F11 - Lehrstuhl für Technische Chemie - Ruhr

Ruhr-Universität Bochum
Lehrstuhl für Technische Chemie
Fortgeschrittenen - Praktikum "Technische Chemie"
Versuch F11:
Adsorption
Versuchsanleitung
(Skript: Prof. Wolfgang Grünert)
Betreuer: Dr. Wilma Busser
F11 - Adsorption
2
1. Einführung
Die Adsorption von Stoffen an der Oberfläche eines porösen Festkörpers ist ein in der Praxis
häufig benutztes Verfahren zur Reinigung von Gasen und zur Trennung von fluiden Stoffgemischen. Dabei liegt die abzutrennende Komponente oft nur in geringer Konzentration vor.
Eine große Rolle spielt die Adsorption z. B. bei der Erdgasreinigung (Trocknung an Molsieb,
Abtrennung der C3- und C4- Fraktionen an Aktivkohle, "Süßen" <Entfernung saurer Gase wie
H2S, CO2, sowie von Mercaptanen> durch Adsorption an Molsieb), bei der Feinreinigung von
Gasströmen von H2S-Spuren (Fe2O3, ZnO), bei der Aufarbeitung destillativ schwer trennbarer Gemische der Petrolchemie (n-, i-Paraffine, Paraffine-Olefine, p-, m-Xylol an Molsieben),
sowie bei der Reinigung von Abwässern (Entphenolung, Entfärbung an Aktivkohle) und Abgasen. Als Adsorptionsmittel (Adsorbens) dienen Stoffe mit großer spezifischer Oberfläche,
z.B. Aktivkohlen, Molekularsiebe, Kieselgele und Aluminiumoxide. Auch der Ionenaustausch
ist zu den Adsorptionsverfahren zu rechnen.
Bei Adsorptionsverfahren ist das Adsorbens meistens in einem Festbett angeordnet. Der Verfahrensablauf gliedert sich in einen Adsorptions- und einen Desorptionscyclus. Während des
Adsorptionscyclus wird das Adsorbens stetig mit dem zu adsorbierenden Gas (Adsorptiv)
belegt, so daß nach einer bestimmten Betriebszeit das zu entfernende Gas am Ausgang des
Adsorbers erscheint ("durchbricht"). Danach wird das Festbett durch Desorption regeneriert.
Um einen kontinuierlichen Betrieb des Verfahrens zu sichern, müssen mindestens zwei solche
Adsorber in aufeinander abgestimmtem Zeittakt betrieben werden (Regenerativprinzip). Sehr
elegant wird dies in sog. cyclischen Adsorberbatterien realisiert (1, S. 70). Wanderbettadsorber, in denen das Adsorbens nacheinander durch eine Adsorptions- und eine Desorptionszone
hindurchbewegt werden, haben wegen der hohen Anforderungen an die Abriebfestigkeit der
Adsorbenzien einen begrenzten Einsatzbereich (B.: Hypersorptionsverfahren zur Abtrennung
von C3- und C4-Kohlenwasserstoffen aus Erdgas oder Kokereigas an Aktivkohle).
Die Abhängigkeit der Konzentration des Adsorptivs von der weiteren Betriebszeit des Adsorbers nach dem Durchbruchszeitpunkt wird als "Durchbruchskurve" bezeichnet. Aus der
Durchbruchskurve können Rückschlüsse auf die Lage der Gleichgewichtskurve der Adsorption bzw. auf das Zusammenwirken von Adsorption und Stofftransport gezogen werden.
2. Aufgabenstellung
Im vorliegenden Versuch werden Durchbruchskurven für die Adsorption und Desorption von
CO2 aus einem CO2/He-Gemisch an Aktivkohle in einem Laboradsorber gemessen. Aus der
Desorptionskurve soll unter Annahme einer schnellen Einstellung des Adsorptionsgleichgewichts die Adsorptionsisotherme für CO2 und daraus die Monoschichtkapazität sowie die
Oberfläche des Feststoffes ermittelt werden.
F11 - Adsorption
3
3. Theoretische Grundlagen
3.1. Beschreibung von Adsorptionsgleichgewichten
Als Adsorption bezeichnet man die Anreicherung einer Komponente einer fluiden Phase an
der Oberfläche einer angrenzenden festen Phase. Diese Komponente wird im adsorbierten
Zustand als Adsorbat, im ungebundenen Zustand als Adsorptiv bezeichnet. Das Material, aus
dem der Feststoff besteht, ist das Adsorbens.
