Adsorptionskapazität

Die Adsorptionskapazität bezeichnet die Menge eines Adsorbats, die ein Adsorbens bei Gleichgewicht an der Oberfläche bindet. Sie wird üblicherweise als q_e angegeben und in Einheiten wie mg Adsorbierstoff pro g Adsorbens (mg/g) oder mmol/g ausgedrückt. Im Gasraum oder Mehrkomponenten-Systemen kann sie auch in anderen Formen angegeben werden.

Die Kapazität hängt von Temperatur, Druck, pH-Wert, Ionenstärke und dem Vorhandensein konkurrierender Spezies ab. Wesentliche Einflussgrößen sind die spezifische Oberfläche, die Porenstruktur (Mikro-, Meso- und Makroporen) sowie chemische Oberflächenfunktionen, die Adsorptionsenergie liefern.

Zur Bestimmung wird die Adsorption typischerweise durch Batch-Experimente ermittelt. In solchen Versuchen werden Adsorbens und Lösung unter definierten Bedingungen gemischt, der Gleichgewichtszustand erreicht und q_e aus der Differenz der Anfangs- und Gleichgewichtskonzentration berechnet: q_e = (C0 − C_e) V / m. Zur Beschreibung des Gleichgewichts dienen Isothermenmodelle wie Langmuir und Freundlich. Das Langmuir-Modell beschreibt monolayer Adsorption auf homogenen Oberflächen: q_e = (q_max K_L C_e) / (1 + K_L C_e). Das Freundlich-Modell ist eine empirische Beschreibung heterogener Oberflächen: q_e = K_F C_e^{1/n}.

Anwendungen und Bedeutung: Die Adsorptionskapazität ist zentral in der Wasseraufbereitung, Abfallbehandlung, Luftreinigung, Katalyse und Energiespeicherung. Typische Adsorbentien sind Aktivkohle, Zeolithe, Tonmineralien und Metallorganische Gerüstverbindungen (MOFs). Die Kapazität hängt oft mit Temperatur ab, da viele Adsorptionsprozesse exotherm sind, und wird durch Konkurrenz durch andere Spezies beeinflusst.

Zusammenfassend ist die Adsorptionskapazität ein grundlegender Parameter zur Bewertung der Leistungsfähigkeit von Adsorbensmaterialien und wird durch Materialeigenschaften sowie Betriebsbedingungen bestimmt und modelliert.