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Dokumentenidentifikation DE202006016898U1 27.12.2007
Titel Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle mit hoher Mikroporosität
Anmelder Blücher GmbH, 40699 Erkrath, DE
Vertreter Patentanwälte Gesthuysen, von Rohr & Eggert, 45128 Essen
DE-Aktenzeichen 202006016898
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 27.12.2007
Registration date 22.11.2007
Application date from patent application 04.11.2006
IPC-Hauptklasse C01B 31/08(2006.01)A, F, I, 20061104, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B01D 15/00(2006.01)A, L, I, 20061104, B, H, DE   B01J 20/20(2006.01)A, L, I, 20061104, B, H, DE   F17C 1/00(2006.01)A, L, I, 20061104, B, H, DE   A61K 33/44(2006.01)A, L, I, 20061104, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Adsorption. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle mit hoher Mikroporosität; diese Hochleistungsadsorbentien eignen sich für verschiedenste Verwendungs- bzw. Anwendungszwecke, insbesondere für Adsorptionsfiltermaterialien, für die Adsorption von Giftstoffen, Schadstoffen und Gerüchen, insbesondere aus Gas- bzw. Luftströmen, zur Reinigung oder Aufbereitung von Gasen, wie insbesondere Luft, zur Anwendung in der Medizin bzw. Pharmazie, als Sorptionsspeicher für Gase, insbesondere Wasserstoff, und dergleichen.

Aktivkohle ist aufgrund ihrer recht unspezifischen adsorptiven Eigenschaften das am meisten angewendete Adsorbens. Gesetzliche Auflagen, aber auch das steigende Bewußtsein der Verantwortung für die Umwelt, führen zu einem steigenden Bedarf an Aktivkohle.

Aktivkohle wird im allgemeinen durch Carbonisierung (synonym auch als Schwelung, Pyrolyse, Abbrand etc. bezeichnet) und anschließende Aktivierung kohlenstoffhaltiger Verbindungen erhalten, wobei solche Verbindungen bevorzugt werden, die zu ökonomisch vernünftigen Ausbeuten führen. Denn die Gewichtsverluste durch Abspalten flüchtiger Bestandteile beim Carbonisierung und durch den Abbrand beim Aktivieren sind erheblich. Für weitere Einzelheiten der Aktivkohleherstellung kann beispielsweise verwiesen werden auf H. v. Kienle und E. Bäder, Aktivkohle und ihre industrielle Anwendung, Enke Verlag Stuttgart, 1980.

Die Beschaffenheit der erzeugten Aktivkohle – fein- oder grobporig, fest oder brüchig etc. – hängt vom Ausgangsmaterial ab. Übliche Ausgangsmaterialien sind Kokosnußschalen, Holzabfälle, Torf, Steinkohle, Peche, aber auch besondere Kunststoffe, die unter anderem bei der Herstellung von Aktivkohlegeweben eine gewisse Rolle spielen.

Aktivkohle wird in verschiedenen Formen verwendet: Pulverkohle, Splitterkohle, Kornkohle, Formkohle und seit Ende der siebziger Jahre auch kugelförmige Aktivkohle ("Kugelkohle"). Kugelförmige Aktivkohle hat gegenüber anderen Formen von Aktivkohle wie Pulver-, Splitter-, Kornkohle und dergleichen eine Reihe von Vorteilen, die sie für bestimmte Applikationen wertvoll oder sogar unverzichtbar macht: Sie ist rieselfähig, abriebfest bzw. staubfrei und hart. Kugelkohle ist wegen ihrer speziellen Form, aber auch wegen der hohen Abriebfestigkeit beispielsweise für besondere Einsatzgebiete sehr gefragt.

Kugelkohle wird heute noch meist durch mehrstufige und sehr aufwendige Verfahren hergestellt. Das bekannteste Verfahren besteht in der Herstellung von Kügelchen aus Steinkohlenteerpech und geeigneten asphaltartigen Rückständen der Erdölchemie, welche oxidiert werden – damit sie unschmelzbar werden –, und geschwelt und aktiviert werden. Beispielsweise kann die Kugelkohle auch in einem mehrstufigen Verfahren ausgehend von Bitumen hergestellt werden. Diese mehrstufigen Verfahren sind sehr kostenintensiv, und der damit verbundene hohe Preis dieser Kugelkohle verhindert viele Anwendungen, bei denen die Kugelkohle aufgrund ihrer Eigenschaften eigentlich bevorzugt werden müßte.

In der WO 98/07655 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung von Aktivkohlekügelchen beschrieben, bei dem zunächst eine Mischung, die einen aus der Diisocyanatherstellung stammenden Destillationsrückstand, einen kohlenstoffhaltigen Verarbeitungshilfsstoff und gegebenenfalls einen oder mehrere weitere Zusatzstoffe umfaßt, zu rieselförmigen Kügelchen verarbeitet wird und anschließend die auf diese Weise erhaltenen Kügelchen carbonisiert und dann aktiviert werden.

Aus dem Stand der Technik bekannt ist ferner die Herstellung von Kugelkohle durch Schwelung und anschließende Aktivierung von neuen oder gebrauchten Ionenaustauschern, die Sulfonsäuregruppen enthalten, bzw. durch Schwelung von Ionenaustauschervorstufen in Gegenwart von Schwefelsäure und anschließende Aktivierung, wobei die Sulfonsäuregruppen bzw. die Schwefelsäure die Funktion eines Vernetzers haben. Solche Verfahren sind beispielsweise in der DE 43 28 219 A1 und in der DE 43 04 026 A1 sowie in der DE 196 00 237 A1 einschließlich der deutschen Zusatzanmeldung DE 196 25 069 A1 beschrieben.

Bei speziellen Anwendungen sind aber nicht nur die Geometrie bzw. die äußere Gestalt der Aktivkohle von entscheidender Bedeutung, sondern auch deren Porosität, insbesondere das Gesamtporenvolumen und die Adsorptionskapazität einerseits und die Verteilung der Poren, d. h. der Anteil an Mikro-, Meso- und Makroporen in bezug auf das Gesamtporenvolumen, andererseits.

Bei einer Reihe von Anwendungen ist eine besonders hohe Mikroporosität der Aktivkohle, d. h. ein großer Mikroporenvolumenanteil, bei insgesamt hohem Gesamtporenvolumen gefragt, so beispielsweise bei den eingangs genannten Anwendungen, so Z. B. für die Adsorption von Giftstoffen, Schadstoffen und Gerüchen, insbesondere aus Gas- bzw. Luftströmen, zur Reinigung oder Aufbereitung von Gasen, wie insbesondere Luft, zur Anwendung in der Medizin bzw. Pharmazie, bei der sorptiven Speicherung von Gasen, insbesondere Wasserstoff, bei der Herstellung von Adsorptionsfiltermaterialien (z. B. für ABC-Schutzbekleidung) und dergleichen.