Nach Art und Stärke der Wechselwirkungen zwischen Adsorbat und Adsorbens unterscheidet
man zwei Typen der Adsorption, die Physisorption und die Chemisorption. Bei der Physisorption sind die Wechselwirkungen zwischen Adsorbat und Adsorbens physikalischer Natur
und relativ schwach und unspezifisch. Die Adsorptionswärme ist nur wenig größer als die
Kondensationwärme des Adsorptivs, so daß sich auf der ersten Adsorbatschicht leicht weitere
Schichten absetzen (Mehrschichtenadsorption). Bei der Chemisorption treten chemische
Wechselwirkungen zwischen Adsorbat und Adsorbens auf, die sehr stark sein können und
immer spezifisch sind. Im Gegensatz zur Physisorption ist die Chemisorption lokalisiert, (d.h.,
es gibt definierte Adsorptionszentren).
Tabelle 1: Unterschiede zwischen Physisorption und Chemisorption
___________________________________________________________________________
Physisorption
Chemisorption
____________________________________________________________________________
Bindungskräfte
van der Waals,
chemische Bindungskräfte
(Dispersion, Dipol)
Adsorptionsenergien
bis 20 kJ/mol
(max. 2 * Hkond)
50 - 400 kJ/mol
Platzbedarf des Adsorbats ("nicht lokalisiert")
i.a. geometrische Beziehung
Adsorbat-Festkörperoberfläche ("lokalisiert")
Maximale Adsorptionskapazität
mehrschichtig, meist
bis zur Kondensation
Monolage
Spezifität
unspezifisch alle Festkörper
spezifische Beziehung
Adsorbat-Adsorbens
Monolagenkapazität
bestimmt durch
Temperaturbereich
oberhalb der Siedetemauch weit oberhalb der
peratur des Adsorptivs
Siedetemperatur des Adsorptivs
nur geringe Bedeckung
____________________________________________________________________________
F11 - Adsorption
4
Für die Beschreibung von Adsorptionsgleichgewichten zwischen Gasphase und Festkörperoberflächen sind die Zustandsgrößen Temperatur, T, Partialdruck des Adsorptivs, pi, sowie
Bedeckungsgrad des Adsorbats, i (oder adsorbierte Masse, mi, Molzahl, ni, Volumen, Vi)
ausschlaggebend. Für die Darstellung in zwei Dimensionen wird meistens die Temperatur
konstant gehalten (Adsorptionsisothermen: i = f(pi)T). Aus Isothermen für verschiedene
Temperaturen lassen sich Adsorptionsisosteren pi = f(T)i konstruieren, aus denen die für den
jeweiligen Bedeckungsgrad i gültige Adsorptionsenthalpie zugänglich ist.
Experimentelle Adsorptionsisothermen können sehr unterschiedliche Gestalt haben, die von
Brunauer und Mitarbeitern in fünf Typen klassifiziert worden sind (Abb. 1). Typ I wird bei
Monolagenadsorption gefunden und ist somit für Chemisorptionsphänomene typisch. Allerdings tritt Typ I auch bei der Physisorption an mikroporösen Festkörpern auf, wenn die Adsorptionsschichten in den engen Poren sich bereits bei Aufbau der 2. oder 3. Lage berühren
und so die Kapillarkondensation auslösen. Typ II und III beschreibt Physisorption an nichtporösen Festkörpern, wobei Typ III Systeme erfaßt, in denen die Wechselwirkung zwischen
den Adsorbatmolekülen größer ist als die Wechselwirkung zwischen Adsorbat und Adsorbens
(oft beim Adsorptiv H2O anzutreffen). Der Verlauf im mittleren Bereich von p/p0 gibt den
Aufbau der Mehrschichtbedeckung wieder, der Anstieg bei p/p0  1 die Kondensation auf
der Festkörperoberfläche.
Abb. 1: Isothermenklassifikation nach Brunauer et al. 2 (BET-Klassifikation)
(BET - Brunauer, Emmett, Teller; p0 - Sättigungsdampfdruck des Adsorptivs bei
der Meßtemperatur)
F11 - Adsorption
5
Die wichtigste Isothermengleichung für die Physisorption ist die BET-Isotherme (1)
c p
n ads
p0

