DE2129459C3

DE2129459C3 - Verfahren zur chemischen Regeneration von erschöpften Aktivkohlen

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Publication number: DE2129459C3
Application number: DE2129459A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Prof. Dr. 7500 Karlsruhe Sontheimer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-06-14
Filing date: 1971-06-14
Publication date: 1974-08-08
Also published as: DE2129459B2; DE2129459A1

Description

Es ist allgemein bekannt, erschöpfte Aktivkohlen, die mit organischen Substanzen beladen sind, thermisch zu regenerieren. Hierbei werden solche Kohlen, die zum Beispiel bei der Reinigung von Oberflächen- oder Abwasser verwendet werden, in der Regel bei Temperaturen zwischen 500 und 800⁰C mit aktivierenden Gasen und Dämpfen, wie N₂-O_s-Gemischen, Kohlendioxid oder Wasserdampf behandelt. Häufig erfolgt diese Regeneration in Drehrohrofen, Etagenofen oder Wirbelschichtreaktoren.

Es ist auch schon bekannt, für die Regenerierung von Aktivkohle chemische Verfahren bzw. Extraktionsverfahren zu verwenden. Diese chemischen Regenerationsverfahren blieben jedoch hinsichtlich ihrer praktischen Anwendung meist auf wenige Spezialfälle beschränkt, bei denen die Beladung der Aktivkohle in qualitativer und quantitativer Hinsicht genau bekannt war.

In der schweizerischen Patentschrift 284 792 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem Aktivkohle, die bei der Konzentrierung und Isolierung von Antibiotika verwendet wurde, dadurch regeneriert wird, daß man diese Aktivkohle mit einer wäßrigen Lösung einer Base mit einem pH-Wert übei 8 behandelt, wobei die Dipolmomente weit unter 3 Debye liegen. In der britischen Patentschrift 337 348 wird Aktivkohle regeneriert, die zur Adsorption von Verbindungen, insbesondere Schwefelverbindungen, benutzt wurde. Dabei wird die Aktivkohle in erwärmtem Zustand der Einwirkung einer flüchtigen Base, wie z. B. aromatische

Amine, Anilin und cyclische Stickstoffverbindungen,

unterworfen, wobei alle genannten Lösungsmittel

Dipolmcmente von kleiner als 3 Debye haben.

Weiterhin ist bekannt, die für die Regeneration der Abwässer aus der Diphenylaminproduktion verwendete Aktivkohle durch eine Extraktion mit Diäthyläther zu reinigen. Für die Regeneration einer erschöpften Aktivkohle aus der Reinigung von Phenol- und Kresol-Abwässern wurde eine Extraktion mit den

so organischen Lösungsmitteln Äthanol, Isopropanol, Isobutanol sowie Dichloräthan durchgeführt. Eine in der Raffinerie-Abwasserreinigung verwendete Aktivkohle nach deren Erschöpfung durch Extraktion mit Benzin (Destillationsbereich 80 bis 100⁰C) und anas schließendes Erhitzen auf 130 bis 150⁰C regeneriert.

Während bei den obenerwähnten Spezialfällen die chemische Regeneration meist zufriedenstellend und mit hohen Wirkungsgraden ablief, gelingt mit den obenerwähnten Arbeitsweisen meist nur eine partielle und unvollständige Regeneration bei solchen Aktivkohlen, die mit einem in seiner Zusammensetzung weitgehend oder völlig unbekannten Gemisch organischer Stoffe beladen Sind. Derartige Fälle liegen jedoch häufig bei erschöpften Aktivkohlen vor, die in

der Aufbereitung von Oberflächenwasser zur Trinkwassergewinnung oder bei der Aufbereitung von häuslichen und/oder industriellen Abwässern aus der chemischen Industrie eingesetzt werden. Ähnliche Verhältnisse sind bei erschöpften Aktivkohlen gegeben, die als Entfärbungskohlen, z. B. in der Zuckerindustrie, oder als Gasreinigungskohlen verwendet wurden.