Die aus dem Stand der Technik zu diesem Zweck bekannte Aktivkohle weißt zwar eine gewisse Mikroporosität auf, die aber nicht in allen Fällen ausreichend ist. Zudem beobachtet man mit zunehmender Porosität oftmals eine unerwünschte, bisweilen inakzeptable Abnahme der mechanischen Stabilität bzw. Abriebfestigkeit. Auch sind der Anteil an Mikroporen am Gesamtporenvolumen und das absolute Mirkoporenvolumen nicht immer ausreichend, um für alle Anwendungen eine ausreichende Leistungsfähigkeit zu gewährleisten.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein insbesondere für die vorgenannten Anwendungsgebiete geeignetes Hochleistungsadsorbens auf der Basis von Aktivkohle bereitzustellen, welches die zuvor geschilderten Nachteile des Standes der Technik zumindest weitgehend vermeidet oder aber wenigstens abschwächt. Insbesondere sollte das erfindungsgemäß bereitzustellende Adsorbens eine hohe Mikroporosität, d. h. einen hohen Mikroporenanteil in bezug auf das Gesamtporenvolumen sowie ein großes Mikroporenvolumen, aufweisen, dennoch gleichzeitig eine gute mechanische Beständigkeit, insbesondere eine hohe Abrieb- und Berstbeständigkeit, aufweisen.

Zur Lösung des zuvor geschilderten Problems schlägt die vorliegende Erfindung – gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung – Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle in Form von diskreten Aktivkohlekörnern, vorzugsweise in Kugelform, nach Anspruch 1 vor. Weitere, insbesondere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien sind Gegenstand der diesbezüglichen Unteransprüche.

Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind – gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung – die verschiedenen Materialien, Apparaturen, Anlagen, Erzeugnisse und dergleichen, in denen die erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien Verwendung finden, wie sie in den diesbezüglichen Ansprüchen näher definiert sind.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind somit – gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung – Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle in Form von diskreten Aktivkohlekörnern, vorzugsweise in Kugelform, welche durch die folgenden Parameter gekennzeichnet sind:

  • – ein Gesamtporenvolumen nach Gurvich von mindestens 0,7 cm3/g, wobei mindestens 70 % dieses Gesamtporenvolumens durch Mikroporenporen mit Porendurchmessern von ≤ 20 Å gebildet sind,
  • – einen mittleren Porendurchmesser von höchstens 30 Å und
  • – eine BET-Oberfläche von mindestens 1.500 m2/g.

Die erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien bzw. Aktivkohlen zeichnen sich insbesondere durch eine große Gesamtporosität und eine gleichzeitig große BET-Oberfläche aus. Wie nachfolgend noch ausgeführt wird, ist trotz der hohen Porosität auch die mechanische Belastbarkeit, insbesondere die Abriebfestigkeit und die Berst- bzw. Druckbelastbarkeit, der erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien – im Unterschied zu vergleichbaren hochporösen Aktivkohlen des Standes der Technik – extrem hoch, so daß die erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien bzw. Aktivkohlen auch für solche Anwendungen geeignet sind, bei denen sie großen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind.

Bei allen vorstehend genannten und noch im folgenden genannten Parameterangaben ist zu beachten, daß die aufgeführten Grenzwerte, insbesondere Ober- und Untergrenzen, mitumfaßt sind, d. h. alle Werteangaben verstehen sich einschließlich der jeweiligen Grenzen. Weiterhin versteht es sich von selbst, daß es einzelfallbedingt oder anwendungsbezogen gegebenenfalls erforderlich sein kann, geringfügig von den genannten Grenzwerten abzuweichen, ohne daß der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen ist.

Die vorgenannten und im folgenden noch genannten Parameterangaben werden mit genormten oder explizit angegebenen Bestimmungsverfahren oder dem Fachmann an sich geläufigen Bestimmungsmethoden bestimmt. Die Parameterangaben betreffend die Charakterisierung der Porosität ergeben sich jeweils aus der Stickstoffisotherme der vermessenen Aktivkohle.

Was die Bestimmung des Gesamtporenvolumens nach Gurvich anbelangt, so handelt es sich um eine dem Fachmann auf diesem Gebiet an sich bekannte Meß-/Bestimmungsmethode. Zu weitergehenden Einzelheiten bezüglich der Bestimmung des Gesamtporenvolumens nach Gurvich kann beispielsweise verwiesen werden auf L. Gurvich (1915), J. Phys. Chem. Soc. Russ. 47, 805, sowie auf S. Lowell et al., Characterization of Porous Solids and Powders: Surface Area Pore Size and Density, Kluwer Academic Publishers, Article Technology Series, Seiten 111 ff.

Die Bestimmung der spezifischen Oberfläche gemäß BET ist dem Fachmann grundsätzlich als solches bekannt, so daß diesbezüglich keine weitergehenden Einzelheiten ausgeführt werden zu brauchen. Alle BET-Oberflächenangaben beziehen sich auf die Bestimmung gemäß ASTM D6556-04. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird zur Bestimmung der BET-Oberfläche die sogenannte MultiPoint-BET-Bestimmungsmethode (MP-BET) in einem Partialdruckbereich p/p0 von 0,05 bis 0,1 angewendet.

In bezug auf weitergehende Einzelheiten zur Bestimmung der BET-Oberfläche bzw. zu der BET-Methode kann auf die vorgenannte ASTM D6556-04 sowie auf Römpp Chemielexikon, 10. Auflage, Georg Thieme Verlag, Stuttgart/New York, Stichwort: "BET-Methode", einschließlich der dort referierten Literatur und auf Winnacker-Küchler (3. Auflage), Band 7, Seiten 93 ff. sowie auf Z. Anal. Chem. 238, Seiten 187 bis 193 (1968) verwiesen werden.

Die Bestimmung des mittleren Porendurchmessers erfolgt auf Basis der jeweiligen Stickstoffisothermen.

Das Gesamtporenvolumen nach Gurvich der erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien beträgt mindestens 0,7 cm3/g, insbesondere mindestens 0,8 cm3/g, vorzugsweise mindestens 0,9 cm3/g, besonders bevorzugt mindestens 1,0 cm3/g, und kann Werte bis zu 1,5 cm3/g, insbesondere bis zu 1,6 cm3/g, vorzugsweise bis zu 1,8 cm3/g, erreichen.

