Adsorptionen

Adsorptionen bezeichnen die Anlagerung von Molekülen oder Ionen (Adsorbate) an die Oberfläche eines Feststoffs oder einer Flüssigkeit (Adsorbens). Im Unterschied zur Absorption, bei der Stoffe in das Volumen des Trägermediums eindringen, findet die Adhäsion an der Grenzfläche statt.

Es wird hauptsächlich zwischen Physisorption und Chemisorption unterschieden. Bei der Physisorption wirken van-der-Waals-Kräfte, sie ist typischerweise reversibel, temperaturabhängig und stark von der Oberflächenstruktur abhängig. Die Chemisorption beruht auf chemischen Bindungen, ist oft stärker und selektiver, kann reversibel oder irreversibel sein und führt häufig zu neuen Oberflächenverbindungen.

Isothermen beschreiben, wie die Adsorbatsmenge bei konstanter Temperatur von der Konzentration bzw. dem Partialdruck abhängt. Typische Modelle sind Langmuir (Monolayer, homogener Adsorptionsraum) und Freundlich (inhomogene Oberflächen). Kinetikmodelle umfassen häufig pseudo-ersten Ordnung oder pseudo-zweiten Ordnung; außerdem können Diffusionsschritte durch Poren die Rate bestimmen.

Typische Adsorbentien sind Aktivkohle, Silica, Alumina, Zeolithe, Tonminerale und Metall-organische Gerüste (MOFs). Anwendungen liegen in der Gasreinigung und CO2-Abscheidung, der Wasseraufbereitung, der Abtrennung von Gasgemischen sowie als Vorstufe in der Katalyse. Adsorption wird auch in Sensorik und in der Molekülviskosität genutzt.

Die Regeneration der Adsorbensoberflächen erfolgt meist durch Desorption durch Erhitzung, Druckwechsel (PSA) oder Lösungsmittelwäsche. Ausschlaggebende Faktoren sind Temperatur, Druck, Oberflächen- und Porenstruktur sowie Verschmutzung; regelmäßige Regeneration beeinflusst Betriebsdauer und Leistungsfähigkeit.