Häufig gestellte Fragen

 

Nachstehend finden Sie einige in unserem Industriebereich häufig gestellte Fragen und die Antworten dazu. Sollten Sie weitere Fragen haben, nehmen Sie bitte mit uns Verbindung auf.

Was ist Aktivkohle?

Kohlenstoff ist das am häufigsten auf der Erde vorkommende Element. Zu den am meisten vorhandenen Formen zählen Kohle (Steinkohle, Braunkohle, Anthrazit), sowie die ebenfalls Kohlenstoff enthaltenden Materialien Torf und Holz und auch einige pflanzliche Substanzen wie Fruchtkerne und Kokosnußschalen.

Sorgfältig ausgewählte Rohstoffe werden zunächst mit niedrigen Temperaturen behandelt, um natürliche flüchtige Bestandteile und Restfeuchte zu entfernen. Dies bezeichnet man als die erste Karbonisierungsstufe. Danach wird das karbonisierte Material in Aktivierungsöfen höheren Temperaturen ausgesetzt, wobei durch einen kontrollierten Dampfeintrag ein Oxidationsprozeß stattfindet.

Dadurch entsteht ein leistungsfähiges Adsorbens mit großer Porenstruktur im molekularen Bereich. Unter einem Elektronenmikroskop ist die Porenverteilung gut sichtbar, die wie ein poröser Schwamm aussieht. Diese hohe Konzentration von Poren auf einem relativ kleinen Volumen führt zu einem Material mit einer außergewöhnlich großen inneren Oberfläche, die bei 800 – 1600 m2/g Aktivkohle liegt, gemessen mit Stickstoff nach der BET-Methode. Um diese Größenordnung in Relation zu setzen kann man sich vorstellen, daß ein Teelöffel der Aktivkohle eine innere Oberfläche aufweist, die etwa mit der Größe eines Fußballfeldes zu vergleichen ist. Diese enorm große innere Oberfläche verleiht Aktivkohle die einzigartige Fähigkeit, ein breites Spektrum an Inhaltsstoffen aus Flüssigkeiten oder Gasen zu adsorbieren. Die zu entfernenden Verbindungen diffundieren bei Kontakt mit der Aktivkohle in das innere Porensystem. Die innere Oberfläche der Aktivkohle bindet diese Subtanzen und entfaltet sogenannte “Van-der-Waals-Kräfte”. Diesen Prozeß der Aufnahme von Molekülen aus Gasen oder Flüssigkeiten in einem Feststoff bezeichnet man als “Adsorption”.

Wie wird Aktivkohle hergestellt?

Es gibt verschiedene Methoden Aktivkohle herzustellen. Die üblichste von Jacobi Carbons verwendete Methode ist die Dampfaktivierung entweder in Drehrohröfen (z.B. für den Ausgangsstoff Kokosnußschalen) oder in vertikalen Schachtöfen (z.B. für den Ausgangsstoff Steinkohle). Jacobi Carbons stellt ferner auch Aktivkohle auf Basis von Holz nach einem chemischen Aktivierungsverfahren mit Phosphorsäure her.

Woraus wird Aktivkohle hergestellt?

Prinzipiell kann Aktivkohle aus allen kohlenstoffhaltigen Rohstoffen hergestellt werden. Jacobi Carbons benutzt sowohl Holz in Form von Sägespänen, Braunkohle, Steinkohle als auch Kokosnußschalen. Die Auswahl richtet sich nach dem jeweiligen Einsatzgebiet der Aktivkohle.

Was ist eine Adsorptions-Pore?

Adsorptions-Poren sind das innere Volumen, in dem die Graphitplatten sehr eng beieinander liegen und starke Anziehungskräfte entwickeln (“Van-der-Waals-Kräfte”). Diese Kräfte binden den Schadstoff im Kohlenstoffgerüst. Dieser Vorgang heißt “Adsorption”. Gemäß der “International Union of Pure and Applied Chemistry” (IUPAC) wird die Porengröße von Aktivkohle in drei Gruppen eingeteilt: Mikroporen (r = < 1 nm), Mesoporen (r = 1-25 nm) und Makroporen (r = > 25 nm).

Auf welche Weise entfernt Aktivkohle die Schadstoffe?

Die Entfernung der Schadstoffe erfolgt durch physikalische Adsorption (Physisorption) oder durch chemische Reaktionen (Chemisorption) oder durch eine Verbindung beider Prozesse. Bei der Physisorption wandert der Schadstoff durch Transportporen der Aktivkohle (das sind in der Regel Meso- oder Makroporen) und diffundiert im Kohlenstoffgerüst in die engen inneren Poren (in der Regel Mikroporen), wo die adsorptiven Kräfte wirken. Sobald ein energiereicher Bereich erreicht wird, übersteigen die Adsorptionskräfte die Diffusionskräfte und der Schadstoff wird in den Mikroporen gebunden. Bei Physisorption erfolgt keine Reaktion oder Veränderung des Schadstoffs. Die aufgenommenen Substanzen können leicht desorbiert und wieder zurückgewonnen werden mit Hilfe höherer Temperaturen oder reduziertem Druck, was übliche Praxis z.B. in Betrieben zur Lösemittel-Rückgewinnung ist. Bei der Chemisorption erfolgt die Aufnahme des Schadstoffs in gleicher Weise wie oben beschrieben, allerdings ist hierbei die Aktivkohle speziell behandelt, um eine chemische Reaktion mit dem Schadstoff auszulösen. Jacobi Carbons verfügt über Spezialprodukt, die auf der Oberfläche mit Chemikalien imprägniert sind, um bei bestimmten Schadstoffen wie Quecksilber oder sauren Gasen zu reagieren und diese umzuwandeln und dadurch auf dem Adsorbens zu binden.

