ABSORPTION
Funktionsprinzip der Adsorption
Übersicht:
Das Wort Adsorption kommt aus dem Lateinischen und bedeutet "(Gas) auf der Oberfläche fester Körper zu verdichten, anlagern".
Die Auswahl des optimalen Adsorbens hängt von physikalischen und chemischen Eigenschaften des zu adsorbierenden Stoffes ab.
Zu betrachten wären:
- Siedepunkt bzw. Siedebereich
- Molekulargewicht
- Molekülstruktur (geradkettig, verzweigtkettig)
- Chemische Reaktionsfähigkeit
- Chemische Stabilität
- Benetzungsvermögen
- Explosionsgrenzen
- Wasserlöslichkeit
Die folgenden Verfahren eignen sich u. a. zur Reduzierung gasförmiger Schadstoffkonzentrationen:
- Konzentrationsminderung durch Luftbeimischung
- Aktivkohle
- Granulate mit Katalysatoren
- Gaswäscher
- Biofilter
- Katalytische Verbrennung
Aktivkohle:
Wir beschränken uns auf die Betrachtung der Aktivkohle als Adsorbens. Zur Charakteristik von Aktivkohle zählt in erster Linie die große Oberfläche. 1 g Aktivkohle hat eine Oberfläche von 800 – 2000 m². Im Vergleich dazu eine Faser mit dem Gewicht von 1 g, einem Durchmesser von 1 µm und einer Länge von 750.000 m hat eine Oberfläche von 2,3 m².
Das Anbinden des Adsorptives an diese große Oberfläche hängt von mehreren Prozessen ab:
- Diffusion
- Adsorption
- Kapillarkondensation
- Chemiesorption
- Ionenaustausch
- Hydrolytische Molekülspaltung
- Isotopenaustausch
Welcher Abscheideprozess den Hauptanteil an der Abscheidung trägt, hängt von den abzuscheidenden Gasen, der Konzentration, dem Druck und der Temperatur ab. Grundsätzlich gilt, je kleiner die Molekülgröße und Gaskonzentration ist, desto kleiner sollten die Poren sein. Große, langkettige, eventuell verzweigte Moleküle erfordern einen höheren Anteil an Transportporen und größere Mikroporen.
Die wichtigsten Abscheide-Prozesse sind:
Adsorption:
Strömt das Schadgas in die Aktivkohleschicht ein, so können sich die Moleküle aufgrund von van-der-Waalschen-Kräften auf den inneren Oberflächen der Aktivkohle ablagern.
Kapillarkondensation:
Wird die kritische Temperatur des Adsorptivs (Schadgas) unterschritten, so kondensiert dieses aus. Das nun flüssige Adsorpt füllt die Poren der Aktivkohle. Die Adsorptionskapazität der Aktivkohle wird bei dieser Arbeitsweise quantitativ verbessert.
Auslegung:
Die Auslegung eines Aktivkohlefilters richtet sich bei Gerüchen in der Regel nach den so genannten Leitgasen. D. h. die Vielzahl der abzuscheidenden Gase wird auf die Stoffe konzentriert, die geruchsintensiv und für das Gemisch charakteristisch sind, möglichst den Hauptanteil ausmachen und hinreichend genau spezifisch analytisch nachweisbar sind. Bei toxischen Gasen muss zunächst eine genaue Untersuchung des gesamten Spektrums der vorhandenen Gase stattfinden, da hier alle Komponenten sicher abgeschieden werden müssen. Sind die Stoffe definiert, wird nach dem Stoff ausgelegt, der die längste Kontaktzeit benötigt.
(Siehe auch Filtermedien » Adsorbierende Filter » Aktivkohle-Programm).
Begriffe:
Adsorbens:
Medium, durch das die Schadgase abgeschiedenen werden, z. B. Aktivkohle, Silicagel u.a.
Adsorptiv:
Adsorptiv ist das Schadgas, das sich noch in der Luft befindet und noch abgeschieden werden muss.
Adsorpt:
Adsorpt ist das abgeschiedene Gas.
Desorpt:
Desorpt ist das Gas, das durch Desorption (z.B. Aufbringen von Wasserdampf) wieder aus der Aktivkohle freigesetzt wird.