nm
1  p  1  c  1 p 

p 0  
p 0 

(1)
nads, nm ... adsorbierte Molzahl, Molzahl der Monolage
p, p0 ... Druck bzw. Sättigungsdampfdruck des Adsorptivs
c ... Konstante
Die Gleichung gilt analog für das Verhältnis zwischen adsorbierter Masse (Volumen) und
Masse (Volumen) der Monoschicht. Sie beschreibt Adsorptionisothermen vom Typ II und IV,
solange keine Kondensation (bzw. Kapillarkondensation) eintritt. Folgende Voraussetzungen
gehen in die Ableitung ein, die in 3 nachgelesen werden kann:
(1) Auftreten von Mehrschichtenadsorption
(2) die Oberfläche ist energetisch homogen
(3) die Wechselwirkungen zwischen den Adsorbatmolekülen sind zu vernachlässigen
 Folge aus (2) und (3): die Adsorptionswärme hängt nicht vom Bedeckungsgrad ab
(4) alle Lagen oberhalb der ersten haben die gleiche Adsorptionswärme, die gleich der
Kondensationwärme ist
Obwohl diese Voraussetzungen i.a. nicht voll erfüllt sind, hat die BET-Isotherme einen sehr
breiten Anwendungsbereich.
Die bekannteste Isothermengleichung für die Chemisorption ist die Langmuir-Isotherme (2):
n ads, i
n m, i

K i pi
1  K i pi
(2)
Ki ... Adsorptionskonstante
Das Verhältnis zwischen nads und der Monoschichtkapazität nm ist der Bedeckungsgrad i.
Voraussetzungen für die Ableitung der Langmuir-Isotherme sind:
(1) Monolagenadsorption
(2) konstante Zahl der Adsorptionsplätze sowie konstante Stöchiometrie zwischen
Adsorbatmolekül und Adsorptionsplatz
(3) energetische Homogenität der Adsorptionsplätze
(4) die Wechselwirkungen zwischen den Adsorbatmolekülen sind zu vernachlässigen
 Folge aus (3) und (4): die Adsorptionswärme hängt nicht vom Bedeckungsgrad ab
Gl. (2) beschreibt Isothermen, die analog zu Typ I sind, wobei der Druck des Adsorptivs nicht
mehr auf seinen Sättigungsdampfdruck zu beziehen ist.
Die Unabhängigkeit der Adsorptionsenergie vom Bedeckungsgrad ist häufig nicht gegeben,
und es werden oft Situationen angetroffen, in denen die Adsorption mit steigendem Druck
F11 - Adsorption
6
nicht einem Sättigungswert zustrebt. Es gibt daher Isothermengleichungen, denen funktionale
Abhängigkeiten der Adsorptionswärmen vom Bedeckungsgrad zugrunde liegen. Die bekanntesten davon sind die Freundlich- und die Temkin-Isotherme, mit folgenden Annahmen:
Gleichung
Annahme
H ads  H ads, max ln 
Freundlich-Isotherme
Vads = K p1/n
Temkin-Isotherme
Vads = K1 ln (K2 p)
H ads  H ads, max 1    
Vads ... Volumen der adsorbierten Stoffmenge
K, K1, K2,  ... Konstanten
n ... Freundlich-Exponent
Hads, Hads,max ... (maximale) Adsorptionsenthalpie
Näheres kann aus 4 entnommen werden.
3.2. Technische Bedeutung und Realisierung von Adsorptionsverfahren
Zu diesen Aspekten s. Lit. 1, 5, 6.
3.3. Bilanzierung eines Laboradsorbers
Bei der Adsorption eines kontinuierlich strömenden Gases an einem Adsorbens muß das Gas
aus der freien Gasphase an die Oberfläche des in Kornform vorliegenden Adsorbens gelangen.
Von dort aus diffundiert es ins Innere des porösen Korns, wo es schließlich an der sehr großen inneren Oberfläche adsorbiert wird. In einem Festbettadsorber bildet sich eine Adsorptionszone aus, die durch den Adsorber wandert, bis das zu adsorbierende Gas nach einer bestimmten Betriebszeit durchbricht (Durchbruchskurve). Für die Reinigung des Adsorbens mit
einem Eluationsmittel oder durch Ausspülen mit Inertgas sind die Verhältnisse analog.
Adsorption
u = u0 /
bis zur Gleichgewichtskonzentration beladenes Adsorbens
Adsorptions- frisches Adsorbens
zone
F11 - Adsorption
7
Desorption
u = u0 /
gereinigtes Adsorbens
Eluations- (De- bis zur Gleichgewichtssorptions-) zone konzentration beladenes Adsorbens
cf - Konzentration des Adsorptivs in der fluiden Phase
u - effektive Gasgeschwindigkeit
u0 - Leerrohrgeschwindigkeit
 V

