177881. lajstromszámú szabadalom • Eljárás aktivszén előállítására
3 177881 4 ságosan drága ahhoz, hogy környezetvédelmi, így például szennyvíztisztítási célokra tömeges méretekben felhasználható legyen. Az aktív szén előállítására ismert eljárások másik nagy csoportját alkotják a termikus aktivizáláson alapuló eljárások. Az eddig ismert ilyen eljárásokat azonban csak igen magas hőmérsékleten való hosszú tartózkodási idők alkalmazása mellett lehet eredményesen végrehajtani. Az alábbiakban mindkétféle előállítási eljárásra néhány konkrét megoldást említünk. A 3 840 476 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban fluid-koksz alapanyag kétlépéses aktiválását ismertetik. Ennek során a széntartalmú alapanyagot először oxigéntartalmú gázzal 300—400 °C-on, majd 50% gőztartalmú gázzal 900—1100 °C-on kezelik. Az ezzel az eljárással előállított aktív szén a leírás szerint különösen olajfinomítók szennyvizében levő szerves szennyeződések megkötésére alkalmas. Az eljárás hátránya az, hogy az aktiválási idő hosszú, mégpedig mintegy 7—20 óra. Az aktiválási idő növekedésével viszont tapasztalataink szerint a fajlagos felület erősen lecsökken. A 3 755 193 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban nitrogéntartalmú porított szén előállítását ismertetik. Ezt úgy végzik, hogy egy szerves polimert egy szervetlen halogenid- vagy tiocianátsó koncentrált oldatában hevítés közben oldanak, majd a kapott viszkózus folyadékot 700—1200 °C-on karbonizálják, a két hőmérséklethatár között a hőmérsékletet célszerűen 2—6 °C/perc sebességgel emelve. E módszer hátránya az, hogy az alkalmazható felfűtési sebesség alacsony, és így az aktiválási idő hosszú. A 165 759 számú magyar szabadalmi leírásban szervesanyag-tartalmú iszap-szuszpenzióból kiindulva aktív szén előállítását ismertetik. Ennek során az iszapot először besűrítik, majd redukáló atmoszférában pirolizálják. Az előállított termék fajlagos felülete alacsony, mindössze 32 m2/g-Az 511 192 számú svájci szabadalmi leírásban gyantás faanyagból kiindulva aktív szenes szűrőmasszák előállítását ismertetik. E módszer abban áll, hogy a gyantás faőrleményt súlyára vonatkoztatva 3,6% 15—20-szoros térfogatra hígított kénsavval kezelik, majd száraz desztillációt végeznek, és az így képződött szénanyaghoz adalékot, mégpedig kátrányt, szurkot és cukort vagy melaszt adnak, végül pedig az ekkor kapott masszát 450—500 °C-on hőkezelik. A megoldás hátránya az, hogy az elszenesített anyag súlyára vonatkoztatva 100—400% mennyiségű cukort vagy melaszt kell adagolni, ami az eljárást rendkívüli módon megdrágítja. A 426 440 számú spanyol szabadalmi leírásban olajbogyómagból és olajseprőből kiinduló eljárást ismertetnek aktív szén előállítására. A kiindulási anyagot előzőleg flotálással tisztítják, majd 700—900 °C-on nitrogéngáz-atmoszférában karbonizálják. Az ezt követő aktiválást cink-kloriddal végzik. Az eljárás hátránya az, hogy egyrészt a karbonizáláshoz magas hőmérsékletet kell alkalmazni, másrészt a cink-klorid alkalmazása környezetszennyező hatású és speciális korrózióálló berendezést igényel. A 72 948 számú lengyel szabadalmi leírásban folytonos üzemű faszéngyártási eljárást ismertetnek. Az eljáráshoz kiindulási anyagként lignocellulóz típusú faanyagot, fűrészport, faapritéköt vagy gyümölcsmágva- Üt ' Kaszáéinak. ' Az aktiválást 700—9Ö0 °C-on (tehát a, viszonylag magas