{"id":13053,"date":"2024-12-03T08:59:59","date_gmt":"2024-12-03T08:59:59","guid":{"rendered":"https:\/\/www.chemviron.eu\/wie-funktioniert-aktivkohle\/"},"modified":"2026-02-13T13:25:07","modified_gmt":"2026-02-13T13:25:07","slug":"wie-funktioniert-aktivkohle","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.chemviron.eu\/de\/wie-funktioniert-aktivkohle\/","title":{"rendered":"Wie funktioniert Aktivkohle?"},"content":{"rendered":"\t\t
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In unserem anderen Artikel haben wir Aktivkohle vorgestellt<\/a>; ihre Struktur, woraus sie besteht, die Hauptformen und wie sie hergestellt wird. In diesem Artikel erkl\u00e4ren wir, wie Aktivkohle funktioniert. <\/p>

Kohlenstoffadsorption?<\/span><\/h2>

Beachten Sie, dass es einen wichtigen und deutlichen Unterschied zwischen ADsorption und ABsorption gibt:<\/em><\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t

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Adsorption wird durch London-Dispersionskr\u00e4fte verursacht, eine Art Van-der-Waals- oder elektrostatische Kraft, die zwischen allen Molek\u00fclen existiert. Van-der-Waals-Kr\u00e4fte sind unspezifisch und relativ schwache elektrische Kr\u00e4fte, die neutrale Molek\u00fcle in Fl\u00fcssigkeiten, Luft und Gasen anziehen. <\/p>

London-Dispersionskr\u00e4fte sind kurzreichweitige Anziehungskr\u00e4fte und daher recht empfindlich gegen\u00fcber dem Abstand zwischen der Oberfl\u00e4che der Aktivkohle und dem zu adsorbierenden Molek\u00fcl. Diese Kr\u00e4fte sind jedoch additiv. <\/p>

Dies bedeutet, dass die Adsorptionskraft an der Adsorptionsstelle die Summe aller Wechselwirkungen zwischen den Kohlenstoffatomen und dem zu adsorbierenden Molek\u00fcl ist. Die kurze Reichweite und die additive Natur dieser Kr\u00e4fte bedeuten, dass Aktivkohle als die st\u00e4rksten physikalischen Adsorptionskr\u00e4fte und das h\u00f6chste Adsorptionsvolumen aller bekannten Materialien gilt. <\/p>

Daher treten die st\u00e4rksten Adsorptionskr\u00e4fte auf, wenn der Abstand zwischen den Kohlenstoffpl\u00e4ttchen und dem zu adsorbierenden Molek\u00fcl sehr gering ist, sodass die st\u00e4rkste Adsorptionsenergie vorhanden ist.<\/p>

Adsorption ist die Ablagerung von Verbindungen (Adsorbaten) aus Wasser oder einer L\u00f6sung oder die Kondensation von Gasen auf der Oberfl\u00e4che der Aktivkohle (oder des Adsorbens). Diese Adsorbate erfahren bei der Adsorption eine Phasen\u00e4nderung, da sie nach der Adsorption eine viel geringere Energie haben. Adsorption findet daher wirklich durch energetische Wechselwirkungen statt und nicht durch einen Prozess der molekularen Siebung. <\/p>

Aktivkohle quillt jedoch nicht wie ein Ionenaustauscherharz oder ein Schwamm. Dies liegt daran, dass die gesamte Arbeit tief im Inneren der Kohlenstoffstruktur stattfindet, wo das adsorbierende Molek\u00fcl alle Wassermolek\u00fcle verdr\u00e4ngt, die auf der inneren Oberfl\u00e4che gehalten werden.
Schadstoffmolek\u00fcle werden aufgrund der zahlreichen Wechselwirkungen in der Kohlenstoff\u201epore\u201c effektiv auf der inneren Kohlenstoffoberfl\u00e4che gehalten und entfernt. <\/p>

Aktivkohle-Struktur<\/span><\/h2>

Ein Bett aus Aktivkohle besteht aus ungef\u00e4hr<\/p>

  • 40 % aus den Hohlr\u00e4umen zwischen den Kohlenstoffpartikeln, die das entw\u00e4sserbare Volumen darstellen, wenn sich das Kohlenstoffbett in L\u00f6sung befindet.<\/li>
  • 20 % gelten als das Volumen des Kohlenstoffpartikels selbst, das das Kohlenstoffskelett umfasst.<\/li>
  • 40 % gelten als das gesamte \u201ePorenvolumen\u201c innerhalb des Kohlenstoffpartikels, das das nicht entw\u00e4sserbare Volumen darstellt.<\/li><\/ul>