 - relatives Zwischenkornvolumen   gas

V

V
gas
fest 



Beim Bilanzieren des Adsorptivs über ein in der Adsorptions- oder Desorptionszone liegendes
differentielles Volumenelement, erhält unter Vernachlässigung axialer Vermischungsvorgänge
und Annahme isothermer Verhältnisse:
F - Querschnittsfläche des Adsorbers
n f - Molenstrom des Adsorptivs
 - Volumenstrom des Gases
V
f
cs - Konzentration des Adsorbats, bezogen auf das Volumen des Adsorbens
z - Ortskoordinate des Adsorbers (Gesamtlänge: L)


n f ,ein  n f ,aus  V
f ,z c f ,z  Vf ,zdz c f ,zdz
F11 - Adsorption
8
 f (z) (nur für geringe Adsorptivkonzentrationen gültig!),
sowie, mit V
f
  c f
n f , ein -n f , aus  V
f
 z

 dz
t
(3)
Diese Stoffmengenänderung durch Transport wird mit der Summe aus Stoffmengenänderung
durch Adsorption und durch An-oder Abreicherung (Akkumulation) verglichen.
 c
n f ,ein -n f ,aus   F dz  f
 t

  (1  ) F dz
z
 c s 



t

z
(4)
Nach Gleichsetzen von (3) und (4), Division durch (Fdz) und Ersetzen von (

V
f
F
) durch uo
(=  u) ergibt sich
 c 
 c 
 c 
 u  f     f   (1   )  s 
 z  t
 t  z
 t  z
 c 
sowie, mit Zerlegung von  s  nach der Kettenregel in
  t z
 c s

 c f
  c f
 
 z  t

 ,
z
nimmt die Bilanzgleichung folgende Form an:


 c 
   u  f  0
 t  z
 z  t
  1    f   c f
 c
mit f    s
 c f
(5)

