Feststoffgas

Feststoffgas bezeichnet ein System, in dem ein Feststoff mit einem oder mehreren Gasen in Wechselwirkung steht. Solche Systeme sind zentral für Prozesse der Gasaufbereitung, -speicherung, -trennung und -reaktion. Typische Phänomene sind die Adsorption von Gasmolekülen an Feststoffoberflächen, die Absorption oder Einlagerung in die Feststoffmatrix sowie Reaktionen, die an der Oberfläche oder in porösen Strukturen stattfinden.

Adsorption spielt eine zentrale Rolle in Feststoffgas-Systemen. Sie kann physikalisch (Van-der-Waals-Wechselwirkung) oder chemisch erfolgen und hängt von Temperatur, Druck sowie der Beschaffenheit der Oberfläche ab. In porösen Feststoffen wie Aktivkohle, Zeolithen oder Metall-organischen Gerüsten (MOFs) ermöglicht die Pore-Struktur die Aufnahme von Gasen in Mikroporen, Mesoporen oder Makroporen. Absorption oder Einlagerung umfasst das Lösen von Gasen in das Feststoffgitter oder das Interkalieren in Zwischenräume, wie etwa Wasserstoffspeicher in Metallhydriden. Reaktionen an der Oberfläche oder innerhalb der Feststoffstruktur sind ebenfalls möglich, zum Beispiel katalytische Reaktionen oder Gas-Redox-Prozesse.

Die Charakterisierung von Feststoffgas-Systemen erfolgt über Adsorptionsisothermen, welche die relation zwischen Gasmenge und Druck bei konstanter Temperatur beschreiben. Modelle wie Langmuir oder BET helfen, Oberflächen- bzw. Porenstrukturen zu interpretieren. Weitere Methodiken umfassen Gravimetrie, Volumetrie und in situ Spektroskopie, um Dynamik, Diffusion und Reaktionswege zu verstehen.

Typische Anwendungen umfassen CO2-Abscheidung, Gasreinigung, Wasserstoffspeicherung in Metallhydriden oder MOFs, und Feststoff-katalysierte Reaktionen. Materialien wie Aktivkohle, Zeolithe, MOFs oder keramische Feststoffe dienen als Speicher- oder Trennelemente, während Feststoffe als Katalysatoren oder Reaktionsräume fungieren. Forschungsfelder konzentrieren sich auf Effizienz, Zyklusfestigkeit und Skalierbarkeit von Feststoffgas-Systemen.