Im allgemeinen liegt das Gesamtporenvolumen nach Gurvich der erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien im Bereich von 0,7 bis 1,8 cm3/g, insbesondere 0,8 bis 1,6 cm3/g, vorzugsweise 0,9 bis 1,5 cm3/g.

Eine Besonderheit der erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien ist unter anderem darin zu sehen, daß sie über ein sehr großes Gesamtporenvolumen nach Gurvich verfügen, so daß eine große Adsorptionskapazität bereitgestellt wird, wobei ein hoher Anteil auf Mikroporen entfällt.

Im allgemeinen sind mindestens 70 %, insbesondere mindestens 75 %, vorzugsweise mindestens 80 %, besonders bevorzugt mindestens 85 %, ganz besonders bevorzugt mindestens 90 %, des Gesamtporenvolumens nach Gurvich der erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien durch Mikroporen mit Porendurchmessern von ≤ 20 Å gebildet.

Im allgemeinen ist 70 % bis 95 %, insbesondere 75 bis 90 %, vorzugsweise 75 bis 85 %, des Gesamtporenvolumens nach Gurvich der erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien durch Mikroporen mit Porendurchmessern von 20 Å gebildet.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff der Mikroporen solche Poren mit Porendurchmessern bis zu 20 Å einschließlich, wohingegen der Begriff der Mesoporen solche Poren mit Porendurchmessern von > 20 Å bis 50 Å einschließlich bezeichnet und der Begriff der Makroporen solche Poren mit Porendurchmessern > 50 Å bezeichnet.

Aufgrund ihrer hohen Mikroporosität ist das Mikroporenvolumen der erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien relativ hoch: Im allgemeinen liegt das durch Mikroporen mit Porendurchmessern von ≤ 20 Å gebildete Mikroporenvolumen nach Carbon Black der erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien im Bereich von 0,5 bis 1,4 cm3/g, insbesondere 0,6 bis 1,2 cm3/g, bevorzugt 0,7 bis 1,1 cm3/g.

Die Bestimmungsmethode nach Carbon Black ist dem Fachmann an sich bekannt, so daß es diesbezüglich keiner weitergehenden Einzelheiten bedarf. Zudem kann zu weitergehenden Einzelheiten der Bestimmung der Porenoberfläche und des Porenvolumens nach Carbon Black beispielsweise verwiesen werden auf R. W. Magee, Evaluation of the External Surface Area of Carbon Klack by Nitrogen Adsorption, Presented at the Meeting of the Rubber Division of the American Chem. Soc., Oktober 1994, z. B. referiert in: Quantachrome Instruments, AUTOSORB-1, AS1 WinVersion 1.50, Operating Manual, OM, 05061, Quantachrome Instruments 2004, Florida, USA, Seiten 71 ff.

Aufgrund der hohen Mikroporosität der erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien ist der mittlere Porendurchmesser relativ gering: Im allgemeinen beträgt er höchstens 30 Å, insbesondere höchstens 26 Å, vorzugsweise höchstens 25 Å, ganz besonders bevorzugt höchstens 24 Å. Im allgemeinen liegt der mittlere Porendurchmesser der erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien im Bereich von 15 bis 30 Å, insbesondere 16 bis 26 Å, vorzugsweise 17 bis 25 Å, besonders bevorzugt 18 bis 24 Å.

Wie zuvor ausgeführt, ist eine Besonderheit der erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien in der relativ großen BET-Oberfläche zu sehen, welche mindestens 1.500 m2/g, vorzugsweise mindestens 1.525 m2/g, besonders bevorzugt mindestens 1.550 m2/g, ganz besonders bevorzugt mindestens 1.575 m2/g, beträgt.

Im allgemeinen liegt die BET-Oberfläche der erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien im Bereich von 1.500 m2 bis 2.750 m2/g, insbesondere 1.525 bis 2.500 m2/g, vorzugsweise 1.550 bis 2.400 m2/g, besonders bevorzugt 1.575 bis 2.350 m2/g.

Auch das gewichts- und volumenbezogene Volumen Vads (N2) der erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien bei unterschiedlichen Partialdrücken p/p0 ist sehr groß:

So beträgt das gewichtsbezogene adsorbierte N2-Volumen Vads(gew) der erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien, bestimmt bei einem Partialdruck p/p0 von 0,25, mindestens 400 cm3/g, insbesondere mindestens 420 cm3/g, und liegt insbesondere im Bereich von 400 bis 800 cm3/g, vorzugsweise 410 bis 750 cm3/g, besonders bevorzugt 420 bis 700 cm3/g.

Im allgemeinen beträgt das volumenbezogene adsorbierte N2-Volumen Vads(vol.) der erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien, bestimmt bei einem Partialdruck p/p0 von 0,25, mindestens 200 cm3/cm3, insbesondere mindestens 220 cm3/cm3, und liegt insbesondere im Bereich von 200 bis 300 cm3/cm3, vorzugsweise 210 bis 275 cm3/cm3, besonders bevorzugt 225 bis 260 cm3/cm3.

Im allgemeinen beträgt das gewichtsbezogene adsorbierte N2-Volumen Vads(gew.) der erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien, bestimmt bei einem Partialdruck p/p0 von 0,995, mindestens 450 cm3/g, insbesondere mindestens 460 cm3/g, und liegt insbesondere im Bereich von 450 bis 900 cm3/g, vorzugsweise 460 bis 875 cm3/g, besonders bevorzugt 470 bis 850 cm3/g.

Im allgemeinen beträgt das volumenbezogene adsorbierte N2-Volumen Vads(vol.) der erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien, bestimmt bei einem Partialdruck p/p0 von 0,995, mindestens 250 cm3/cm3, insbesondere mindestens 260 cm3/cm3, und liegt insbesondere im Bereich von 250 bis 400 cm3/cm3 vorzugsweise 260 bis 350 cm3/cm3, besonders bevorzugt 265 bis 320 cm3/cm3.

Eine weitere Besonderheit der erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien ist die große Mikroporenoberfläche, d. h. die große Oberfläche, welche durch Poren mit Porendurchmesser von ≤ 20 Å gebildet wird. Im allgemeinen beträgt die aus Poren mit Porendurchmessern von ≤ 20 Å gebildete Mikorporenoberfläche nach Carbon Black der erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien mindestens 1.400 m2/g, insbesondere mindestens 1.450 m2/g, vorzugsweise mindestens 1.500 m2/g, und liegt im allgemeinen im Bereich von 1.400 bis 2.500 m2/g, insbesondere 1.450 bis 2.400 m2/g, vorzugsweise 1.500 bis 2.300 m2/g.