 .
z
3.4. Berechnung von Durchbruchskurven bei Einstellung des Adsorptionsgleichgewichts (nach 7)
Man kann den Durchlauf eines Konzentrationsprofils durch einen Adsorber so auffassen, daß
die durch unterschiedliche Konzentrationen gekennzeichneten Volumenelemente des Eingangs-Konzentrationsprofils den Adsorber mit unterschiedlichen, von der jeweiligen Konzentration abhängigen Geschwindigkeiten durchlaufen. Diese Wanderungsgeschwindigkeit der
Elemente konstanter Konzentration definiert ihre Durchlaufzeit und gestattet somit, die Gestalt der Durchbruchs- oder Eluationskurven aus dem Eingangsprofil, z. B. einer Sprungfunktion, zu berechnen.
Die Bedingung zur Berechnung der Wanderungsgeschwindigkeit lautet
 c 
 c 
dc f   f  dt   f  dz  0
 t  z
 z  t
(6)
F11 - Adsorption
9
Die Gleichungen (5) (Bilanz) und (6) (Bedingung für Volumenelemente konstanter Konzen c 
 c 
tration) stellen ein Gleichungssystem mit den zwei Unbekannten  f  und  f  und
 t z
 z  t
den Koeffizienten   1    f  , u (Gl. (5)) sowie dt und dz dar. Nach dem Determinantenverfahren lautet die Lösung dieser Gleichungen:
  1    f 
0 u
0 dz
 c f 

 
  t  z   1    f   u
dt
dz
 c f

 z
0
0
u
dt

 
 t   1    f 
dt
dz
Es ist leicht zu sehen, daß sich aus diesen Ausdrücke i.a. nur triviale Lösungen ergeben. Bedingung für eine Existenz nichttrivialer Lösungen (die dann zwar zahlenmäßig zunächst unbestimmt bleiben) ist, daß die Koeffizientendeterminante im Nenner gleichfalls Null wird. Ausmultiplizieren liefert
 1    f  dz
w
- u dt = 0
u
L

td
  1    f 
(7)
w - Wanderungsgeschwindigkeit eines Volumenelementes, charakterisiert durch cf und f´
td - Wanderungszeit eines Volumenelementes, charakterisiert durch cf und f´ (bei
Sprungfunktionen Zeit zwischen Beginn der Ad-(De-)sorption und Erscheinen des
Elementes beim Messen der Durchbruchs-(Eluations-)kurve
L - Länge des Adsorbers
Während die Gültigkeit von Gleichung (7) grundsätzlich nur den bei der Ableitung gemachten
Einschränkungen unterliegt, ist ihre Anwendung nur in solchen Fällen unkompliziert, in denen
die Adsorptionsgeschwindigkeit sehr schnell und das Adsorptionsgleichgewicht eingestellt ist.
Ein solcher Fall liegt im System CO2/Aktivkohle vor.
In diesem Fall ist f´ nichts anderes als die Steigung der Adsorptionsisotherme in dem durch cf
gekennzeichneten Punkt. Die Wanderungsgeschwindigkeit hängt dann entscheidend vom Verlauf der Adsorptionsisotherme ab. Liegt ein linearer Zusammenhang der Form cs = k cf vor,
d.h. ist f´ = const., so ist die Wanderungsgeschwindigkeit konzentrationsunabhängig und die
Form der Konzentrationsfront ändert sich beim Durchgang durch den Adsorber nicht. Ist jedoch die Isotherme z.B. vom Langmuir-Typ, nimmt f´ mit steigendem cf ab und somit die
Wanderungsgeschwindigkeit zu. Handelt es sich beim Eingangs-Konzentrationsprofil um die
Aufgabe eines mit Adsorptiv beladenen Stroms, so werden die später eintretenden höher konzentrierten Volumenelemente schneller wandern als die geringer konzentrierten, und das Kon-
F11 - Adsorption
10
zentrationsprofil wird beim Durchgang durch den Adsorber steiler (selbstschärfendes Verhalten). Umgekehrt weitet sich bei der Desorption das am Eingang des Adsorbers aufgegebene
Profil in der Eluationszone auf. Dieser Effekt wird beim Versuch meßtechnisch ausgenutzt.
Nach Gleichung (7) läßt sich aus einer gemessenen Eluationskurve die Adsorptionsisotherme
des Adsorbats am verwendeten Adsorbens ermitteln. Man erhält durch Umstellung
f 
  ut d 
1

