Titel: Stenhouse, über entfärbende Kohle und ihr Vermögen, einige Gase zu absorbiren.
Autor: Stenhouse, John
Fundstelle: 1857, Band 144, Nr. XXXIX. (S. 148–154)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj144/ar144039

XXXIX. Ueber entfärbende Kohle, und ihr Vermögen, einige Gase zu absorbiren; von J. Stenhouse.

Aus den Annalen der Chemie und Pharmacie, Febr. 1857, S. 243.

Die eigenthümliche Wirkung der Holzkohle, riechende und färbende Beimischungen aus Lösungen zu entfernen, wurde zuerst von Lowitz gegen das Ende des vorigen Jahrhunderts wahrgenommen. 1811 fand Figuier, daß thierische Kohle oder Knochenkohle ein unvergleichlich wirksameres Entfärbungsmittel als die Holzkohle ist. Diese Entdeckung wurde durch zahlreiche andere Beobachter bestätigt und bald bei der Zuckerraffinerie angewendet, in welcher seitdem die Knochenkohle eins der wichtigsten Betriebsmaterialien abgegeben hat.

Die Art und Weise, wie die Kohle als Entfärbungsmittel wirkt, blieb indessen ziemlich dunkel bis zu 1822, zu welcher Zeit drei Preisschriften über diesen Gegenstand durch Bussy, Payen und Desfosses veröffentlicht wurden. Bussy's Abhandlung war namentlich schätzbar und verbreitete viel Licht über diesen Gegenstand; Payen's und Desfosses' Arbeiten, obgleich weniger systematisch und praktisch gehalten als die von Bussy, stimmten doch in den allgemeinen Schlußfolgerungen mit der letzteren überein. Die Schlußfolgerungen gingen in der Hauptsache dahin, daß das Entfärbungsvermögen der Kohle, obgleich dieser Substanz wesentlich zukommend, doch ganz von der physikalischen Beschaffenheit derselben bedingt ist, namentlich von der Porosität und dem fein zertheilten Zustand. So zeigt Kohle, welche so stark erhitzt wurde, daß sie durch ein beginnendes Zusammensintern hart und glänzend wurde, kaum eine Spur Entfärbungsvermögen. Andererseits gibt Kohle, wie z.B. Knochenkohle, welche viele erdige und salzige Substanzen (phosphorsauren Kalk u.a.) enthält, die ihre Theilchen vor der Vereinigung durch Zusammensintern schützen, eine nicht glänzende Kohle, welche ein sehr großes Entfärbungsvermögen besitzt. Bussy fand auch, daß der bezüglich des Entfärbungsvermögens früher zwischen vegetabilischer und thierischer Kohle gemachte Unterschied unrichtig ist, und daß man für jede dieser beiden Kohlenarten dichte und glänzende Kohle von poröser und nicht glänzender zu unterscheiden hat.

Bis in die neuere Zeit sind nur zwei Arten entfärbender Kohle in der Industrie angewendet worden. Erstens Beinschwarz oder Knochenkohle, |149| erhalten durch Glühen von Knochen in verschlossenen Cylindern bis alle darin enthaltene organische Substanz verkohlt ist. Diese Kohleart ist unter allen entfärbenden Kohlen die am häufigsten gebrauchte, und sie ausschließlich findet Anwendung in der Zuckerraffinerie und zum Entfärben ähnlicher neutraler Lösungen. Gewöhnlich enthält sie nur wenig mehr als 10 Procent Kohlenstoff, und etwa 90 Procent phosphorsauren und kohlensauren Kalk. Die zweite Art entfärbender Kohle ist die sogenannte gereinigte Thierkohle, welche durch Digeriren der Knochenkohle in Salzsäure und Auswaschen mit Wasser bis zur Entfernung der Kalksalze bereitet wird. Gereinigte Thierkohle, wenn sie mit Sorgfalt dargestellt wurde, kann als fast reine Kohle betrachtet werden; sie ist mattglänzend und außerordentlich porös, wofern sie nach der Reinigung bei einer 100° C. nur wenig übersteigenden Temperatur getrocknet wurde. Sie entfärbt neutrale und saure Lösungen sehr gut; aber wenn sie bis zum Rothglühen erhitzt wurde, ist sie dichter geworden und hat sie ihr Entfärbungsvermögen fast vollständig verloren. Ein anderes Verfahren zur Darstellung gereinigter Thierkohle besteht darin, Blut oder die fleischigen Theile von Thieren mit Potasche innig zu mischen, die Mischung in verschlossenen Gefäßen zu glühen, das Alkalisalz dann mit reinem Wasser auszuwaschen und die letzten Spuren von Kali- und Kalksalzen durch Digeriren mit Salzsäure zu entfernen. Die in dieser Weise erhaltene gereinigte Thierkohle ist selbst noch wirksamer als die aus Knochenkohle dargestellte.