Die meisten der für solche Aktivkohlen vorgeschlagenen chemischen Regenerationsverfahren, wie

z. B. die Behandlung mit verdünnten Laugen und/oder Säuren oder mit Oxidationsmitteln, ermöglichen deshalb meist nur eine sehr unvollständige Regeneration. Bessere Ergebnisse werden durch eine chemische Regeneration der erschöpften Aktivkohlen durch eine Behandlung mit konzentrierter Schwefelsäure erreicht, wobei die an der Aktivkohle adsorbierten organischen Stoffe durch Sulfonierungs-, Veresterungs- und Additionsreaktionen so verändert werden, daß sie leicht von der Kohle heruntergelöst werden können. Dieses in seiner Wirkung zufriedenstellende chemische Regenerationsverfahren ist jedoch mit einem hohen Materialaufwand und zahlreichen apparativen Problemen verbunden, die seine praktische Verwendung in Frage stellen.

Es wurde nun gefunden, daß man erschöpfte mit organischen Stoffen beladene Aktivkohle durch Behandlung mit dipolaren aprotischen organischen Lösungsmitteln bei erhöhter Temperatur, die anschließend entfernt werden, chemisch regenerieren kann,

G5 indem man mindestens ein dipolares aprotisches Lösungsmitte! mit einem Dipolmoment von größer als 3 Debye und einem Siedepunkt zwischen 80 und 300°C verwendet, wobei diese Behandlung bei einer Tempe-

jatur in der Nähe des Siedepunktes dieser Lösungs- maliges Anlegen eines Vakuums von Vorteil sein. Die „uttel durchgeführt wird. Behandlung kann cbargenweipe oder kontinuierlich

Dieses Verfahren eignet sich besonders für die erfolgen. Beim Chargenbetrieb kann die Desorption Regeneration von erschöpften Aktivkohlen aus der der adsorbierten Stoffe durch Rühren des Ansatzes Wasser- und Abwasseraufbereitung, doch läßt es sich 5 beschleunigt werden. Das Mengenverhältnis zwischen _auch bei mit organischen Stoffen beladenen Aktiv- der erschöpften Aktivkohle und dem dipolaren aprolcöhlen aus anderen Anwendungsgebieten der Aktiv- tischen Lösungsmittel kann innerhalb weiter Grenzen kohle, wie *·^B- ¹^¹ Entfärbungskohlen oder Gas- schwanken. Zweckmäßigerweise sollte jedoch die reinigungskohlen, anwenden. Menge des verwendeten Lösungsmittels mindestens

Die aprotischen bzw. aprotonischen Lösungsmittel io dem gesamten Porenvolumen der Aktivkohle entänd bekannt als eine Gruppe von Lösungsmitteln, die sprechen. In der Regel liegt das Volumenverhältnis kein ionisir-bares Proton im Molekül enthalten und zwischen erschöpfter Aktivkohle und Lösungsmittel deshalb nicht als Protonendonatoren wirken können. bei etwa 0,1 bis 1:1. Bevorzugt wird jedoch iür die Die bei der Erfindung verwendeten dipolaren apro- Regenerierung der erschöpften Aktivkohle eine kontitischen Lösungsmittel besitzen ein Dipolmoment von 15 nuierliche Arbeitsweise, bei der die erschöpfte Aktiv- > 3 Debye, vorzugsweise von > 3,2 Debye. kohle bis zur vollständigen Regenerierung immer

Eine obere Grenze des Dipolmomentes ist für die wieder mit frischem Lösungsmittel in Berührung gecjgnung dieser Lösungsmittel für die Regenerierung bracht wird, verwendet. Man kann dabei das Lösungsven erschöpfter Aktivkohle nicht gegeben. Neben dem mittel im Kreislauf führen, nachdem man es durch Dipolmoment kann zur Charakterisierung der brauch- 20 Destillation oder andere geeignete Maßnahmen von baren dipolaren aprotischen Lösungsmittel noch deren dem Eluat befreit hat.