1   L 
(8)
cf
  ut d

 1 dc f


0 1   L
cs  
(9)
4. Versuchsbeschreibung
4.1. Versuchsapparatur
Die Apparatur setzt sich aus dem Gasversorgungsteil, den verschiedene Gaslinien enthaltet
wozwischen geschaltet werden kann mittels Valco Vierwege Ventile (s Abb.2). Die für diesen
Versuch wichtig Teile sind mit Kasten markiert. Während den Versuch werden nur zwei
Gaslinien benützt, einer für He und ein zweiter für CO2/He. Der Gasfluß kann mittels
Massendurchflußregler
(vom
Rechner
gesteuert)
eingestellt
werden.
Beide
Massendurchflußregler werden auf 50 Nml/min eingestellt (Setpoint He = 25.2; Setpoint
CO2/He = 19.0) Das CO2-Gehalt wird registriert mittels einen Quadrupole
Massenspektrometer (QMS), ebenfalls vom Rechner gesteuert.
Der Adsorber selbst besteht aus einer Spirale aus Kupferrohr mit 7 mm lichter Rohrweite und
144 cm Länge. 72 cm (= L) dieser Spirale sind mit Aktivkohlekörnern (9.0 g) von ca. 2 mm
Durchmesser gefüllt ( = 0,65, Dichte b = 0,34 g/cm3); vor dieser Adsorptionszone liegt eine
Vorheizzone. Während des Adsorptions- bzw. Desorptionsvorganges befindet sich die Spirale
im Eisbad. Zur Reinigung der Aktivkohle wird das Eisbad gegen einen Ofen ausgetauscht, der
über einen Trenntrafo gespeist wird. Vor die quantitative Bestimmung von den CO2-Gehalt ist
es notwendig vorher den Massenspektrometer zu kalibrieren.
4.2. Versuchsdurchführung
Zunächst erfolgt die Kalibrierung des Massenspektrometers im gewünschten
Konzentrationsbereich. Dann werden die Durchbruchskurven für die Adsorption und die
Desorption von CO2 aus einem CO2/He-Gemisch an Aktivkohle aufgenommen. Dabei wird
die Konzentration des CO2 am Ende des Adsorbers in Abhängigkeit von der Zeit gemessen.
1
E3
V8
2
E2
3
Abb. 2: Die Versuchsapparatur
V3
V1
V2
PI
V4
V5
E1 2 3 4 5
E7
V7
V6
E6
PI
PI
PI
E1
PI
PI
PI
E3
5
4
E5
PI
PI
6
PI
PI
E4
7
PS
PI
PI
PI
PI
PI
F11 - Adsorption
11
F11 - Adsorption
12
Zustand der Apparatur zu Versuchsbeginn
Zum Reinigen der Aktivkohle wird der Adsorber mit He gespült und ausgeheizt. Der Ausheizofen wird dabei vorsichtig über die Spirale geschoben und die Ofentemperatur mit dem
Trenntrafo auf ca. 350 C gebracht. (Zum Aufheizen ca. 15 Min. auf 150 V, zum Ausheizen
ca. 150 min auf 110 V; ist bei Versuchsbeginn vom Assistenten erledigt).
Nach Abschluß des Ausheizens wird der Ofen entfernt, nach entsprechender Abkühlung wird
die Spirale ins Eisbad getaucht.
Kalibrierung des Massenspektrometers
 50 Nml/min). Der Adsorber wird zuerst
Die Anlage wird mit He gespült (Volumenstrom V
f
bypass geschaltet. Zunächst wird einen Background abgezogen. Danach wird umschaltet auf
einen Gemisch CO2/He (4.01 % CO2/He). Nach 15 minuten wird die Kalibrierung
durchgeführt (wird vom Assistenten erklärt). Nach die Kalibrierung wird mit He gespült.
Es ist darauf zu achten, daß das Gasgemisch während der Kalibrierung nicht über den
gereinigten Adsorber geleitet wird, er muß daher überbrückt werden (siehe Abb. 2).
Messen
Nun wird umgeschaltet auf das CO2/He Gemisch. (Adsorber noch immer bypass!!!).
Ist die sich einstellende CO2-Konzentration (Rechner) stationär, so kann die Durchbruchskurve für die Adsorption aufgenommen werden. Mit dem Umlegen den Valco-Ventil
beginnt die Messung (t = 0).(Die Durchbruchskurve wird nicht ausgewertet).
Nach Aufnahme der Durchbruchkurve für die Adsorption wird der Adsorber zunächst wieder
bypass gestellt und der CO2-Strom abgestellt. Hat sich wieder der CO2-Konzentration auf
Null eingestellt, so kann die Durchbruchkurve analog wie zuvor für die Desorption
aufgenommen werden.
5. Versuchsauswertung
Adsorptionsisotherme
Die Ermittlung der Adsorptionsisothermen aus der Eluationskurve nach den Gleichungen (8)
und (9) ist im folgenden graphisch dargestellt.
Die Eluationskurve gemessen mit dem Massenspektrometer sieht wie folgt aus (Diagramm 1).
F11 - Adsorption
13
Aus dieser Kurve wird dann nach (8) die Steigung der Adsorptionsisotherme, f´, für unterschiedliche Zeiten td bestimmt und auf die dazugehörigen Gasphasenkonzentrationen cf bezogen (Diagramm 2).
Die Kurve f´/cf wird danach entsprechend Gleichung (9) integriert (Diagramm 3).
F11 - Adsorption
14
Anmerkung: Die gemessene Zeit td muß um die Zeit, die das Gas benötigt, um die Vorkühlstrecke zu durchlaufen, korrigiert werden. Unter den vorgegebenen Versuchsbedingun = 50 Nml/min) beträgt die Korrekturzeit ca. 0.4 Minuten.
gen, ( V
f
Monoschichtkapazität
Aus der graphisch erhaltenen Adsorptionsisotherme werden anschließend die Monoschichtkapazität, cs*, und die Oberfläche der Aktivkohle, S, ermittelt.
Bei der Adsorption von CO2 an Aktivkohle handelt es sich um eine schwache Chemisorption,
die Isotherme kann gut mit einem Langmuir-Ansatz beschrieben werden.
n ads, i
c
K i cf
 s 
n m, i
1  Ki cf
cs
,
bzw. in linearisierter Form,
cf
c
1