So war der Stand der Kenntnisse in Beziehung auf entfärbende Kohle bis vor etwa 18 Monaten, wo ich zuerst mich mit diesem Gegenstand zu beschäftigen anfing.

Da die gereinigte Thierkohle sehr theuer ist (das Pfund kostet in England etwa 2 Shilling), so versuchte ich, ein wohlfeileres Präparat derselben zu substituiren, welches auch für saure Flüssigkeiten Anwendung finden könne. Ich erreichte diesen Zweck durch Verbindung gewöhnlicher vegetabilischer Kohle mit Thonerde. Folgendes ist das hierbei eingehaltene Verfahren.

54 Theile käuflicher schwefelsaurer Thonerde, welche dargestellt wird durch Digeriren der reinsten Arten von Pfeifenthon mit ziemlich concentrirter Schwefelsäure und gewöhnlich ungefähr 14 Procent Thonerde enthält, wurden in Wasser gelöst und mit 92 1/2 Theilen fein gepulverter gewöhnlicher Holzkohle digerirt. Nachdem die Holzkohle mit der Lösung der schwefelsauren Thonerde ganz gesättigt war, wurde die Masse zur Trockne abgedampft und dann in verschlossenen hessischen Tiegeln oder großen Muffeln zum Rothglühen erhitzt, bis alles Wasser und die Säure |150| ausgetrieben waren. Auf diese Art wurde eine entfärbende Kohle erhalten, welche, obgleich sie ganz schwarz aussah, durch und durch mit wasserfreier Thonerde imprägnirt war. Bei der Anwendung von schwefelsaurer Thonerde und Holzkohle in den obigen Verhältnissen wurde eine entfärbende Kohle erhalten, welche ziemlich genau 7 1/2 Proc. Thonerde enthielt, und dieser Gehalt an Thonerde ist es, nach verschiedenen von mir angestellten Versuchen, bei welchem die Kohle am wirksamsten ist und welcher gerade nöthig zu seyn scheint, um alle Zellen der Kohle zu überkleiden. Denn bei Vermehrung des Thonerdegehalts über 7 1/2 Procent nahm das Entfärbungsvermögen der Kohle nicht mehr zu, und bei Verminderung des Thonerdegehalts unter jenen Betrag nahm auch das Entfärbungsvermögen ab. Nach dem Glühen in der angegebenen Weise und nochmaligem sorgfältigem Zerkleinern ist die thonerdehaltige Kohle zum Gebrauche fertig. – Wohlfeiler läßt sich die thonerdehaltige Kohle darstellen, wenn man, anstatt feste schwefelsaure Thonerde zur Bereitung einer Lösung dieses Salzes von bekanntem Gehalt anzuwenden, die durch Digeriren von geglühtem Pfeifenthon in ziemlich concentrirter Schwefelsäure erhaltene Flüssigkeit geradezu nimmt, und zwar in einem solchen Verhältniß zur Kohle, daß diese mit 7 1/2 Procent Thonerde imprägnirt wird. Bei der Darstellung der schwefelsauren Thonerde kommt es hauptsächlich darauf an, daß ein von Eisen und Kalk möglichst freier Thon genommen werde, obgleich die Gegenwart einer Spur Eisen nicht von erheblichem Einflusse ist; ein an Kalk ziemlich reicher Thon kann auch noch dadurch verwendbar gemacht werden, daß man zuerst den Kalk durch Digeriren mit Salzsäure auszieht. Die Kohle, welche jetzt in großer Menge bei der Darstellung von Holzessigsäure durch trockene Destillation von Sägespänen nach Halliday's patentirtem Verfahren22) erhalten wird und sonst ein fast nutzloses Nebenproduct ist, eignet sich sehr gut zu der Darstellung der thonerdehaltigen Kohle.