Darüber hinaus verfügen die erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien über eine extrem hohe Butanadsorption und gleichzeitig eine extrem hohe Iodzahl, was ihre Eigenschaft charakterisiert, exzellente Adsorptionseigenschaften in bezug auf verschiedenste zu adsorbierende Stoffe aufzuweisen.

So liegt die gemäß ASTM D5742-95/00 bestimmte Butanadsorption der erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien im allgemeinen bei mindestens 25 %, insbesondere bei mindestens 30 %, vorzugsweise bei mindestens 40 %. Im allgemeinen weisen die erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien eine nach ASTM D5742-95/00 bestimmte Butanadsorption im Bereich von 25 % bis 80 %, insbesondere 30 bis 70 %, vorzugsweise 35 bis 65 %, auf.

Die nach ASTM D4607-94/99 bestimmte Iodzahl der erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien liegt im allgemeinen bei mindestens 1.350 mg/g, insbesondere bei mindestens 1.450 mg/g, bevorzugt bei mindestens 1.500 mg/g. Bevorzugterweise weisen die erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien eine nach ASTM D4607-94/99 bestimmte Iodzahl im Bereich von 1.350 bis 2.100 mg/g, insbesondere 1.450 bis 2.050 mg/g, vorzugsweise 1.500 bis 2.000 mg/g, auf.

Trotz der hohen Porosität, insbesondere Mikroporosität, weisen die erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien eine hohe Druck- bzw. Berstfestigkeit (Gewichtsbelastbarkeit) sowie eine extrem hohe Abriebfestigkeit auf.

So liegt die Druck- bzw. Berstfestigkeit (Gewichtsbelastbarkeit) pro Aktivkohlekorn, insbesondere pro Aktivkohlekügelchen, bei mindestens 10 Newton, insbesondere mindestens 15 Newton, vorzugsweise mindestens 20 Newton. Im allgemeinen variiert die Druck- bzw. Berstfestigkeit (Gewichtsbelastbarkeit) pro Aktivkohlekorn, insbesondere pro Aktivkohlekügelchen, im Bereich von 10 bis 50 Newton, insbesondere 12 bis 45 Newton, vorzugsweise 15 bis 40 Newton.

Wie zuvor ausgeführt, ist auch die Abriebshärte der erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien extrem hoch: So liegt die Abriebfestigkeit nach der Methode gemäß CEFIC (Conseil Européen des Fédérations des l'Industrie Chimique, Avenue Louise 250, Bte 71, B – 1050 Brüssel, November 1986, European Council of Chemical Manufacturers' Federations, Testmethoden für Aktivkohlen, Ziffer 1.6 "Mechanische Harte", Seiten 18/19) stets bei 100 %. Auch nach ASTM D3802 werden Abriebfestigkeiten der erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien von stets 100 % erhalten.

Daher hat die Anmelderin eine modifizierte Testmethode in Anlehnung an diese CEFIC-Methode entwickelt, um aussagekräftigere Werte zu erhalten. Die modifizierte Bestimmungsmethode simuliert besser den Widerstand der Probe bzw. der Hochleistungsadsorbentien gegenüber Abrieb oder Zerreiben unter praxisnahen Bedingungen. Zu diesem Zweck wird die Probe eine definierte Zeit lang in einem horizontal schwingenden, mit einer Wolframcarbidkugel beschickten Mahlbecher unter genormten Bedingungen beansprucht. Zu diesem Zweck wird wie folgt vorgegangen: 200 g einer Probe werden eine Stunde lang bei (120 ± 2) °C im Umlufttrockenschrank (Typ: Heraeus UT 6060 der Fa. Kendro GmbH, Hanau) getrocknet und anschließend in einem Exsikkator über Trockenmittel auf Raumtemperatur abgekühlt. 50 g der getrockneten Probe werden entnommen und mittels einer Siebmaschine mit Analysensieb (Typ: AS 200 control der Fa. Retsch GmbH, Hanau) bei einer Schwinghöhe von 1,2 mm zehn Minuten lang über ein Analysensieb (Analysensieb der Maschenweite: 0,315 mm, Durchmesser: 200 mm, Höhe: 50 mm) abgesiebt; das Unterkorn wird verworfen. 5 ml des Nennkornes werden in einen 10-ml-Meßzylinder nach DIN ISO 384 (Volumen: 10 ml, Höhe: 90 mm) abgefüllt und das Gewicht mittels eines Wägeglases mit eingeschliffenem Glasdeckel (Volumen: 15 ml, Durchmesser: 35 mm, Höhe: 30 mm) auf 0,1 mg genau bestimmt mittels Analysenwaage (Typ: BP121S der Sartorius AG, Göttingen, Wagebereich: 120 g, Genauigkeitsklasse: E2, Ablesbarkeit: 0,1 mg). Die abgewogene Probe wird zusammen mit einer Wolframcarbidmahlkugel mit 20 mm Durchmesser in einen 25-ml-Mahlbecher mit Schraubverschluß (Volumen: 25 ml, Durchmesser: 30 mm, Länge: 65 mm, Werkstoff: Edelstahl) gegeben und dann der Abriebtest mittels Edelstahl) gegeben und dann der Abriebtest mittels Schwingmühle (Typ: MM301 der Fa. Retsch GmbH, Haan, Schwingmühle mit Mahlbecher) durchgeführt; dabei schwingt der Mahlbecher in horizontaler Lage eine Minute lang mit einer Frequenz von 10 Hz in der Schwingmühle, was dazu führt, daß die Mahlkugel auf die Probe einschlägt und somit Abrieb erzeugt. Anschließend wird die Probe mittels einer Siebmaschine bei einer Schwinghöhe von 1,2 mm fünf Minuten lang über das vorgenannte Analysensieb abgesiebt, wobei das Unterkorn wieder verworfen und das Nennkorn größer 0,315 mm auf 0,1 mg genau im Wägeglas mit Deckel zurückgewogen wird. Die Berechnung der Abriebhärte erfolgt als Masseanteil in % nach folgender Formel: Abriebhärte [%] = (100 × Rückwaage [g])/Einwaage [g].