 f

cs
K i cs
cs
.
Trägt man cf /cs gegen cf auf, erhält man aus der Steigung der Geraden cs*. Die Oberfläche
pro g Aktivkohle ergibt sich zu
S = cs* NA  / b
NA - Avogadro-Zahl (6,023 * 1023 mol-1)
 - Platzbedarf eines CO2-Moleküls (1,64 * 10-15 cm2)
Das Ergebnis kann mit typischen Werten für weitverbreitete Adsorbenzien verglichen werden
(Angaben in m2/g): Aktivkohle: 300 - 1200; Silicagel: 400 - 800, Aluminiumoxid: 80 250, Zeolithe: 700 - 1100)
F11 - Adsorption
15
6. Literatur
1
2
3
4
5
6
7
H. H. Emons et al. (Autorenkollektiv), "Lehrbuch der Technischen Chemie", 5.
Auflage, Leipzig 1988
S. Brunauer, L. Deming, W. Deming, E. Teller, J. Am. Chem. Soc. 62, 1723 (1940)
S. J. Gregg, K. S. W. Sing, "Adsorption, Surface rea and Porosity", London 1967
H. Bremer, K.-P. Wenlandt, "Heterogene Katalyse - Eine Einführung", Berlin 1978
W. R. A. Vauck, H. A. Müller, "Grundoperationen der Verfahrenstechnik", 6. Auflage,
Weinheim 1982
Ullmanns Encyclopaedia of Industrial Chemistry, Weinheim 1985-1994
T. K. Sherwood, R. L. Pigford, C. R. Wilke, "Mass Transfer", New York 1975, S.
548ff