Die thonerdehaltige Kohle kann zur Entfärbung aller sauren Flüssigkeiten dienen, ausgenommen derjenigen, welche viel freie Schwefelsäure enthalten; denn nach dem Erhitzen bis zum Rothglühen wird die Thonerde so dicht, daß sie sich, außer in ziemlich concentrirter Schwefelsäure, nicht mehr löst. Thonerdehaltige Kohle entfärbt die Lösungen von Weinsäure und von Citronensäure eben so gut als Knochenkohle oder gewaschene Thierkohle (mit Salzsäure behandelte Knochenkohle), während sie viel wohlfeiler ist als die letztere und nicht so viel unorganische Substanzen |151| in die Weinsäurelösung bringt, die dann in den Mutterlaugen bleiben. Der Preis, zu welchem man thonerdehaltige Kohle darstellen kann, übersteigt den der Knochenkohle nicht. Die einzigen Punkte, welche bei der Anwendung der thonerdehaltigen Kohle beachtet werden müssen, sind, daß sie als sehr feines Pulver genommen werde und daß sie mit der Lösung, die entfärbt werden soll, während einiger Minuten bis zum Kochen der letzteren erhitzt werde.

Ich habe zu wiederholten Malen Lösungen von roher Weinsäure und roher Citronensäure mittelst thonerdehaltiger Kohle entfärbt, und stets gefunden, daß das Entfärbungsvermögen derselben ebenso groß ist wie das der sonst von den Fabrikanten gewöhnlich angewendeten gewaschenen Thierkohle. Ich fand auch, daß die thonerdehaltige Kohle eine in der That nur sehr geringe Menge unorganischer Substanzen in die Flüssigkeit bringt, im Vergleich zu der bei Anwendung von gewaschener Thierkohle oder von Knochenkohle in dieselbe kommenden. Dieß geht aus folgenden Versuchen in bestimmterer Weise hervor, wo gleiche Mengen roher Weinsäure mit denselben Mengen Knochenkohle, gewaschener Thierkohle und thonerdehaltiger Kohle entfärbt wurden, und wo die Flüssigkeiten dann, zur Trockne eingedampft und nach dem Glühen, an feuerbeständigem Rückstand hinterließen:

bei Anwendung von thonerdehaltiger Kohle 0,32 Proc.
„ „ „ Beinschwarz 7,58 „
„ „ „ gewaschener Thierkohle 3,84 „

Es geht hieraus hervor, daß thonerdehaltige Kohle sich ganz vorzüglich zur Entfärbung von roher Weinsäure und Citronensäure eignet, da sie an diese nur so geringe Mengen unorganischer Substanz abgibt. Ohne Zweifel beruht es auf der Anwendung der gewaschenen Thierkohle und selbst manchmal der Knochenkohle, daß die Weinsäurefabrikanten die Mutterlaugen wegen der großen Menge darin enthaltener unorganischer Salze nicht mehr weiter verarbeiten können.