Gemäß dieser von der Anmelderin modifizierten Bestimmungsmethode in Abwandlung der vorgenannten CEFIC-Norm beträgt die Abriebfestigkeit der erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien mindestens 95 %, insbesondere mindestens 96 %, vorzugsweise mindestens 97 %, besonders bevorzugt mindestens 98 %, ganz besonders bevorzugt mindestens 99 %.

Die erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien sind auf Basis kornförmiger, insbesondere kugelförmiger, Aktivkohle ausgebildet, deren mittlerer Teilchendurchmesser, bestimmt nach ASTM D2862-97/04, im Bereich von 0,01 bis 1,0 mm,, insbesondere 0,1 bis 0,8 mm, vorzugsweise 0,2 bis 0,7 mm, besonders bevorzugt 0,4 bis 0,55 mm, variiert.

Der Aschegehalt der erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien, bestimmt nach ASTM D2866-94/04, beträgt höchstens 1 %, insbesondere höchstens 0,8 %, vorzugsweise höchstens 0,6 %, besonders bevorzugt höchstens 0,5 %.

Der nach ASTM D2867-04/04 bestimmte Feuchtigkeitsgehalt der erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien beträgt höchstens 1 %, insbesondere höchstens 0,5 %, vorzugsweise höchstens 0,2 %.

Die erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien weisen im allgemeinen eine Schüttdichte (Bulk Density), bestimmt nach ASTM B527-93/00, im Bereich von 250 bis 750 g/l, insbesondere 300 bis 700 g/l, vorzugsweise 300 bis 650 g/l, besonders bevorzugt 350 bis 600 g/l, auf.

Was das äußere Porenvolumen nach Carbon Black der erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien anbelangt, so liegt dieses im allgemeinen im Bereich von 0,05 bis 0,5 cm3/g, insbesondere 0,1 bis 0,45 cm3/g. Im allgemeinen bildet das äußere Porenvolumen nach Carbon Black der erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien höchstens 35 %, vorzugsweise höchstens 30 %, des Gesamtporenvolumens, insbesondere 10 % bis 35 %, bevorzugt 14 bis 30 %, des Gesamtporenvolumens.

Was die äußere Porenoberfläche nach Carbon Black der erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien anbelangt, so liegt diese im allgemeinen im Bereich von 50 bis 300 m2/g, insbesondere 60 bis 250 m2/g, bevorzugt 70 bis 200 m2/g. Im allgemeinen bildet die äußere Porenoberfläche nach Carbon Black der erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien höchstens 15 %, vorzugsweise höchstens 10 %, der Gesamtporenoberfläche, insbesondere 4 % bis 15 %, bevorzugt 4 bis 12 %, der Gesamtporenoberfläche.

Was die Herstellung der erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien anbelangt, so sind diese durch Carbonisierung und nachfolgende Aktivierung von gelförmigen sulfonierten Styrol/Divinylbenzol-Copolymeren, insbesondere sulfonierten divinylbenzolvernetzten Polystyrolen, in Kornform, bevorzugt in Kugelform, erhältlich. Der Divinylbenzolgehalt der als Ausgangsmaterialien zur Herstellung der erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien verwendeten sulfonierten Styrol/Divinylbenzol-Copolymeren sollte insbesondere im Bereich von 1 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Styrol/Divinylbenzol-Copolymere, liegen. Die Ausgangscopolymere müssen vom Geltyp ausgewählt sein, damit sich eine mikroporöse Struktur ausbilden kann.

Wenn von unsulfonierten Ausgangsmaterialien ausgegangen wird, kann die Sulfonierung in situ durchgeführt werden, insbesondere mit dem Fachmann an sich bekannten Methoden, vorzugsweise mittels Schwefelsäure und/oder Oleum. Dies ist dem Fachmann an sich geläufig.

Als Ausgangsmaterialien besonders bewährt haben sich gelförmigen Typen von den entsprechenden Ionenaustauscherharzen bzw. den entsprechenden Vorstufen von Ionenaustauscherharzen, welche noch sulfoniert werden müssen.

Bei der Carbonisierung (synonym auch als Pyrolyse, Abbrand oder Schwelung bezeichnet) erfolgt die Umwandlung der kohlenstoffhaltigen Ausgangspolymere zu Kohlenstoff, d. h. mit anderen Worten wird das kohlenstoffhaltige Ausgangsmaterial verkohlt. Bei der Carbonisierung der zuvor genannten, gelförmigen organischen Polymerkörnern, insbesondere Polymerkügelchen, auf Basis von Styrol und Divinylbenzol, die Sulfonsäuregruppen enthalten, führt die Abspaltung der Sulfonsäuregruppen während der Carbonisierung zu freien Radikalen und somit zu Vernetzungen, ohne die es keinen Pyrolyserückstand (= Kohlenstoff) gäbe. Im allgemeinen wird die Carbonisierung unter inerter Atmosphäre (z. B. Stickstoff) oder allenfalls leicht oxidierender Atmosphäre durchgeführt. Gleichermaßen kann es vorteilhaft sein, während der Carbonisierung, insbesondere bei höheren Temperaturen (z. B. im Bereich von etwa 500 bis 650 °C), zu der Inertatmosphäre eine kleinere Menge an Sauerstoff, insbesondere in Form von Luft (z. B. 1 bis 5 %), zuzugeben, um eine Oxidation des carbonisierten Polymerskeletts zu bewirken und auf diese Weise die nachfolgende Aktivierung zu erleichtern. Im allgemeinen wird die Carbonisierung bei Temperaturen von 100 bis 950 °C, insbesondere 150 bis 900 °C, vorzugsweise 300 bis 850 °C, durchgeführt. Die Gesamtdauer der Carbonisierung liegt dabei etwa bei 30 Minuten bis 6 Stunden.

Im Anschluß an die Carbonisierung wird das carbonisierte Zwischenprodukt einer Aktivierung unterzogen, am Ende derer die erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien auf Basis von Aktivkohle in Kornform, insbesondere Kugelform, resultieren. Das Grundprinzip der Aktivierung besteht darin, einen Teil des bei der Carbonisierung generierten Kohlenstoffs selektiv und gezielt unter geeigneten Bedingungen abzubauen. Hierdurch entstehen zahlreiche Poren, Spalten und Risse, und die auf die Masseneinheit bezogene Oberfläche nimmt erheblich zu. Bei der Aktivierung wird also ein gezielter Abbrand der Kohle vorgenommen. Da bei der Aktivierung Kohlenstoff abgebaut wird, tritt bei diesem Vorgang ein Substanzverlust ein, welcher – unter optimalen Bedingungen – gleichbedeutend mit einer Erhöhung der Porosität und Zunahme der inneren Oberfläche und des Porenvolumens ist. Die Aktivierung erfolgt daher unter selektiven bzw. kontrollierten oxidierenden Bedingungen. Die Aktivierung wird im allgemeinen bei Temperaturen von 700 bis 1.300 °C, insbesondere 800 bis 1.200 °C, vorzugsweise 900 bis 1.100 °C, durchgeführt.

