltovaiheessa pinta-ala kutistui n. 40% eli jäljelle jäi n. 60% alkuperäisestä pinta-alasta.

Käytännössä voidaan olettaa, että massasta lasketun 20 saantoprosentin ollessa n. 22% alkuperäisen kankaan pinta-alasta saadaan saannoksi 40-45%.

Hiillon ja aktivoinnin jälkeen näytteiden mitat olivat n. 14 x 30 cm2. Ominaispinta-alan määritykseen otettiin 25 näytteitä poikkileikkauksena keskeltä näytettä siten, että ominaispinta-ala määritettiin n. 3 cm levyisestä kappaleesta.

Ajossa 4 käytettiin näytettä, jolla ei ollut suoritettu 30 fosfaattiesikäsittelyä. Näyte oli reaktiivinen, ja saanto putosi jo pyrolyysivaiheessa aikaisin alle 20%:n.

Ajossa 16 saadulla näytteellä, jolle ei ennen ajoa 35 ollut suoritettu mekaanista pehmennystä, oli samat ulkoisesti havaittavat ominaisuudet (lujuus, tuntu, taipuisuus) kuin muissa ajoissa saaduilla näytteillä, joille em. esikäsittely oli suoritettu.

i3 864C3

Ajoissa 16 ja 17, jotka poikkesivat olosuhteiltaan muista ajoista 1-15 saatiin em. ajojen kanssa täysin samanarvoista tuotetta saannon ollessa 21,8 ja 22,4%. Hiilidioksidin virtausnopeudeltaan ja lämpötilaprofii-5 liltaan ajoa 16 vastaavassa toistokokeessa voitiin todeta ajossa saadun näytteen ominaispinta-alaksi n. 1100 m2/g, kun saanto oli 19,9%. Ajojen 16 ja 17 näytteiden BET-arvoksi voidaan tämän ajon ja edellisten ajojen 1-15 tietojen (kuva 20) pohjalta arvioida n. 10 1000-1200 m2/g.

Eri ajoista saatujen näytteiden saannot, ominaispinta-alat ja mikrohuokosadsorptiot on esitetty seuraavassa taulukossa 5.

Taulukko 5. Varsinaisen koesarjan ajojen tulokset BET = ominaispinta-ala, MH = mikrohuokosad-sorptio

; Ajo Inpregn.liuos Saanto BET MH

(kuiva-ain. (m2 /g) (can5/g) ___(p-%)___ • * · ;*“ 1 N3 24.2 669.5 I” 2 N3 14.3 1566 480 3 N3 20.2 1235.5 380 4 O 14.7 5 N3 24.1 862 280 6 N2 23.1 848 280 7 N3 31.9 502.5 170 8 N3 23.1 934 290 9 N2 16.9 1459.5 440 10 N2 24.5 781 260 :Y 11 N2 20.4 1125 380 12 N2 20.7 1092 350 13 N2 20.6 1019 320 14 N2 37.7 15 N2 25.0 828 16 N2 21.8 • *. 17 N2 22.4 0 = käsittelemätön N2 = impregnointiliuos (NH4)2HP04 (2%) N3 = ·· (NH4)3P04 (2%) 14 864C3 Näytteillä, jotka oli saatu ajoista 6, 9 ja 11 suoritettiin tolueeniadsorptiokoe asettamalla 20 mm: n läpivirtausputkeen 9 kpl 20 mm halkaisijaltaan olevaa 5 näytepalaa (neliöpaino 100-106 g/m2) päällekkäin. Huoneenlämpöistä ilmaa, jonka tolueenipitoisuus oli 0,96 g/m3 ja suhteellinen kosteus 80%, annettiin virrata nopeudella 13,3 cm/s, mikä vastaa n. 2,5 1/min, näytepalapakan läpi. Se aika, joka kului, 10 kunnes tolueenia havaittiin kaasuanalysaattorilla näytepakan toisella puolella, mitattiin. Tulokset verrattuna samaan määrään markkinoilla olevaa NBC-suo javaatteisiin tarkoitettua aktiivihiilikangasta (cc) on esitetty seuraavassa taulukossa 6.