Dielektrizitätskonstante herangezogen werden. Die Mit steigender Temperatur nimmt das Elutionsver-

Dielektrizitätskonstante der hier verwendeten dipo- mögen der dipolaren aprotischen Lösungsmittel fur laren aprotischen Lösungsmittel soll zweckmäßiger- die an der erschöpften Aktivkohle adsorbierten Stone weise > 15, bevorzugt > 23 sein. Aus praktischen 25 zu. Aus diesem Grund wird die Regeneration bei Erwägungen heraus werden vorteilhafterweise di- erhöhter Temperatur vorgenommen. Bevorzugt werden nolare aprotische Lösungsmittel mit Siedepunkten Behandlungstemperaturen von höher als 80 C befischen etwa 80 und 300⁰C bei Normaldruck ver- nützt, wobei die Behandlungstemperaturen inaer !!Set ^{Nähe des} Siedepunktes, der zwischen 80 bis 300 C

Hinsichtlich ihrer chemischen Struktur können die 30 siedenden dipolaren aprotischen Lösungsmittel hegen, erfindungsgemäßen dipolaren aprotischen Lömngs- Unter Temperaturen in der Nähe des Siedepunktes mittel verschiedenen chemischen Klassen angehören. wird dabei verstanden, daß die Temperatur ment Tn der Regel handelt es sich um Derivate von anorga- weiter als etwa 20⁰C von dem Siedepunkt des oenischen oder organischen Säuren, die Kohlen wasser- treffenden Lösungsmittels bei Normaldruck entterntisi. Stoffreste, insbesondere kurze Alkylreste enthalten. 35 Die Behandlungszeit hängt von dem Beladungsgrad Besonders bevorzugt sind methylsubstkuierte Deri- und der Behandlungstemperatur ab. Bei kontmutervate von Säuren. Eine bevorzugte Klasse stellen die licher Arbeitsweise unter Verwendung von Temperatu-N Dialkylamide, insbesondere kurzkettige N-Dialkyl- ren in der Nähe des Siedepunktes des Lösungsmitteis amide wie Dimethylformamid und Dimethylacetamid, kann in der Regel bereits nach 1 bis 3 Stunden eine dar Andere bevorzugte dipolare aprotische Lösungs- 40 weitgehende Elution der adsorbierten Stoffe beobachtet mittel sind Dialkylsulfoxide wie Dimethylsulfoxid. Als werden. Die Behandlung kann aber auch über 1 ois weitere Beispiele von geeigneten dipolaren aprotischen 2 Tage oder über einen längeren Zeitraum ausge-Lösungsmitteln seien Tetramethylharnstoff, Hexa- dehnt weiden. .,..„„ h«

methvlphosphorsäuretriamid, Tetramethylensulfon, Bei der verfahrenstechnischen Ausgestaltung des

Acetonitril Nitrobenzol und Glykoldimethyläther 45 Behandlungsverfahrens ergeben sich noch ^¹¹'¹™⁰¹^ Benannt Es können auch Mischungen von zwei oder Abwandlungsmöglichkeiten. So kann man z.B. sowoni mehreren diesrr dipolaren aprotischen Lösungsmittel bei der diskontinuierlichen als auch bei der kontinuier-Swendet werden liehen Arbeitsweise eine Vorregeneration der erschopf-

Die zu regenerierenden, erschöpften Aktivkohlen ten Aktivkohle mit bereits vorbeladenem Lösungsmittel können handelsübliche Aktivkohlen sein, wie man sie 50 in einer ersten Stufe durchführen und erst « «"« Tl. aus Steinkohle, Petrolkoks oder Holzkohle her- oder mehreren weiteren Stufen d.e ersc^h°P£^e Akeleien kann. Diese Kohlen werden vorzugsweise als kohle mit frischem Lösungsmittel1 in Berührung Ko nkohkn mit Teilchengrößen zwischen 0,1 und bringen. Auch eine Vor- bzw. Nachbehandlung der 7 mm als Adsorbentien verwendet. Das Schüttgewicht Aktivkohle mit anorgan.schen oder orgamschen Sauren solcher Kohlen liegt in der Regel bei etwa 200 bis 55 oder Basen kann von Interesse sein _Aktivkohle

600 g/Liter. Der Beladungsgrad der zu regenerierenden Außerdem kann man die erschöpfte Aktivkoh e

Sen kann in Abhängigkeit von dem Anwendungs- auch mit polaren prot.schen oder unpolaren Losung, eebiet der Aktivkohle innerhalb weiter Grenzen mitteln vor- bzw. nachbehandeln .