hőmérsékleten) vízgőz-atmoszférában végzik egytálcás retortában. Célul tűztük ki tehát olyan eljárás kidolgozását, amellyel savval végzett részleges hidrolízisnek alávetett, növényi eredetű hulladékanyagokból gazdaságosan és egyszerűen tetszés szerinti pórusméretű aktív szén állítható elő, savas vagy lúgos reagensek, vagy sók, vagyis kémiai karbonizálószerek alkalmazása nélkül. További célunk az volt, hogy a kidolgozandó eljárás megvalósítása során a kiindulási anyag szemcsemérete lényegében ne változzék, a gyártás során a kiindulási anyag széntartalma a lehető legnagyobb mértékben aktív szénként maradjon vissza, és az illő bomlástermékek formájában mégis eltávozó széntartalmú anyag könnyen kezelhető legyen. Végül célul tűztük ki, hogy az eljárás lehetőség szerint folyamatosan megvalósítható legyen. A találmány azon a felismerésen alapul, hogy az aktív szén előállításához kiindulási anyagként használt hidrolizált, növényi eredetű hulladékanyagok, így elsősorban a furfurolgyártás maradéka, a képződésük során végbemenő hidrolízis következtében cellulózból és ligninből származó bomlástermékeket, így például uronsavakat, szacharidokat és gallátokat tartalmaznak mintegy 6— 15% mennyiségben, és ezek az utóbb felsorolt vegyületek már viszonylag alacsony hőfokon, éspedig 150 °C körül karamellizálódnak. E folyamat következtében olyan anyagok képződnek, amelyek a hulladékanyag krakkolódását katalizálják, illetve autokatalizálják, és így a karbonizációt eredményező reakciók sebességét növelik. így lehetővé válik a karbonizáció végrehajtása kémiai karbonizálószer alkalmazása nélkül az eddig alkalmazottnál alacsonyabb hőfoktartományban és rövidebb tartózkodási idővel. A találmány alapját képezi továbbá az a felismerés, hogy a kiindulási anyagként használt növényi eredetű maradékanyagban a képződését megelőző hidrolízis eredményeképpen 10—15%-nyi mennyiségben jelenlevő, furfurolból, furfurolgyanta-intermedierekből és furfurolgyantából álló rendszer az előzőekben említett karamellizálódásban, illetve karbonizálódásban nem vesz részt, hanem a bomlással ellentétes folyamatként a hőfokemelkedés függvényében térhálósodik. Az előbb említett hidrolízis végrehajtásához használt híg sav ugyanis szinte mindig jelen van a kiindulási anyagként használt maradékanyagban, és hatására 150 °C és 700 °C közötti hőfoktartományban az előbb említett, furfurolból, furfurolgyanta-intermedierekből és furfurolgyantából álló rendszer teljes mértékben furfurolgyantává alakul, aminek következtében a karbonizálódási folyamat során porlódás nem következik be, hanem éppen ellenkezőleg, a szemcsék eredeti méretének megtartását lehetővé tevő gyantaváz alakul ki. Mind az előzőekben ismertetett kedvező karbonizálódási folyamat, mind az ugyancsak ismertetett gyantavázkialakulás azonban csak akkor megy végbe, ha a kiindulási anyagot a találmány értelmében 150 °C és 400 °C közötti hőfoktartományban 40—20 °C/perc felfűtési sebességgel, míg a 400 °C és 600 °C közötti hőfoktartományban — amikor is az úgynevezett kigázosítás, vagyis az illó komponensek teljes mértékű eltávolítása megy végbe — 15—30 °C/perc felfűtésí sebességgel hőkezeljük. Az említett felfűtési paraméterek betartásával legfeljebb 600 °C-on legfeljebb 30 percen át végzett hőkezelés képezi tehát tulajdonképpen a találmány értelmében végzett karbonizálást. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
