Adsorbentes de alto rendimiento a base de carbón activo con elevada mesoporosidad y macroporosidad.

Adsorbentes de alto rendimiento a base de carbón activo en forma de granos de carbón activo discretos,

preferentemente de forma esférica, en los que

* el volumen de poros total según Gurvich de los adsorbentes de alto rendimiento asciende al menos a 0,8 cm3/g,

* al menos el 70 % del volumen de poros total de los adsorbentes de alto rendimiento está formado por poros con diámetros de poro de más de 20 Å,

* los adsorbentes de alto rendimiento presentan un diámetro de poro medio de más de 25 Å,

* los adsorbentes de alto rendimiento presentan una superficie BET de al menos 1.250 m2/g y

* los adsorbentes de alto rendimiento presentan un índice de yodo de al menos 1.350 mg/g.

Adsorbentes de alto rendimiento a base de carbïn activo con elevada mesoporosidad y macroporosidad

La presente invenciïn se refiere al campo tïcnico de la adsorciïn. En particular la presente invenciïn se refiere a adsorbentes de alto rendimiento a base de carbïn activo con elevada mesoporosidad y macroporosidad y a un procedimiento para su producciïn asï como al uso de estos adsorbentes de alto rendimiento, en particular para materiales para filtro de adsorciïn, para la industria alimentaria (por ejemplo para el tratamiento y/o decoloraciïn de alimentos) , para la adsorciïn de sustancias tïxicas, sustancias nocivas y olores, en particular a partir de corrientes de gas o de aire, para la limpieza o el tratamiento de gases, tales como en particular aire, y de lïquidos, tales como en particular agua, para la aplicaciïn en la medicina o farmacia asï como como depïsito de sorciïn en particular para gases, lïquidos y similares.

El carbïn activo, debido a sus propiedades de adsorciïn bastante inespecïficas, es el adsorbente mïs aplicado. Requisitos legales, pero tambiïn la creciente conciencia de responsabilidad del medio ambiente, llevan a una demanda creciente de carbïn activo.

El carbïn activo se obtiene en general mediante carbonizaciïn (denominada tambiïn carbonizaciïn a baja temperatura, pirïlisis, combustiïn nuclear etc.) y activaciïn posterior de compuestos de partida que contienen carbono, prefiriïndose aquellos compuestos de partida que llevan a rendimientos econïmicamente razonables. Son considerables pues las pïrdidas de peso por escisiïn de constituyentes volïtiles durante la carbonizaciïn y mediante la combustiïn nuclear posterior durante la activaciïn. Para mïs detalles de la producciïn de carbïn activo puede remitirse por ejemplo a H. v. Kienle y E. Bïder, “Aktivkohle und ihre industrielle Anwendung”, Enke Verlag Stuttgart, 1980.

La naturaleza del carbïn activo generado, de grano fino o grueso, sïlido o compacto o quebradizo, etc., depende del material de partida. Materiales de partida habituales son cïscaras de coco, carbïn vegetal y madera (por ejemplo residuos de madera) , turba, carbïn mineral, breas, pero tambiïn plïsticos especiales que, entre otros, desempeïan un papel determinado en la producciïn de tejidos de carbïn activo.

El carbïn activo se usa en distintas formas: carbïn en polvo, carbïn fragmentado o carbïn en grano, carbïn conformado y desde finales de los aïos 1970 tambiïn carbïn activo en forma esfïrica (“carbïn esfïrico”) . El carbïn activo en forma esfïrica, con respecto a otras formas de carbïn activo, tales como carbïn en polvo, carbïn fragmentado, carbïn en grano y carbïn conformado y similares, tiene una serie de ventajas, que lo hacen valioso o incluso indispensable para determinadas aplicaciones: es fluido, resistente a la abrasiïn o libre de polvo y duro. El carbïn esfïrico, debido a su forma especial, pero tambiïn debido a la alta resistencia a la abrasiïn, por ejemplo para campos de aplicaciïn especiales, es muy demandado.

