Warum die Porengrößenverteilung von Aktivkohle wichtiger ist als die spezifische Oberfläche oder innere Oberfläche
Highlights
- Eine große innere Oberfläche (m²/g) wird oft als der Indikator für hohe Adsorptionskapazität angesehen.
- Die Porengrößenverteilung der Aktivkohle ist jedoch mindestens ebenso wichtig für die Produktauswahl.
- Für eine effektive Reinigungslösung muss die Aktivkohle auf die Abmessungen des Zielmoleküls (der Zielmoleküle) abgestimmt sein.
Ein häufiges Missverständnis ist, dass Aktivkohle mit großer innerer Oberfläche automatisch auch eine hohe Adsorptionskapazität hat und daher die beste Wahl ist. Obwohl die innere Oberfläche sicherlich ein wichtiger Parameter ist, erzählt sie nicht die ganze Geschichte.
Die Adsorptionskapazität von Aktivkohle wird hauptsächlich durch drei Faktoren bestimmt:
- Porengrößenverteilung
- Innere Oberfläche
- Oberflächenchemie
Im Folgenden wird die Oberflächenchemie außer Acht gelassen und der Fokus liegt ausschließlich auf der Porengrößenverteilung und der inneren Oberfläche.
Innere Oberfläche versus Porengrößenverteilung
Die innere Oberfläche bezieht sich auf die gesamte verfügbare Oberfläche innerhalb der Porenstruktur von Aktivkohle. Diese wird typischerweise in m²/g ausgedrückt.
Die Porengrößenverteilung hingegen gibt an, welche Porentypen vorhanden sind (Mikroporen < 2 nm, Mesoporen 2–50 nm, Makroporen > 50 nm) und in welchem Verhältnis. Diese Verteilung ist wesentlich, da Adsorption nur stattfinden kann, wenn die zu adsorbierenden Moleküle physisch in geeignete Poren eindringen können. Ein Molekül mit einer Abmessung von 3 nm kann schlicht nicht in Mikroporen kleiner als 2 nm adsorbieren, unabhängig von der Größe der inneren Oberfläche der Aktivkohle.
Zur Veranschaulichung – ein fiktives Beispiel:
Ein Kunde möchte ein Molekül mit einer Größe von 3 nm aus einer wässrigen Lösung entfernen. Zwei Kohletypen stehen zur Verfügung:
- Aktivkohle A: innere Oberfläche von 1500 m²/g, aber ausschließlich mikroporös (< 2 nm)
- Aktivkohle B: innere Oberfläche von 800 m²/g, aber vollständig mesoporös (> 2 nm)
Obwohl Aktivkohle A eine fast doppelt so große innere Oberfläche hat, wird diese Kohle das Zielmolekül kaum oder gar nicht adsorbieren können. Aktivkohle B, mit einer viel kleineren inneren Oberfläche, aber der richtigen Porengrößenverteilung, wird hierfür weitaus effektiver sein.
Das obige Beispiel verdeutlicht, warum die innere Oberfläche allein als Auswahlkriterium für die Auswahl des richtigen Aktivkohletyps unzureichend ist. Für kommerzielle Zwecke wird oft die Betonung auf die (hohe) innere Oberfläche als Qualitätsindikator gelegt. Das ist durchaus verständlich, da dies ein leicht zu kommunizierender und vor allem zu vergleichender Parameter ist. In der Praxis kann dies jedoch zu einer falschen Produktauswahl führen, insbesondere bei komplexen Anwendungen wie Luft- und Wasserreinigung oder industrieller Emissionskontrolle.
In der Praxis
Bei Cargen schauen wir über die innere Oberfläche der Aktivkohle hinaus. Wir analysieren die Porengrößenverteilung in Bezug auf das Zielmolekül (die Zielmoleküle), um genau den Aktivkohletyp zu empfehlen, der in der vorgesehenen Anwendung tatsächlich funktioniert.
Fazit
Eine große innere Oberfläche ist nicht immer eine Garantie für eine gute Adsorption durch Aktivkohle. Die richtige Porengrößenverteilung ist mindestens ebenso wichtig, wenn nicht sogar wichtiger, da die zu adsorbierenden Moleküle aufgrund ihrer Abmessungen Zugang zu den Poren haben müssen. Für eine effektive Reinigungslösung muss der Aktivkohletyp auf die Abmessungen des Zielmoleküls (der Zielmoleküle) abgestimmt sein.
