Adsorptionsflächen

Adsorptionsflächen sind Flächen, auf denen Adsorption stattfindet. Sie ergeben sich aus der Struktur und chemischen Beschaffenheit eines Materials und zeichnen sich durch eine hohe spezifische Oberfläche aus. Auf solchen Flächen lagern sich Gas- oder Schadstoffmoleküle, Lösungsmittel oder andere Substanzen durch physikalische oder chemische Anziehung an der Oberfläche an (adsorbiert), ohne in das Innere des Materials einzudringen. Adsorption ist damit von Absorption zu unterscheiden, bei der Substanzen in das Material eindringen.

Es werden physikalische Adsorption (Physisorption) und chemische Adsorption (Chemisorption) unterschieden. Physisorption entsteht durch van-der-Waals-Kräfte und ist in der Regel reversibel und temperaturabhängig. Chemisorption geht mit Bildung starker chemischer Bindungen einher und kann bekanntermaßen spezifisch sein. Zur Beschreibung der Adsorption werden Isothermen verwendet, wie Langmuir (Monolayer, homogene Sites), Freundlich (heterogene Oberflächen) und BET (Brunauer-Emmett-Teyer; multilayerartige Adsorption, geeignet zur Bestimmung der Oberflächen- und Porenzahl).

Typische Adsorptionsflächen finden sich in Aktivkohle, Silika, Aluminiumoxid, Zeolithen, MOFs (metallorganische Gerüste) und graphene-basierten oder anderen porösen Materialien. Diese Materialien werden in der Praxis für Katalyse, Gas- und Luftreinigung, Wasseraufbereitung, Energiespeicherung sowie Sensorik und Chromatographie genutzt.

Die Charakterisierung erfolgt unter anderem durch die Bestimmung der spezifischen Oberfläche (BET-Oberfläche), die Porenstruktur und die Temperatur-programmierte Desorption (TPD). Zentrale Einflussfaktoren sind Temperatur, Druck, das Lösungsmittel bzw. Gas, sowie Konkurrenzadsorption durch weitere Moleküle.