15

Taulukko 6. Tolueeniadsorptio eri näytteillä * = näytteestä lohjennut pala kokeen aikana Näyte aika (min) Painon muutos (g) . : 6 22 -0,003* 9 18 +0,117 11 21 +0,072 cc 4 +0,022 Näytteen painon muutos on suurempi kuin ajan perusteella laskettu tolueenin adsorptio. Tämä johtuu käytetyn ilman suuresta suhteellisesta kosteudesta, joka on λ' 5 myös sitoutunut kankaaseen.

Ajoista 16 ja 17 saaduille näytteille suoritettiin lisäksi lujuuskokeet, joiden tulokset on esitetty alla olevassa taulukossa 7.

10 is 864C3

Taulukko 7. Aktiivihiilikankaiden lujuuskokeet.

Koekappaleiden leveys ja pituus 5,0 cm. Vetolujuudet ilmoitettu neliöpainoon pohjautuvina yksikköinä N/(g/cm). Ensin 5 annettu luku tarkoittaa arvoa pituussuun taan ja toinen luku arvoa poikkisuuntaan.

Näyte neliöpaino vetolujuus murtovenymä (%) (g/m2) 16 99.1 186 - 214 50 - 107 17 104.1 188 - 154 45 - 93

Claims (11)

1. Menetelmä aktiivihiilen valmistamiseksi sel- 5 luloosapitoisesta materiaalista, joka käsittää materiaalin käsittelyn fosforiyhdisteellä, joka muodostaa esterin selluloosan kanssa, sekä sitä seuraavan pyrolyysin ja aktivoinnin sopivassa ilmakehässä ja käyttäen sopivaa lämpötila-aika-ohjelmaa, jolloin 10 selluloosapitoinen materiaali on viskoosikuitua, ja että aktivointi suoritetaan hiilidioksidi-ilmakehässä hiilidioksidin pelkistysreaktion avulla hiilidioksidikaasun virratessa käsiteltävän materiaalin ohi, tunnettu siitä, että fosforiyhdiste, jolla käsittely 15 suoritetaan, on fosfaattiliuos, jonka pH on emäksisellä alueella, erityisesti ammoniumfosfaattiliuos, ja että viskoosikuitu on high-tenacity-viskoosikuitua, jonka DP-arvo on alle 400.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että myös pyrolyysi suoritetaan hiilidioksidi-ilmakehässä hiilidioksidikaasun virratessa käsiteltävän materiaalin ohi veden lohkaisemiseksi materiaalista. 25

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pyrolyysivaiheessa materiaalin lämpötilaa nostetaan 120°C:sta 500°C:een 60-150 min ajan. 30

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pyrolyysivaiheessa lämpötila-aikadiagrammissa on lämpötilojen 340°C ja 500°C välillä alue, jossa lämpötilan keskimääräinen nostonopeus on : 35 vähintään 5 min aikana, edullisesti vähintään 20 min ....: aikana, alle l,5°C/min. 17 86403

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu alue on lämpötilojen 400°C ja 5 500°C välillä.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 3-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että aktivointivaiheessa lämpötilaa nostetaan 500°C:sta 850°C:een 15-100 min ajan. 10

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämpötilaa nostetaan 500°C:sta 850°C:een 50-100 min ajan.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 3-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että aktivointivaihetta jatketaan yli 850°C:ssa, kunnes materiaalin massa alkuperäisestä kuiva-aineesta (saanto) on alle 25%, edullisesti alle 22%, minkä jälkeen materiaali jäähdytetään. 20

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että aktivointivaihetta jatketaan yli 850°C:ssa niin pitkälle, että saanto jää alueelle 14-25%, edullisesti alueelle 14-22%. 25

• 10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että materiaali on : kankaan muodossa.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käsittelyn aikana kankaan annetaan vapaasti muuttaa muotoaan. 18 86403