    Wenn man dann nur das einzelne Kohlenstoffgranulat oder -partikel selbst betrachtet, besteht dieses aus ungef\u00e4hr: –<\/p>

    • 35 % als dann das Kohlenstoffskelettvolumen,<\/li>
    • 25 % als das \u201eTransportporen\u201c-Volumen<\/li>
    • 40 % als das \u201eAdsorptionsporen\u201c-Volumen<\/li><\/ul>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t
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      Das \u201eTransportporen\u201c-Volumen umfasst gro\u00dfe Poren, die in der Gr\u00f6\u00dfe variieren, wobei die gr\u00f6\u00dften 0,1 Mikrometer bis hin zu sichtbaren Rissen und Spalten im Partikel von 0,1 mm betragen.<\/p>

      Diese \u201eTransportporen\u201c wirken als Diffusionsweg, um den Schadstoff von au\u00dferhalb der Kohlenstoffstruktur in das Partikel und zur Adsorptionsstelle zu transportieren. Sie enthalten Konzentrations- oder Druckgradienten, die den PorenDiffusionsprozess und damit den Schadstoff in die Adsorptionsstellen treiben. <\/p>

      Diese Poren sind viel gr\u00f6\u00dfer als die gr\u00f6\u00dften Adsorptionsporen und k\u00f6nnen keine Schadstoffe adsorbieren, selbst nicht unter nahezu ges\u00e4ttigten Bedingungen. Daher gilt jede L\u00f6sung in diesen Poren als potenziell r\u00fcckgewinnbar. <\/p>

      Die folgende Abbildung zeigt eine adsorbierende Verbindung (Adsorbat) in einer Fl\u00fcssigkeit, die durch das Aktivkohlebett, durch das Partikel selbst und dann in die Adsorptionsstelle diffundiert.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t

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      Die \u201eAdsorptionsporen\u201c sind die feinsten Poren in der Kohlenstoffstruktur und jene Teile der Kohlenstoffstruktur, die die Adsorptionsf\u00e4higkeit besitzen. Diese Adsorptionsporen sind die L\u00fccken, Risse und Spalten zwischen den Graphitplatten, wo gen\u00fcgend intermolekulare Kr\u00e4fte vorhanden sind, damit Adsorption stattfinden kann. Die Breiten dieser Struktur sind von molekularen Dimensionen und nicht gr\u00f6\u00dfer als 10 bis 50 nm. <\/p>

      Adsorption findet nur in den Adsorptionsporenregionen statt, und bei S\u00e4ttigung sind dann alle Adsorptionsporenregionen gef\u00fcllt. Daher gilt jede L\u00f6sung in diesen Poren als nicht r\u00fcckgewinnbar. <\/p>

      Das zu adsorbierende Molek\u00fcl muss sich in der N\u00e4he einer Kohlenstoffplatte befinden, um zu adsorbieren. Sobald das Adsorbat mehr als ein paar Molek\u00fcldurchmesser von der Kohlenstoffoberfl\u00e4che entfernt ist, findet keine Adsorption mehr statt. <\/p>

      Wie funktioniert Aktivkohle?<\/span><\/h2>

      Aktivkohle funktioniert durch einen Adsorptionsprozess aufgrund ihrer Porenstruktur, hohen Oberfl\u00e4che und hohen Oberfl\u00e4chenreaktivit\u00e4t.<\/p>

      Die Schl\u00fcsselfaktoren, die die Adsorption an Aktivkohle beeinflussen, sind:<\/p>

      • Konzentration<\/strong> – die Gewichts-%-Beladung auf der Kohle steigt mit zunehmender Konzentration des einstr\u00f6menden Schadstoffs.<\/li>
      • Strukturelle Komplexit\u00e4t<\/strong> \u2013 je komplexer die Strukturen, desto leichter werden sie adsorbiert<\/li>
      • Molekulargewicht<\/strong> \u2013 je h\u00f6her das Molekulargewicht des Schadstoffs, desto besser wird er adsorbiert<\/li>
      • Temperatur<\/strong> \u2013 je h\u00f6her die Zulauftemperatur, desto schlechter wird der Schadstoff adsorbiert.<\/li><\/ul>