El carbïn esfïrico se produce hoy en dïa tambiïn en la mayorïa de los casos mediante procedimientos de varias etapas y muy costosos. El procedimiento mïs conocido consiste en la producciïn de esferas de pez de brea de carbïn mineral y residuos de tipo asfalto adecuados de la quïmica del petrïleo, que se oxidan, para que se vuelvan infusibles, y a continuaciïn se calcinan a baja temperatura y se activan. Por ejemplo el carbïn esfïrico puede producirse tambiïn en un procedimiento de varias etapas partiendo de betïn. Estos procedimientos de varias etapas son muy costosos, y el elevado precio relacionado con los mismos de este carbïn esfïrico impide muchas aplicaciones en las que el carbïn esfïrico, debido a sus propiedades, deberïa preferirse en realidad.

En el documento WO 98/07655 A1 se describe un procedimiento para la producciïn de esferas de carbïn activo, en el que en primer lugar se procesa una mezcla, que comprende un residuo de destilaciïn procedentes de la producciïn de diisocianato, un agente auxiliar de procesamiento que contiene carbono y dado el caso uno o varios aditivos adicionales, para dar esferas fluidas y, a continuaciïn, se carbonizan las esferas obtenidas de esta manera y entonces se activan.

Por el estado de la tïcnica se conoce asimismo la producciïn de carbïn esfïrico mediante carbonizaciïn a baja temperatura y activaciïn posterior de intercambiadores de iones nuevos o usados, que contienen grupos ïcido sulfïnico, o mediante carbonizaciïn a baja temperatura de etapas previas de intercambiadores de iones en presencia de ïcido sulfïrico y activaciïn posterior, teniendo los grupos ïcido sulfïnico o el ïcido sulfïrico la funciïn de un agente de reticulaciïn. Tales procedimientos se describen por ejemplo en el documento DE 43 28 219 A1 y en el documento DE 43 04 026 A1 asï como en el documento DE 196 00 237 A1 inclusive la solicitud adicional alemana DE 196 25 069 A1.

El documento EP 1049116 A1 se refiere a un material que contiene carbono con un volumen de poros total de 0, 3 a 2, 0 cm3/g por unidad de masa, un volumen de microporos con diïmetros de 1 a 2 nm del 10 al 60 %, con respecto al volumen de poros total, un volumen de mesoporos con diïmetros de 1 a 20 nm del 20 al 70 %, con respecto al volumen de poros total, un volumen de macroporos con diïmetros por encima de 20 nm de no mïs del 20 %, con respecto al volumen de poros total, y una superficie especïfica de 1.000 a 2.500 m2/g.

En cambio, en aplicaciones especiales no sïlo es de importancia decisiva la geometrïa o la forma exterior del carbïn activo, sino tambiïn su porosidad, en particular el volumen de poros total y la capacidad de adsorciïn por un lado y la distribuciïn de los poros, es decir el porcentaje de microporos, mesoporos y macroporos con respecto al volumen de poros total, por otro lado.

En una serie de aplicaciones se demanda una mesoporosidad y macroporosidad especialmente elevada del carbïn activo, es decir un gran porcentaje de volumen de mesoporos y macroporos, con, en conjunto, un alto volumen de poros total, asï por ejemplo en las aplicaciones mencionadas al principio, asï por ejemplo para el uso en la industria alimentaria, para la producciïn de determinados materiales para filtro de adsorciïn (por ejemplo para ropa de protecciïn ABQ) , para la adsorciïn de sustancias tïxicas, sustancias nocivas y olores, en particular a partir de corrientes de gas o de aire, para la limpieza o el tratamiento de gases, tales como en particular aire, asï como tambiïn lïquidos, para la aplicaciïn en la medicina o farmacia, durante el almacenamiento por sorciïn de gases o lïquidos y similares.

El carbïn activo conocido por el estado de la tïcnica para este fin, si bien presenta una cierta mesoporosidad y macroporosidad, en cambio, ïsta no es suficiente en todos los casos. Ademïs, con una porosidad creciente se observa una disminuciïn indeseada, en algunos casos inaceptable de la estabilidad mecïnica o resistencia a la abrasiïn. Tambiïn el porcentaje de mesoporos y macroporos en el volumen de poros total y el volumen de poros absoluto no siempre es suficiente para garantizar para todas las aplicaciones una capacidad de carga suficiente y/o una capacidad de impregnaciïn suficiente (por ejemplo impregnaciïn con metales o sales de metal) .