Sanken. Bei Aktivkohlen aus der Trinkwasser- Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteh

Snnung liegt er meistens im Bereich von etwa 3 bis So darin, daß man dem d.po aren aprotischen Lösungs Swa6% wogegen bei erschöpften Aktivkohlen aus der mittel mindestens em mit ihm mischbares, polares SÄ Beladungen von 10 bis 100% und protisches^ungsmUtd^nAJ^

UU vw. »~~_β _ο ___ _ „ ι Aktivkohle mai

nach der vorliegenden Erfindung wird die Aktivkohle 65 protischer Lösungsmittel, z. B. 1 bis iu voiun

in innige Berührung mit dem Lösungsmittel gebracht. bezogen auf das Volumen der dipolaren ap

Zur besseren Benetzung und zur Entgasung der in der Lösungsmittel. Man kann in besonderen Fällen aber

vorher getrockneten Kohle kann ein mehr- auch größere Mengen, beispielsweise bis zu 50 Volum-

prozent bezogen auf die gleiche Basis, zugeben. Von besonderem Interesse ist der Zusatz von Ameisensäure als polarem protischen Lösungsmittel. So konnte z. B. bei einer in der Trinkwassergewinnung aus Oberflächenwasser eingesetzten erschöpften Aktivkohle bei der Regeneration mit Dimethylformamid durch Zusatz von 5% Ameisensäure eine Steigerung des Regenerationswirkungsgrades um etwa 20% erreicht werden. Wahrscheinlich ist dieses zum Teil auf die reduzierende Eigenschaft der Ameisensäure zurückzuführen, wodurch die adsorptionshemmenden Oberflächenoxide der Aktivkohle zum Teil entfernt werden können. Außerdem besitzt Ameisensäure ein beachtliches Lösevermögen für bestimmte organische Substanzen und setzt ferner den Aschegehalt der Aktiv- kohle herab.

In ähnlicher Weise und in ähnlichen Mengen wie polare protische Lösungsmittel kann auch mindestens ein unpolares Lösungsmittel bei der Regeneration der erschöpften Aktivkohle mit dipolaren aprotischen Lösungsmitteln zugesetzt werden. Als Beispiele für derartige unpolare Lösungsmittel, die mit den dipolaren aprotischen Lösungsmitteln mischbar sein sollen, seien Kohlenwasserstoffe und halogenierte Kohlenwasserstoffe genannt. Auch diese unpolaren Lösungs- as mittel sollen in den zugesetzten Mengen mit den erfindungsgemäßen dipolaren aprotischen Lösungsmitteln mischbar sein.

Die Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht darauf, daß durch die Extraktion mit den dipolaren aprotischen Lösungsmitteln die in der Aktivkohle adsorbierten und ursprünglich in einem Medium gelösten oder dispergieren Stoffe von der Aktivkohle desorbiert werden. Da es sich bei den von der Kohle festgehaltenen Stoffen meist um polare organische Substanzen handelt, werden diese von den dipolaren aprotischen Lösungsmitteln gut eluiert, da solche Lösungsmittel große organische Anionen besser als Wasser solvatisieren. Dadurch wird die Rückreaktion, das heißt, die erneute Adsorption verhindert. Gleich- 4» zeitig bewirken diese dipolaren aprotischen Lösungsmittel als starke Elektronendonatoren eine gute Solvatation von Protonen und Kationen, wodurch die Bildung von undissozüerter »Säure« oder »Salz« verhindert wird. Dieser Umstand wirkt sich ebenfalls 4S desorptionssteigernd aus. Schließlich kann die Desorption der an der Aktivkohle adsorbierten organischen Stoffe auch durch das Entstehen von Dipol-Komplexen erhöht werden. Die regenerationssteigernde Wirkung der zugesetzten polaren protischen Lösungs mittel oder deren Anwendung vor bzw. nach der Regeneration mit den dipolaren aprotischen Lösungsmitteln kann auf der Tatsache beruhen, daß diese Anionen unter Ausbildung von Wasserstoffbrücken-Bindungen oder Ion-Dipol-Wechselwirkungen auch kleine Anionen zu solvatisieren vermögen. Daneben können jedoch auch noch ganz spezielle Vorgänge ablaufen, wie bereits am Beispiel des Zusatzes von Ameisensäure angedeutet wurde.