        In der fl\u00fcssigen Phase gehen die Molek\u00fcle der zu entfernenden Verbindung von der fl\u00fcssigen Masse in die Poren der Aktivkohle \u00fcber, in einem halbf\u00fcssigen Zustand. Der zus\u00e4tzliche Faktor, der die Adsorption in der fl\u00fcssigen Phase beeinflusst, ist <\/p>

        • L\u00f6slichkeit<\/strong> \u2013 je h\u00f6her die L\u00f6slichkeit, desto schwieriger ist die Adsorption<\/li><\/ul>

          Daher nimmt die Adsorbierbarkeit eines organischen Molek\u00fcls mit zunehmendem Molekulargewicht und abnehmender L\u00f6slichkeit zu.<\/p>

          Die Dampf- oder Gasphase ist ein Kondensationsprozess, bei dem die Adsorptionskr\u00e4fte die Molek\u00fcle der Verbindung zu einer Fl\u00fcssigkeit kondensieren. Diese kann dann aus der Luft- oder Gasphase innerhalb der Poren der Aktivkohle entfernt werden. Die zus\u00e4tzlichen Faktoren, die die Adsorption in der Dampfphase beeinflussen, sind: <\/p>

          • Dampfdruck<\/strong> \u2013 Verbindungen mit niedrigerem Dampfdruck sind besser adsorbierbar als Verbindungen mit hohem Dampfdruck.<\/li>
          • Relative Luftfeuchtigkeit<\/strong> \u2013 eine niedrigere relative Luftfeuchtigkeit f\u00fchrt zu einer besseren Adsorption<\/li>
          • Polarisierbarkeit<\/strong> – je h\u00f6her die Polarit\u00e4t, desto schwieriger ist die Adsorption<\/li><\/ul>

            Die tats\u00e4chliche Lebensdauer eines Kohlenstoffbettes h\u00e4ngt jedoch von vielen anderen Faktoren ab. Dazu geh\u00f6ren die Art des ausgew\u00e4hlten Kohlenstoffs, der spezifische Schadstoff und die Konzentration f\u00fcr die Entfernung sowie das erforderliche Behandlungsniveau f\u00fcr den oder die Schadstoffe. <\/p>

            Dar\u00fcber hinaus sind die allgemeinen Anwendungsbedingungen wichtig. Dazu geh\u00f6ren, welche anderen Verbindungen vorhanden sein k\u00f6nnen und deren Konzentrationen sowie die installierte oder geplante Systemauslegung, die die EBCT \u2013 Empty Bed Contact Time \u2013 beinhaltet. <\/p>

            Welche Verbindungen k\u00f6nnen an Aktivkohle adsorbiert werden?<\/span><\/h2>

            Alle Verbindungen sind bis zu einem gewissen Grad an Aktivkohle adsorbierbar. Diejenigen Verbindungen, die leicht adsorbiert werden, sind aromatische und chlorierte Verbindungen, PFAS, VOCs und Farbk\u00f6rper. <\/p>

            In der Praxis wird Aktivkohle haupts\u00e4chlich zur Adsorption organischer Verbindungen und einiger anorganischer Verbindungen verwendet, wenn eine impr\u00e4gnierte Aktivkohle verwendet wird.<\/p>

            Je nach Anwendung k\u00f6nnen unterschiedliche Arten von Aktivkohle erforderlich sein. Es ist wichtig, die geeignete Sorte und Gr\u00f6\u00dfe in Bezug auf den zu entfernenden Schadstoff oder den Reinheitsgrad, den Sie erreichen m\u00f6chten, auszuw\u00e4hlen. <\/p>

            Bei Chemviron verf\u00fcgen wir \u00fcber mehr als 80 Jahre Erfahrung in der Entwicklung, Herstellung und Implementierung von Aktivkohlel\u00f6sungen. In dieser Zeit haben wir eine Bibliothek mit Felddaten und Leistungsinformationen entwickelt. <\/p>

            Anhand dieser Daten und unserer propriet\u00e4ren Modelle ist Chemviron besser in der Lage, die wahrscheinliche Leistung von Aktivkohle vorherzusagen. Wir k\u00f6nnen daher effektivere Behandlungsl\u00f6sungen auf der Grundlage des Konzepts der Adsorptionsenergie anpassen, anstatt der \u00e4lteren Mikro-, Meso- und Makroporendefinitionen. <\/p>

            In den folgenden Abschnitten werden die spezifischen zu entfernenden Verbindungen detaillierter behandelt.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t

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