Por lo tanto, es un objetivo de la presente invenciïn proporcionar un adsorbente de alto rendimiento adecuado en particular para los campos de aplicaciïn mencionados anteriormente a base de carbïn activo, que evite al menos en su mayor parte o que tambiïn al menos atenïe las desventajas expuestas anteriormente del estado de la tïcnica. En particular el adsorbente que va a proporcionarse de acuerdo con la invenciïn presentarï una elevada mesoporosidad y macroporosidad, es decir un alto porcentaje de mesoporos y macroporos con respecto al volumen de poros total, asï como un gran volumen de poros total, pero dispondrï al mismo tiempo de una buena resistencia mecïnica, en particular una alta resistencia a la abrasiïn y resistencia al reventamiento.

En el contexto de la presente invenciïn, el tïrmino de los microporos designa aquellos poros con diïmetros de porode hasta 20 ï inclusive, mientras que el tïrmino de los mesoporos designa aquellos poros con diïmetros de poro enel intervalo de mïs de 20 ï (es decir > 20 ï) a 500 ï inclusive y el tïrmino de los macroporos designa aquellosporos con diïmetros de poro de mïs de 500 ï (es decir > 500 ï) :

• microporos: diïmetro de poromicroporos º 20 ï

• mesoporos: 20 ï < diïmetro de poromesoporos º 500 ï

• macroporos: diïmetro de poromacroporos... [Seguir leyendo]

1. Adsorbentes de alto rendimiento a base de carbïn activo en forma de granos de carbïn activo discretos, preferentemente de forma esfïrica, en los que

• el volumen de poros total segïn Gurvich de los adsorbentes de alto rendimiento asciende al menos a 0, 8 cm3/g,

• al menos el 70 % del volumen de poros total de los adsorbentes de alto rendimiento estï formado por poroscon diïmetros de poro de mïs de 20 ï,

• los adsorbentes de alto rendimiento presentan un diïmetro de poro medio de mïs de 25 ï,

• los adsorbentes de alto rendimiento presentan una superficie BET de al menos 1.250 m2/g y

• los adsorbentes de alto rendimiento presentan un ïndice de yodo de al menos 1.350 mg/g.

2. Adsorbentes de alto rendimiento a base de carbïn activo de acuerdo con la reivindicaciïn 1, caracterizados por que el volumen de poros total segïn Gurvich de los adsorbentes de alto rendimiento asciende al menos a 1, 0 cm3/g, preferentemente al menos 1, 2 cm3/g, y/o por que el volumen de poros total segïn Gurvich de los adsorbentes de alto rendimiento alcanza valores de hasta 2, 0 cm3/g, en particular de hasta 2, 5 cm3/g, preferentemente de hasta 3, 0 cm3/g, de manera especialmente preferente de hasta 3, 5 cm3/g.

3. Adsorbentes de alto rendimiento a base de carbïn activo de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizados por que el volumen de poros formado por poros con diïmetros de poro de mïs de 20 ï segïn negro de carbono de los adsorbentes de alto rendimiento se encuentra en el intervalo de 0, 4 a 3, 3 cm3/g, en particular de 0, 8 a 3, 2 cm3/g, preferentemente de 1, 0 a 3, 1 cm3/g, de manera especialmente preferente de 1, 2 a 3, 0 cm3/g, de manera muy especialmente preferente de 1, 2 a 2, 8 cm3/g.

4. Adsorbentes de alto rendimiento a base de carbïn activo de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizados por que al menos el 75 %, de manera muy especialmente preferente al menos el 80 %, del volumen de poros total de los adsorbentes de alto rendimiento estï formado por el volumen de poros de poros con diïmetros de poro de mïs de 20 ï y/o por que del 70 % al 95 %, preferentemente del 70 % al 90 %, de manera especialmente preferente del 70 al 85 %, del volumen de poros total de los adsorbentes de alto rendimiento estïformado por el volumen de poros de poros con diïmetros de poro de mïs de 20 ï.

5. Adsorbentes de alto rendimiento a base de carbïn activo de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizados por que el diïmetro de poro medio de los adsorbentes de alto rendimiento asciende almenos a 30 ï, en particular al menos a 35 ï, preferentemente al menos a 40 ï, y/o por que el diïmetro de poromedio de los adsorbentes de alto rendimiento se encuentra en el intervalo de 25 a 75 ï, en particular de 30 a 75 ï, preferentemente de 35 a 70 ï, de manera especialmente preferente de 40 a 65 ï.