Die Besonderheit bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien ist – neben der Auswahl des zuvor beschriebenen Ausgangsmaterials – in der speziellen Verfahrensführung der Aktivierung zu sehen, insbesondere in der Dauer der Aktivierung in Kombination mit der ausgewählten Aktivierungsatmosphäre. Die Anmelderin hat überraschenderweise herausgefunden, daß – wenn man die Aktivierung extrem lange betreibt, insbesondere 12 bis 30 Stunden lang, vorzugsweise 19 bis 23 Stunden lang, und dabei eine nur schwach oxidierende Atmosphäre, welche nur geringe Mengen an Wasserdampf in einer ansonsten stickstoffhaltigen Atmosphäre enthält, verwendet, und zwar in Mengen von nur etwa 0,1 bis 5 Vol.-%, insbesondere 0,5 bis 4 Vol.-%, Wasserdampf – ausgehend von den ausgewählten Ausgangsmaterialien die erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien hoher Mikroporosität und hoher mechanischer Stabilität mit den übrigen zuvor geschilderten Eigenschaften resultieren.

Insbesondere ist überraschend, daß zum einen die extrem lange Aktivierungsdauer nicht zu einem schädlichen, übermäßigen Abbrand unter erheblichem Substanzverlust führt und zum anderen trotz der hohen Porosität bei gleichzeitig hoher Mikroporosität eine extrem hohe Abriebfestigkeit und mechanische Druckfestigkeit resultiert. Es war nicht zu erwarten, daß derart lange Aktivierungsdauern nicht zu einem nachteiligen Ergebnis führen würden und daß bei derart langen Aktivierungsdauern überwiegend selektiv die Mikroporosität bzw. das Mikroporenvolumen generiert wird, sofern von den gelförmigen Ausgangsmaterialien, wie zuvor definiert, ausgegangen wird.

Durch Variation der Aktivierungsdauern, insbesondere im Bereich von 12 bis 30 Stunden, vorzugsweise 19 bis 23 Stunden, kann dann gezielt die Mikroporosität eingestellt werden. Auf diese Weise können die erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien sozusagen maßgeschneidert werden.

Die Figurendarstellungen gemäß 1 und 2 zeigen N2-Adsorptionsisothermen für zwei unterschiedliche erfindungsgemäße Hochleistungsadsorbentien, welche mit unterschiedlich langen Aktivierungsdauern hergestellt worden sind. Die physikochemischen Eigenschaften der beiden erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien sind zudem in der nachfolgenden Tabelle 1 zusammengefaßt. Zum Vergleich ist dort auch eine handelsübliche mikroporöse Aktivkohle der Fa. Kureha mit den betreffenden physikochemischen Eigenschaften aufgeführt.

Die in Tabelle 1 wiedergegebenen Daten zeigen die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien gegenüber einer mikroporösen Aktivkohle des Standes der Technik: Die Kombination einer hohen Gesamtporosität mit hohem Mikroporenvolumenanteil bei hoher BET-Oberfläche und gleichzeitig hoher mechanischer Beständigkeit (Druck- bzw. Berstfestigkeit sowie Abriebfestigkeit) und exzellenten Adsorptionseigenschaften (hohe Butanadsorption und Iodzahl) ist in dieser Kombination – neben den übrigen physikochemischen Parameter – nur bei der erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien zu finden. Erfindungsgemäß lassen sich also hochmikroporöse Hochleistungsadsorbentien auf Basis von Aktivkohle in Kornform, insbesondere Kugelform, herstellen, welche den handelsüblichen Produkten überlegen sind.

Die in Tabelle 1 aufgeführten erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien "Aktivkohle I" und "Aktivkohle II" werden jeweils wie folgt hergestellt: Handelsübliche Ionenaustauschervorstufen vom Geltyp auf der Basis von divinylbenzolvernetzten Polystyrolcopolymeren mit einem Divinylbenzolgehalt von etwa 4 % werden zunächst vorgetrocknet, um den etwa 50 %igen Wasseranteil zu entfernen, und nachfolgend bei Temperaturen von 100 °C bis 150 °C mit einer Schwefelsäure/Oleum-Mischung in an sich bekannter Weise sulfoniert. Dann wird in an sich bekannter Weise bei Temperaturen bis zu 950 °C vier Stunden lang unter Stickstoffatmosphäre carbonisiert und anschließend die Aktivierung eingeleitet, indem der Stickstoffatmosphäre geringe Mengen an Wasserdampf (ca. 1 bis 3 Vol.-%) zugesetzt werden; die Wasserdampfzufuhr wird beibehalten, um den Wasserdampfanteil in dieser Weise zu regulieren. Die Aktivierung wird 19 Stunden lang ("Aktivkohle I") bzw. 23 Stunden lang ("Aktivkohle II") betrieben. Nach Abkühlung auf Raumtemperatur werden die in Tabelle 1 aufgeführten erfindungsgemäßen Produkte erhalten.

Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung – gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung – ist die erfindungsgemäße Verwendung der Hochleistungsadsorbentien nach der vorliegenden Erfindung, genauer gesagt die verschiedenen Materialien, Apparaturen, Anlagen, Erzeugnisse und dergleichen, in denen die erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien Verwendung finden und wie sie in den diesbezüglichen Ansprüchen näher definiert sind.

So eignen sich die erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien insbesondere für die Adsorption von Giftstoffen, Schadstoffen und Gerüchen, beispielsweise aus Gas- bzw. Luftströmen. Weiterhin eignen sich die erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien auch zur Reinigung und Aufbereitung von Gasen, insbesondere zur Reinigung von Luft. Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß dieser besonderen Ausgestaltung sind somit Materialien, Apparaturen, Anlagen und dergleichen für die Adsorption von Giftstoffen, Schadstoffen und Gerüchen, insbesondere aus Gas- oder Luftströmen, oder zur Reinigung oder Aufbereitung von Gasen, insbesondere Luft, welche die erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle umfassen (wie z. B. Filter und Filteranlagen, Klimaanlagen, Filter und Filteranlagen für die Raumluftreinigung oder Gebäudeluftreinigung etc.).