Wie kann man feststellen, ob die Aktivkohle erschöpft ist?

Der einfachste Weg, die Erschöpfung einer Aktivkohle zu ermitteln, ist die Prüfung der Schadstoff-Konzentration am Ausgang eines Aktivkohle-Adsorbers. Wenn die Konzentration des Schadstoffs über dem zulässigen Emissionswert liegt, erscheint die Aktivkohle als erschöpft und muß ausgetauscht werden. Sofern solche Emissionsmessungen schwierig oder unmöglich sind, kann man an geeigneter Stelle Proben der Aktivkohle ziehen und zur Bewertung der zulässigen Restnutzung an Jacobi Carbons senden. Durch einen Vergleich des Ergebnisses mit der Aktivität einer vergleichbaren Frischkohle kann die verbleibende Restnutzungsdauer der Aktivkohle abgeschätzt werden.

Wie kann man die Menge der benötigten Aktivkohle und die Nutzungsdauer schätzen?

Aufgrund langjähriger Erfahrungswerte kann Jacobi Carbons Verbrauchsangaben schätzen. Zu diesem Zweck sollten Angaben zum Volumenstrom, zu den Schadstoffen und deren Ausgangskonzentration, Temperaturangaben, Druckverhältnisse und andere projektbezogene Daten zur Verfügung gestellt werden. Auf dieser Grundlage können Verbrauchsangaben berechnet werden.

Welchen Einfluß haben Temperaturverhältnisse?

Die Physisorption von Schadstoffen wird durch niedrigere Temperaturen begünstigt und reduziert sich bei steigenden Betriebstemperaturen. Dagegen können bei der Chemisorption höhere Temperaturen bessere Reaktionen auslösen und diese begünstigen. Allerdings können höhere Temperaturen zu einer Instabilität des Chemisorptionsmittels auf der Aktivkohle führen und mögliche Desorptionseffekte dessen Wirkung beeinträchtigen. Für genauere Informationen zur Auswirkung der Temperatur sollte Jacobi Carbons konsultiert werden.

Welche Bedeutung haben Kontaktzeiten?

Die Kontaktzeit (englisch: “EBCT = Empty Bed Contact Time”) ist die Zeit, die benötigt wird, um eine Flüssigkeit oder Gas durch eine Aktivkohlefüllung zu führen, damit die gesamte Flüssigkeit oder das gesamte Gas mit gleicher Geschwindigkeit das Filter durchströmt. Dieser Wert entspricht dem Volumen des leeren Aktivkohlebetts dividiert durch die Menge des Volumenstroms.

Beispiel:

Bei einem Volumenstrom von 60 m3/h und einer Aktivkohlefüllung von 9000 kg mit einer Schüttdichte der Aktivkohle von 450 kg je 1 m3 errechnet sich für 9000 kg ein Volumen von 20 m3.

Die Kontaktzeit beträgt somit 20:60 = 0,33 Stunden oder ≈ 20 Minuten.

Was sind die empfohlenen Kontaktzeiten?

Die Kontaktzeit sollte so lange sein, wie wirtschaftlich vertretbar, so dass der Schadstoff bei der jeweiligen Konzentration bis zur Sättigung von der Aktivkohle aufgenommen werden kann. Typische Kontaktzeiten bewegen sich bei flüssigen Medien im Bereich von 10 – 20 Minuten. Je geringer die Schadstoffkonzentration ist, desto länger ist normalerweise die Kontaktzeit zu wählen. Beim Einsatz in Gasen, bei denen die Diffusion in die Aktivkohlepartikel wesentlich schneller erfolgt, bewegen sich die Kontaktzeiten im Sekundenbereich. Empfohlene Kontaktzeiten für Adsorptionsvorgänge aus der Gasphase liegen typischerweise bei 0,1 – 1 Sekunden im Falle eine Schadstoffaufnahme durch Physisorption und bei 1 – 4 Sekunden im Falle einer Chemisorption. Für besondere Aufgabenstellungen sollten unbedingt unsere Experten konsultiert werde.

Sollten Sie weitere Fragen in Bezug auf Produkte von Jacobi Carbons haben, wenden Sie sich bitte an unsere Mitarbeiter. Diese freuen sich darauf, kompetente Auskunft geben zu können.