Der Zusatz der unpolaren Lösungsmittel oder die Vorbzw. Nachbehandlung mit denselben wirkt sich vor allem beim Vorhandensein von unpolaren organischen Stoffen auf der Aktivkohle regenerationsfördernd aus, wobei die Stärke der Dispersionskräfte zwischen Lösungsmittelmolekulen, adsorbierten Molekülen und Adsorbentien desorptionsbestimmend sein kann.

Zur Aufarbeitung der regenerierten Aktivkohlen werden diese so behandelt, daß das verwendete Regeneriermittel aus der Aktivkohle entfernt wird. Dazu stehen eine Reihe von Arbeitsweisen zur Verfügung, und die Auswahl des speziell verwendeten Verfahrens richtet sich nach dem benützten Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch und nach der weiteren Verwendung der regenerierten Kohle. Im einfachsten Fall kann man die regenerierte Akiivkohle zur Entfernung des Lösungsmittels mit Wasser oder Wasserdampf behandeln. Eine derartige Aufarbeitung empfiehlt sich besonders für regenerierte Aktivkohlen, die zur Reinigung von Wasser dienen. Dabei kann das zur Aufarbeitung verwendete Wasser in der regenerierten Aktivkohle verbleiben, da diese beim weiteren Gebrauch wieder mit Wasser in Berührung kommt

Eine weitere Möglichkeit zur Aufarbeitung der regenerierten Aktivkohlen besteht in der Behandlung mit leicht flüchtigen organischen Lösungsmitteln, wie Methylenchlorid. Dieses Aufarbeitungsverfahren hat bei der Gewinnung von trockner, regenerierter Aktivkohle den Vorteil, daß der Energieaufwand zum Abtreiben des leicht flüchtigen Lösungsmittels relativ gering ist. Man kann fernerhin zur Aufarbeitung die regenerierten Aktivkohlen mit heißen, unter diesen Bedingungen inerten Gasen, wie Stickstoff, Rauchgase oder auch Luft, behandeln. Im übrigen sind aber auch Kombinationen derartiger Aufarbeitungsverfahren möglich.

In der folgenden Tabelle sind zur weiteren Erläuterung der Erfindung das Dipolmoment, die Dielektrizitätskonstante und der Siedepunkt bei Normaldruck von einigen in Betracht kommenden dipolaren Lösungsmitteln angeführt:

Tabelle I

Lösungsmittel	Dipolmoment (DEBYE)	Dielektrizitäts konstante	Siedepunkt (⁰Q
1. Ν,Ν-Dimethylformamid .. 2. Ν,Ν-Dimethylacetamid ... 3. Tetramethylharnstoff 4. Hexamethylphosphor- säuretriamid 5. Dimethylsulfoxid 6. Tetramethylensulfon 7. Acetonitril 8. Nitrobenzol 9. Glykoldimethyläther	3,8 3,8 3,28 bis 3,66 4,3 bis 5,3 4,03 4,70 3,84 3,97 4,68	36,7 37,8 23,06 30 49 44 38,8 35,7 95	153 165,5 176,5 235 189 154 81,6 210,85 84,8

Gegenüber der thermischen Regeneration von Aktivkohle besitzt das Verfahren nach der Erfindung eine Reihe von Vorteilen, die vor allem darin zu sehen sind, daß damit

1. die bei der thermischen Regeneration üblichen Regenerationsverluste von etwa 10",, auf nahezu 2% gesenkt werden können,

2. die bei der thermischen Regeneration speziell bei hohen Beladungen mit organischen heteroatomhalligen Verbindungen auftretenden Abgasprobleme am Regencrationsort vermieden werden können und

3. die sonst bei jeder thermischen Regeneration erfolgende Anreicherung von anorganischen Mineralstoffen vermieden werden kann.