Weiterhin können die erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien auch in Adsorptionsfiltermaterialien bzw. zur Herstellung von Adsorptionsfiltermaterialien verwendet werden. Derartige Adsorptionsfiltermaterialien lassen sich insbesondere für die Herstellung von Schutzbekleidung einsetzen, z. B. von Schutzanzügen, Schutzhandschuhen, Schutzunterwäsche, Schutzschuhen etc., insbesondere für den zivilen oder militärischen Bereich (z. B. ABC-Schutz). Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß dieser besonderen Ausgestaltung sind somit Adsorptionsfiltermaterialien, insbesondere für die Herstellung von Schutzbekleidung, welche die erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle umfassen.

Des weiteren eignen sich die erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien auch zur Verwendung im Bereich der Medizin oder Pharmazie, insbesondere als Arzneimittel oder Arzneimittelbestandteil. Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß dieser besonderen Ausgestaltung sind somit medizinische oder pharmazeutische Produkte, insbesondere Arzneimittel oder Arzneimittelbestandteile, welche die erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle umfassen.

Schließlich können die erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien auch als Sorptionsspeicher für Gase, insbesondere Wasserstoff, dienen. Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß dieser besonderen Ausgestaltung sind somit Sorptionsspeicher für Gase, insbesondere Wasserstoff, welche die erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle umfassen.

Aufgrund ihrer hohen Gesamtporosität bei hoher Mikroporosität und gleichzeitig exzellenter mechanischer Beständigkeit mit exzellenten adsorptiven Eigenschaften sind die erfindungsgemäßen Hochleistungsadsorbentien den Adsorbentien des Standes der Technik mit vergleichbarer Mikroporosität deutlich überlegen.

Weitere Ausgestaltungen, Abwandlungen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind für den Fachmann beim Lesen der Beschreibung ohne weiteres erkennbar und realisierbar, ohne daß er dabei den Rahmen der vorliegenden Erfindung verläßt.


Anspruch[de]
Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle in Form von diskreten Aktivkohlekörnern, vorzugsweise in Kugelform,

gekennzeichnet

durch die folgenden Parameter:

– ein Gesamtporenvolumen nach Gurvich von mindestens 0,7 cm3/g, wobei mindestens 70 % dieses Gesamtporenvolumens durch Mikroporenporen mit Porendurchmessern von ≤ 20 Å gebildet sind,