Künstliche Knochenkohle kann auch dargestellt werden, indem man gepulverte Holzkohle mit einer Lösung von basisch-phosphorsaurem Kalk in Salzsäure tränkt, so daß in die Kohle 7 1/2 Proc. dieses Salzes kommen, während in der gewöhnlichen Knochenkohle 80 Procent desselben enthalten sind. Diese künstliche Knochenkohle wird ganz in ähnlicher Weise bereitet, wie das in dem Vorstehenden beschriebene Surrogat, indem man auch wieder die Salzsäure und das Wasser durch Glühen in geschlossenen Gefäßen austreibt. Sie entfärbt sehr gut, kann aber nur in neutralen Flüssigkeiten angewendet werden. Es ist klar, daß sowohl die thonerdehaltige als auch die mit phosphorsaurem Kalk beladene Kohle, |152| die hier beschrieben wurden, gleichsam nur gebeizte Kohlen sind, die lediglich durch die darin enthaltenen Basen oder Beizmittel entfärbende Wirkung ausüben.

Außer der thonerdehaltigen Kohle habe ich noch ein weiteres Surrogat für gereinigte Thierkohle dargestellt, aus Kalkhydrat und einer Mischung von Pech und Theer. Folgendes ist das hierfür angewendete Verfahren. Ich nehme 1 Pfund Pech und erhitze es in einem eisernen Gefäße bis zum Schmelzen. Ich setze dann 2 Pfund flüssigen Theer zu, und mische die Flüssigkeiten. 7 Pfund fein gepulvertes Kalkhydrat werden dann in die Mischung eingerührt, welche nun dick und teigig wird. Die Masse wird nun bis zum Rösten erhitzt, unter stetem Umrühren, bis sie zu einem feinen Pulver geworden und die verbrennliche Substanz mit dem Kalk innigst verbunden ist. Das auf diese Art erhaltene dunkelbraune Pulver wird dann in gewöhnlichen zugedeckten Tiegeln oder eisernen Retorten geglüht, bis gänzliche Verkohlung eingetreten ist. Die erkaltete Masse wird mit verdünnter Salzsäure behandelt und auf einem Filter durch Auswaschen mit destillirtem Wasser von allem Löslichen befreit. So wird eine äußerst poröse, sehr leichte, fast nur aus Kohlenstoff bestehende Kohle erhalten, die mitunter, z.B. für die Entfärbung von Campecheholz- und ähnlichen Lösungen, sich viermal so wirksam zeigt, als die sorgfältigst bereitete gereinigte Thierkohle. Auch entfärbt sie unreine Gallussäurelösungen sehr gut. Zur Bereitung dieser Art Kohle läßt sich übrigens weit schwächere Salzsäure anwenden, als man zur Beseitigung des phosphorsauren Kalks aus Knochenkohle nehmen muß. An der Stelle des Kalkhydrats läßt sich auch fein gepulverter Aetzkalk oder geglühte Magnesia oder Magnesia alba anwenden, aber Kreide gibt, selbst wenn fein gepulvert angewendet, ein schlechtes Resultat. An der Stelle von Pech und Theer läßt sich auch Mehl, Harze, Asphalt o. a. anwenden. Wird Mehl oder Harz mit kohlensaurem Kali innig gemischt und die Masse in geschlossenen Gefäßen geglüht, so erhält man eine sehr gut entfärbende Kohle; aber zu meiner Ueberraschung fand ich, daß kohlensaures Natron nicht ein eben so günstiges Resultat ergibt.

Was Bussy und Payen zuerst beobachteten, fand auch ich, daß jede Art von entfärbender Kohle auf besondere Flüssigkeiten vorzugsweise wirkt. So entfärbt z.B. eine Kohleart Indigolösung besser als Campecheholzdecoct oder Syrup oder Weinsäure, während eine andere Kohleart Campecheholzdecoct besser entfärbt als Melasse, u.s.w.