Beispiel 1

Dieses Beispiel erläutert die Regeneration einer erschöpften Aktivkohle aus der Trinkwasserreinigung an Hand von Modellversuchen. Um eine rasche Beladung der Aktivkohle für eine mehrmalige Regeneration zu erreichen, wurde die Beladung der Aktivkohle mit einem »Modellwasser« durchgeführt, das in doppelt destilliertem Wasser 550 mg Liter eines Dimethylformamid-Extraktes von einer in der 1 raxis für die Reinigung von Trinkwasser verwendeten Aktivkohle enthielt. ,

Bei den Modellversuchen wurden zur Beladung der Frischkohle 10 g der frischen Aktivkohle mit 2 Liter des vorstehend definierten Modellwassers 24 Stunden bei Raumtemperatur in einem Glaskolben mit einem Flächenrührer bei 300 Upm gerührt. Die Fnschkohle, zu deren Herstellung als Primärkohle Steinkohle verwendet worden war, hatte eine Korngröße von 1,5 bis 2,5 mm und ein Schüttgewicht von 475 g/Liter.

Die Reladung der Kohle wurde durch Bestimmung des organisch gebundenen Kohlenstoffs verfolgt. Da der Kohlenstoffgehalt des eingewogenen Dimethylformamid-Extraktcs aus einer vorher durchgeführten C-H-Elementaranalysc bekannt war (40",, C: 6",,H) konnte auf dieser Basis die adsorbierte lixtraktmenge genau ermittelt werden.

Die beladene Kohle wurde 4 Stunden bei 130 C getrocknet und quantitativ in eine 100 ml Soxhletapparalur übergeführt. Dann wurde die beladene Kohle 24 Stunden mit siedendem Dimethylformamid extrahiert. Der gewonnene Extrakt wurde gravimetrisch bestimmt.

Zur Aufarbeitung wurde die dimclhylformamidhallige Aktivkohle sechsmal jeweils 60 Minuten mit 4 Liter vollentsalztem Wasser, das auf 80 C erhitzt war. gewaschen. Anschließend wurde die Kohle 12 Stunden bei 150 C im Vakuumtrockenschrank getrocknet und zur Ermittlung des Kohleverlusles

ao gewogen.

Zur erneuten Beladung mit dem »Modellwasser«' wurde diese Regeneratkohle verwendet, wobei zum Ausgleich des Kohleverlustes eine entsprechende Menge an Frischkohle zugeführt wurde. Dieser Be-

ladungs-Regenerationszyklus wurde insgesamt viermal durchgeführt.

Die angegebenen Werte für die beladene Kohle, die im Wasserwerk und nicht über den Umweg des DMF-Extraktes beladen worden war und die als

Ausgangskohle für die 1. Regeneration diente, ergaben sich aus der Durchführung des zu Beginn des Beispiels beschriebenen Rührversuchs von 10 g bela· dener Kohle mit 21 Modellwasser. Hierbei ist die Kohleeinwaage nur auf reinen Kohlenstoff, also Gerüstsubstanz, zu beziehen.

In der folgenden Tabelle sind die Ergebnisse dei Adsorption und Desorption zusammengestellt.