– einen mittleren Porendurchmesser von höchstens 30 Å und

– eine BET-Oberfläche von mindestens 1.500 m2/g.
Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesamtporenvolumen nach Gurvich der Hochleistungsadsorbentien mindestens 0,8 cm3/g, insbesondere mindestens 0,9 cm3/g, vorzugsweise mindestens 1,0 cm3/g, beträgt, und/oder Werte bis zu 1,5 cm3/g, insbesondere bis zu 1,6 cm3/g, vorzugsweise bis zu 1,8 cm3/g, erreicht. Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesamtporenvolumen nach Gurvich der Hochleistungsadsorbentien im Bereich von 0,7 bis 1,8 cm3/g, insbesondere 0,8 bis 1,6 cm3/g, vorzugsweise 0,9 bis 1,5 cm3/g, liegt. Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 75 %, insbesondere mindestens 80 %, vorzugsweise mindestens 85 %, besonders bevorzugt mindestens 90 %, des Gesamtporenvolumens nach Gurvich der Hochleistungsadsorbentien durch Mikroporen mit Porendurchmessern von ≤ 20 Å gebildet sind. Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß 70 % bis 95 %, insbesondere 75 % bis 90 %, vorzugsweise 75 % bis 85 %, des Gesamtporenvolumens nach Gurvich der Hochleistungsadsorbentien durch Mikroporenporen mit Porendurchmessern von ≤ 20 Å gebildet sind. Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das durch Mikroporen mit Porendurchmessern von ≤ 20 Å gebildete Mikroporenvolumen nach Carbon Black der Hochleistungsadsorbentien im Bereich von 0,5 bis 1,4 cm3/g, insbesondere 0,6 bis 1,2 cm3/g, bevorzugt 0,7 bis 1,1 cm3/g, liegt. Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Porendurchmesser der Hochleistungsadsorbentien höchstens 26 Å, insbesondere höchstens 25 Å, bevorzugt höchstens 24 Å, beträgt und/oder daß der mittlere Porendurchmesser der Hochleistungsadsorbentien im Bereich von 15 bis 30 Å, insbesondere 16 bis 26 Å, vorzugsweise 17 bis 25 Å, besonders bevorzugt 18 bis 24 Å, liegt. Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die BET-Oberfläche der Hochleistungsadsorbentien im Bereich von 1.500 m2/g bis 2.750 m2/g, insbesondere 1.525 bis 2.500 m2/g, vorzugsweise 1.550 bis 2.400 m2/g, besonders bevorzugt 1.575 bis 2.350 m2/g, liegt. Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das gewichtsbezogene adsorbierte N2-Volumen Vads(gew.) der Hochleistungsadsorbentien, bestimmt bei einem Partialdruck p/p0 von 0,25, mindestens 400 cm3/g, insbesondere mindestens 420 cm3/g, beträgt und insbesondere im Bereich von 400 bis 800 cm3/g, vorzugsweise 410 bis 750 cm3/g, besonders bevorzugt 420 bis 700 cm3/g, liegt und/oder daß das volumenbezogene adsorbierte N2-Volumen Vads(vol.) der Hochleistungsadsorbentien, bestimmt bei einem Partialdruck p/p0 von 0,25, mindestens 200 cm3/cm3, insbesondere mindestens 220 cm3/cm3, beträgt und insbesondere im Bereich von 200 bis 300 cm3/cm3, vorzugsweise 210 bis 275 cm3/cm3, besonders bevorzugt 225 bis 260 cm3/cm3, liegt. Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das gewichtsbezogene adsorbierte N2-Volumen Vads(gew.) der Hochleistungsadsorbentien, bestimmt bei einem Partialdruck p/p0 von 0,995, mindestens 450 cm3/g, insbesondere mindestens 460 cm3/g, beträgt und insbesondere im Bereich von 450 bis 900 cm3/g, vorzugsweise 460 bis 875 cm3/g, besonders bevorzugt 470 bis 850 cm3/g, liegt und/oder daß das volumenbezogene adsorbierte N2-Volumen Vads(vol.) der Hochleistungsadsorbentien, bestimmt bei einem Partialdruck p/p0 von 0,995, mindestens 250 cm3/cm3, insbesondere mindestens 260 cm3/cm3, beträgt und insbesondere im Bereich von 250 bis 400 cm3/cm3, vorzugsweise 260 bis 350 cm3/cm3, besonders bevorzugt 265 bis 320 cm3/cm3, liegt. Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Poren mit Porendurchmessern von ≤ 20 Å gebildete Mikroporenoberfläche nach Carbon Black der Hochleistungsadsorbentien mindestens 1.400 m2/g, insbesondere mindestens 1.450 m2/g, vorzugsweise mindestens 1.500 m2/g, beträgt und/oder daß die aus Poren mit Porendurchmessern von ≤ 20 Å gebildete Mikroporenoberfläche nach Carbon Black der Hochleistungsadsorbentien im Bereich von 1.400 bis 2.500 m2/g, insbesondere 1.450 bis 2.400 m2/g, vorzugsweise 1.500 bis 2.300 m2/g, beträgt. Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochleistungsadsorbentien eine Butanadsorption von mindestens 25 %, insbesondere mindestens 30 %, vorzugsweise mindestens 40 %, aufweisen und/oder daß die Hochleistungsadsorbentien eine Butanadsorption im Bereich von 25 bis 80 %, insbesondere 30 bis 70 %, vorzugsweise 35 bis 65 %, aufweisen. Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochleistungsadsorbentien eine Iodzahl von mindestens 1.350 mg/g, insbesondere mindestens 1.450 mg/g, bevorzugt mindestens 1.500 mg/g, aufweisen und/oder daß die Hochleistungsadsorbentien eine Iodzahl im Bereich von 1.350 bis 2.100 mg/g, insbesondere 1.450 bis 2.050 mg/g, vorzugsweise 1.500 bis 2.000 mg/g, aufweisen. Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Abriebfestigkeit von mindestens 95 %, insbesondere mindestens 96 %, vorzugsweise mindestens 97 %, besonders bevorzugt mindestens 98 %, ganz besonders bevorzugt mindestens 99 %. Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Druck- bzw. Berstfestigkeit pro Aktivkohlekorn, insbesondere pro Aktivkohlekügelchen, von mindestens 10 Newton, insbesondere mindestens 15 Newton, vorzugsweise mindestens 20 Newton, und/oder gekennzeichnet durch eine Druck- bzw. Berstfestigkeit pro Aktivkohlekorn, insbesondere pro Aktivkohlekügelchen, im Bereich von 10 bis 50 Newton, insbesondere 12 bis 45 Newton, vorzugsweise 15 bis 40 Newton. Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochleistungsadsorbentien bzw. die Aktivkohlekörner, insbesondere Aktivkohlekügelchen, mittlere Teilchendurchmesser im Bereich von 0,01 bis 1,0 mm, insbesondere 0,1 bis 0,8 mm, vorzugsweise 0,2 bis 0,7 mm, besonders bevorzugt 0,4 bis 0,55 mm, aufweisen. Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Aschegehalt von höchstens 1 %, insbesondere höchstens 0,8 %, vorzugsweise höchstens 0,6 %, besonders bevorzugt höchstens 0,5 %. Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Feuchtigkeitsgehalt von höchstens 1 %, insbesondere höchstens 0,5 %, vorzugsweise höchstens 0,2 %. Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Schüttdichte im Bereich von 250 bis 750 g/l, insbesondere 300 bis 700 g/l, vorzugsweise 300 bis 650 g/l, besonders bevorzugt 350 bis 600 g/l. Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Porenvolumen nach Carbon Black der Hochleistungsadsorbentien im Bereich von 0,05 bis 0,5 cm3/g, insbesondere 0,1 bis 0,45 cm3/g, liegt und/oder daß das äußere Porenvolumen nach Carbon Black der Hochleistungsadsorbentien höchstens 35 %, vorzugsweise höchstens 30 %, des Gesamtporenvolumens und insbesondere 10 % bis 35 %, bevorzugt 14 bis 30 %, des Gesamtporenvolumens bildet. Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Porenoberfläche nach Carbon Black der Hochleistungsadsorbentien im Bereich von 50 bis 300 m2/g, insbesondere 60 bis 2502/g, bevorzugt 70 bis 200 m2/g, liegt und/oder daß die äußere Po renoberfläche nach Carbon Black der Hochleistungsadsorbentien höchstens 15 %, vorzugsweise höchstens 10 %, der Gesamtporenoberfläche und insbesondere 4 bis 15 %, bevorzugt 4 bis 12 %, der Gesamtporenoberfläche bildet. Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochleistungsadsorbentien erhältlich sind durch Carbonisierung und nachfolgende Aktivierung von gelförmigen sulfonierten Styrol/Divinylbenzol-Copolymeren, insbesondere sulfonierten divinylbenzolvernetzten Polystyrolen, in Kornform, bevorzugt in Kugelform, insbesondere wobei der Divinylbenzolgehalt der sulfonierten Styrol/Divinylbenzol-Copolymeren im Bereich von 1 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Styrol/Divinylbenzol-Copolymere, liegt. Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle in Form von diskreten Aktivkohlekörnern, vorzugsweise in Kugelform, insbesondere nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Parameter:

– ein Gesamtporenvolumen nach Gurvich von mindestens 0,7 cm3/g, wobei mindestens 70 % dieses Gesamtporenvolumens durch Mikroporenporen mit Porendurchmessern von ≤ 20 Å gebildet sind,

– einen mittleren Porendurchmesser von höchstens 30 Å,

– eine BET-Oberfläche von mindestens 1.500 m2/g,

– eine Butanadsorption von mindestens 25 %,

– eine Iodzahl von mindestens 1.350 mg/g,

– gegebenenfalls eine Druck- bzw. Berstfestigkeit pro Aktivkohlekorn von mindestens 10 Newton und/oder gegebenenfalls eine Abriebfestigkeit von mindestens 95 %.
Materialien, Apparaturen, Anlagen und dergleichen für die Adsorption von Giftstoffen, Schadstoffen und Gerüchen, insbesondere aus Gas- oder Luftströmen, oder zur Reinigung oder Aufbereitung von Gasen, insbesondere Luft, umfassend Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche. Adsorptionsfiltermaterialien, insbesondere für die Herstellung von Schutzbekleidung, umfassend Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche. Sorptionsspeicher für Gase, insbesondere Wasserstoff, umfassend Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche. Medizinisches oder pharmazeutisches Produkte, insbesondere Arzneimittel oder Arzneimittelbestandteil, umfassend Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche.






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