6. Adsorbentes de alto rendimiento a base de carbïn activo de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizados por que la superficie BET de los adsorbentes de alto rendimiento se encuentra en el intervalo de 1.250 m2/g a 2.800m2/g, en particular de 1.400 a 2.500 m2/g, preferentemente de 1.500 a 2.300 m2/g, de manera especialmente preferente de 1.600 a 2.100 m2/g.

7. Adsorbentes de alto rendimiento a base de carbïn activo de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizados por que los adsorbentes de alto rendimiento presentan una adsorciïn de butano de al menos el 30 %, en particular al menos del 35 %, preferentemente al menos del 40 %, y/o por que los adsorbentes de alto rendimiento presentan una adsorciïn de butano en el intervalo del 30 al 80 %, en particular del 35 al 75 %, preferentemente del 40 al 70 %.

8. Adsorbentes de alto rendimiento a base de carbïn activo de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizados por que los adsorbentes de alto rendimiento presentan un ïndice de yodo en el intervalo de 1.350 a 2.100 mg/g, en particular de 1.350 a 2.000 mg/g, preferentemente de 1.350 a 1.900 mg/g.

9. Adsorbentes de alto rendimiento a base de carbïn activo de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizados por que los adsorbentes de alto rendimiento presentan un valor de azul de metileno de al menos 15 ml, en particular de al menos 17 ml, preferentemente de al menos 19 ml, y/o por que los adsorbentes de alto rendimiento presentan un valor de azul de metileno en el intervalo de 15 a 60 ml, en particular de 17 a 50 ml, preferentemente de 19 a 45 ml.

10. Adsorbentes de alto rendimiento a base de carbïn activo de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizados por que los adsorbentes de alto rendimiento presentan un ïndice de melaza de al menos 300, en particular de al menos 350, preferentemente de al menos 400, y/o por que los adsorbentes de alto rendimiento presentan un ïndice de melaza en el intervalo de 300 a 1.400, en particular de 350 a 1.300, preferentemente de 400 a 1.250, de manera muy especialmente preferente de 700 a 1.200.

11. Procedimiento para la producciïn de los adsorbentes de alto rendimiento a base de carbïn activo de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores, en el que un material de partida que contiene carbono en forma de copolïmeros de estireno-divinilbenceno sulfonados en primer lugar se carboniza y a continuaciïn se activa, caracterizado por que la activaciïn se lleva a cabo en dos etapas, sometiïndose el material de partida carbonizado en primer lugar en una primera etapa de activaciïn a una activaciïn en una atmïsfera que contiene vapor de agua, seguido de una segunda etapa de activaciïn de la activaciïn en una atmïsfera que contiene CO2.

12. Procedimiento de acuerdo con la reivindicaciïn 11, caracterizado por que la atmïsfera de la primera etapa de activaciïn comprende o se compone de vapor de agua, en particular una mezcla de vapor de agua/gas inerte, preferentemente una mezcla de vapor de agua/nitrïgeno, en particular ascendiendo el caudal de vapor de agua a de 25 a 350 m3/h, en particular a de 50 a 300 m3/h, con respecto a vapor de agua puro, y/o en particular ascendiendo el caudal en masa de vapor de agua a de 0, 01 a 50 l/ (h ï kg) , en particular a de 0, 02 a 25 l/ (h ï kg) , preferentemente a de 0, 02 a 5 l/ (h ï kg) , calculado como agua y con respecto a la cantidad de material de partida que va a activarse con vapor de agua.

13. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la primera etapa de activaciïn se lleva a cabo hasta alcanzar un ïndice de yodo predeterminado, en particular hasta alcanzar un ïndice de yodo de al menos 1.004 mg/g, en particular al menos 1.250 mg/g.

14. Uso de los adsorbentes de alto rendimiento a base de carbïn activo de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores para la adsorciïn de sustancias tïxicas, sustancias nocivas y olores, en particular a partir de corrientes de gas o de aire, o para la limpieza o el tratamiento de gases, en particular aire o lïquidos, en particular agua.

15. Uso de los adsorbentes de alto rendimiento a base de carbïn activo de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores para su uso en materiales para filtro de adsorciïn, en particular para la fabricaciïn de ropa de protecciïn.