Tabelle Il

Beladene Kohle

Nach 1. Regeneration..
Nach 2. Regeneration..
Nach 3. Regeneration..
Nach 4. Regeneration..
Fnschkohle

0
0
2
0
0 0

Beladung in

(mg Extrakt/10 g Kohle) nach

25	175
215	490
250	460
285	460
265	445
240	495

280
691
625
660
600
645

Desorbiertc Extraktitienge

(mg Extrakt/10 g Kohle)

663

729
552
670

Nach Regeneration ermitteUcr Kohleverlust

(mg)

88 230 220

115

An Hand der Tabelle erkennt man, daß es mit Ausnahme der 3. Regeneration in aller, Fallen gelungen ist, die quantitativ genau bekannte Ladung derA,^- kohle durch chemische Regeneration m.t D.methyformamid in der Soxhletapparalur wieder zu1 desorbieren. Die nach der 1., 2. und 4. R^"^¹'⁰"^ fundencn etwas zu hohen Exlraktausbeuten sind unter Umständen auf eine nicht ganz vollständige Entfernung des Dimethylformamid* aus dem Extrakt zurückzuführen. Die Tabelle zeigt weiterhin daß m.t steigender Anzahl der Rcgcneralionsschrittc kein gesetzmäßiger Abfall des Regeneraiionswirkungsgradcs beobachtet sverden kann, wie dies bei den üblichen thermische Verfahren aus der Literatur bekannt ist. Die Regem rationswirkungsgrade liegen jeweils bei 112, 94, IC und 88°,,.

Außerdem zeigt die Tabelle, daß die nach jedei Rcgcncrationsschritt ermittelten Kohleverluste relati niedrig sind. Diese Verluste liegen um nahezu 80" niedriger als bei der thermischen Regeneration vo;

65 Aktivkohle. Im übrigen sind die in der Tabelle ange gebcncn Werte für die Kohleverluste wahrscheinlicl etwas zu hoch, da hier auch die Abriebverluste bei dei Adsorption mit erfaßt wurden.

Im Ergebnis zeigen diese Modellversuche, daß bei dem Verfahren nach der Erfindung bei relativ geringen Kohleverlusten eine mehrmalige Regeneration der erschöpften Kohle bis zur Qualität der Frischkohle möglich ist.

Beispiel 2

In diesem Beispiel wird die Regeneration von zwei erschöpften Aktivkohlen gezeigt, die zur Abwasserreinigung in einem chemischen Werk verwendet worden war.

Die benutzten Frischkohlen hatten folgende Merkmale:

Kohlesorte	Primärkohle	Korngröße	Schüttgewicht (g/l)
Kohle F Kohle G	Steinkohle Petrolkoks	~0,8—1,5mm ~0,8—1,5mm	475 500

Die im Anlieferungszustand feuchten Aktivkohlen wurden zunächst 4 Stunden bei 130⁰C getrocknet. Hierbei wurde bei der Kohle Fan den einzelnen Kohlepartikeln ein weißer kristalliner Belag sichtbar, der sich nach genauerer Überprüfung als Salzbelag erwies. Nach der Trocknung wurden jeweils 20 g der beladenen Kohlen 24 Stunden mit siedendem Dimethylformamid in der Soxhletapparatur extrahiert. Anschließend wurde die Kohle sechsmal mit jeweils 4 Liter auf 80⁰C erhitztem Wasser 30 Minuten lang bei 500 Upm ausgewaschen und danach 12 Stunden im Vakuumtrockenschrank getrocknet. Die Extraktausbeuten betrugen hierbei bei den einzelnen Kohlen:

Kohle F:
5,016 g/20 g Kohleeinwaage = 33,5% Beladung

Kohie G:
2,257 g/20 g Kohleeinwaage = 12,8% Beladung

Zur Bewertung der Adsorptionsleistung der regenerierten Kohlen im Vergleich zu Frischkohle wurde ein adsorptionskinetischer Test verwendet, bei dem ein Modellwasser zum Einsatz kam, das durch Auflösung der durch die oben beschriebene Extraktion gewonnenen Dimethylformamid-Rohextrakte in doppelt destilliertem Wasser hergestellt wurde. Die Ausgangskonzentration dieses Modellwassers betrug 150 mg/C/1. Die pro Liter Modellwasser zugegebene Kohlemenge betrug bei den Frischkohlen sowie den regenerierten Kohlen 4 g, während bei der erschöpften Kohle die ermittelte Beladung bei der Einwaage mitberücksichtigt wurde. Die Beladungsversuche wurden bei einer Temperatur von 2 )°C sowie einer Rührgeschwindigkeit des verwendete.i Flächenrührers von 300 Upm durchgeführt.