Nach diesen Untersuchungen scheinen mir die entfärbenden Kohlen füglich in drei Classen eingetheilt werden zu können: Erstens solche, welche, wie die gereinigte Thierkohle und die oben beschriebene Thierkohle, als |153| reine fein zertheilte Kohle zu betrachten sind und welche nur vermöge ihrer Porosität entfärbend wirken. Zweitens Kohlen, welche, wie die thonerdehaltige oder die mit phosphorsaurem Kalk beladene Kohle, nur durch die Base oder das Salz, das sie enthalten, wirken. Drittens solche Kohlen, welche wie das Beinschwarz theils durch ihren großen Gehalt an phosphorsaurem Kalk, theils durch die darin enthaltene fein zertheilte Kohle wirken.

Die Zweckmäßigkeit dieser Eintheilung läßt sich durch einen einfachen Versuch darthun. Werden gleiche Mengen gereinigter Thierkohle oder mit Theer bereiteter Kohle, thonerdehaltiger Kohle und Beinschwarz in Campecheholzdecoct gekocht bis sie mit Farbstoff gesättigt sind und dann auf Filter gebracht und mit verdünntem wässerigem Ammoniak ausgewaschen, so ist die von der thonerdehaltigen Kohle ablaufende ammoniakalische Flüssigkeit strohgelb, die von dem Beinschwarz ablaufende etwas dunkler, die von der gereinigten Thierkohle oder der mit Theer bereiteten Kohle ablaufende aber fast so dunkel wie Tinte. Dieß zeigt deutlich, daß in der thonerdehaltigen Kohle der Farbstoff in chemischer Verbindung mit der Thonerde war; bei dem Beinschwarz war dieß auch theilweise der Fall, während in der gereinigten Thierkohle sich keine chemische Verbindung gebildet hatte, sondern der Farbstoff nur durch die Porosität der Kohle darin zurückgehalten war.

Ich will noch kurz die Resultate einiger Versuche angeben, welche ich bezüglich des Absorptionsvermögens der verschiedenen entfärbenden Kohlen gegen Ammoniakgas, kohlensaures Gas und salzsaures Gas anstellte. Ich habe diese, etwas sonderbar erscheinenden, Resultate in der folgenden Tabelle zusammengestellt. Ein Gramm von jeder Kohleart wurde angewendet; die Menge des absorbirten Gases ist in Kubikcentimetern angegeben. Alle angewendeten Kohlen waren entfärbende, mit Ausnahme der platinirten Kohle, welche, da sie aus gewöhnlicher Holzkohle, mit etwas Platin imprägnirt, besteht, natürlich keine Anziehung gegen färbende Stoffe haben kann.

Es absorbirt 1 Grm. Ammoniakgas. Kohlens. Gas. Salzsaur. Gas.
Gewöhnliche Holzkohle 145 Kubikc. 15 Kubikc. 158,7 Kubikc.
Gewöhnliche Thierkohle 105 „ 2,5 „ Unbestimmt
Gereinigte Thierkohle 210 „ Nichts 185 „
Kohle mit 7 1/2 Proc. Thonerde 212,5 „ 12,5 Kubikc. 177,5 „
Kohle um 7 1/2 Proc. phosphors. Kalk 152,5 „ 10 „ Unbestimmt
Reine Kohle, aus Theer bereitet 335 „ Nichts 130 Kubikc.
Kohle mit 5 Proc. Platin 142,5 „ Nichts 135 „
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Noch will ich, als mit den absorbirenden Eigenschaften der Kohle in einiger Verbindung stehend, erwähnen, daß die von mir vor nahezu drei Jahren beschriebenen Kohle-Luftfilter, Respiratoren23) und Verbandstücke für übelriechende Wunden jetzt in England sehr verbreitete Anwendung finden.

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Mitgetheilt im polytechn. Journal, 1849, Bd. CXIV S. 365.

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Polytechn. Journal, Bd. CXXXIII S. 28 und 398, Bd. CXXXIV S. 397.

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