Die Ergebnisse dieses Testversuchs sind in der Abbildung dargestellt. Di; Abbildung gibt die Adsorption von Abwasserinhaltsstoffen an verschiedenen Aktivkohlen wieder, wobei die beladene Kohle keine Leistung zeigt. Folgende Bedingungen liegen dabei vor: T = 20 C, 4 g Kohle/1, C₀ = 150 mg/C/1, Rührgeschwindigkeit = 30 ι Upm. Von unten nach oben geben die einzelnen Kurven folgendes wieder: Kohle G, Kurve 1, Dimethylformamid regeneriert; Kohle G, Kurve 2, frisch. Kohle F, Kurve 1, Dimethylformamid regeneriert, Kohle F, Kurve 2, Dimethylformamid ao regeneriert mit anschließender HCl-Wäsche; Kohle F, Kurve 3, frisch. Dabei wurde bei der Kohle F ein Regenerationsgrad von 71 % und bei der Kohle G eine nahezu vollständige Regeneration der beladenen Kohle erreicht.

B e i s ρ i e 1 3

10 g einer Aktivkohle aus Holzkohle aus der Trinkwasserreinigung von einer Korngröße von 1,5 bis 2,5 mm, einem Schüttgewicht von 306 g/Liter und mit einer Beladung von 30 g/kg werden 2 Stunden in einem 500 ml Rundkolben mit einem Rückflußkühler mit 200 ml einer Mischung aus 95 Gewichtsprozent DMF und 5 Gewichtsprozent HCOOH bei 150⁰C unter Rühren behandelt. Danach erfolgt das Auswaschen der Kohle mit vollentsalztem Wasser. Hierziii wird die Kohle nach einstündigem Abtropfen der DMF-HCOOH-Mischung in ein 51 Becherglas überspült und insgesamt sechsmal mit je 41 entsalztem auf 80°C erhitztem Wasser 60 Minuten bei 500 Upm gerührt.

Die gewaschene Kohle wird anschließend 12 Stunden bei 150⁰C im Vakuumtrockenschrank bei 20 mm Hg getrocknet. Im Vergleich zur Extraktausbeute bei der Behandlung mit reinem DMF (25 g Extrakt/kg Kohle) können hier 29,8 g Extrakt/kg Kohle desorbiert werden. In etwa gleichem Maße (20%) ist ein Anstieg der Phenolleistung der so regenerierten Kohle festzustellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur chemischen Regeneration von erschöpfter Aktivkohle durch Behandlung mit dipolaren aprotischen organischen Lösungsmitteln bei erhöhter Temperatur, die anschließend entfernt werden, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens ein dipolares aprotisches Lösungsmittel mit einem Dipolmoment von größer als 3 Debye und einem Siedepunkt zwischen 80 und 300⁰C verwendet, wobei diese Behandlung bei einer Temperatur in der Nähe des Siedepunktes dieser Lösungsmittel durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als dipolares aprotisches Lösungsmittel ein N-Dialkylamid einer organischen oder anorganischen Säure oder ein Dialkylsulfoxid verwendet.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Dimethylformamid oder Dimethylsulfoxid als Behandlungsmittel verwendet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3„ dadurch gekennzeichnet, daß man dem dipolaren aprotischen Lösungsmittel mindestens ein mit ihm mischbares polares protisches Lösungsmittel zusetzt oder eine Vor- bzw. Nachbehandlung mit demselben durchführt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als polares protisches Lösungsmittel Ameisensäure verwendet.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man dem dipolaren aprotischen Lösungsmittel mindestens ein mit ihm mischbares unpolares Lösungsmittel zusetzt oder eine Vor- bzw. Nachbehandlung mit demselben durchführt.