Isothermenexperimente

Isothermenexperimente sind experimentelle Verfahren zur Bestimmung von Isothermen, also der Beziehung zwischen der adsorbierten Menge eines Gases oder einer Flüssigkeit und dem Druck bzw. der Konzentration bei konstanter Temperatur. Sie dienen der Charakterisierung poröser Materialien, Oberflächenstrukturen und der Eignung von Stoffen als Adsorbentien oder Katalysatoren. Typische Anwendungsfelder finden sich in der Umwelttechnik, der Chemie, der Verfahrenstechnik und der Materialforschung.

Aufbau und gängige Verfahren: Isothermenexperimente lassen sich in statische (gravimetrische oder volumenbasierte) und in dynamische Ansätze unterteilen. Bei statischen Messungen degasst man das Probenmaterial, setzt es kontrolliertem Adsorbat aus und erreicht ein Gleichgewicht, wobei die adsorbierte Menge q pro Masseneinheit bestimmt wird. Dynamische Messungen verwenden zeitlich veränderte Gasmengen in einem festen Volumen und berechnen aus Druckänderungen die adsorbierte Menge. Die Ergebnisse liefern q(p) oder q(C) Isothermen, oft auch eine Desorption-Isotherme.

Modellierung und Auswertung: Zur Anpassung der experimentellen Isothermen kommen Modelle wie Langmuir, Freundlich, Langmuir-Freundlich oder der BET-Ansatz zum Einsatz. Das BET-Modell dient häufig der Bestimmung der spezifischen Oberflächenfläche. Hysterese zwischen Ad-/Desorption kann auf Hohlräume, Hohlraumverzweigungen oder Kapillarkondensation hinweisen und Aufschluss über die Porenstruktur geben.

Durchführung und Qualität: Wichtige Arbeitsschritte sind Probenvorbereitung und Entgasung, präzise Temperaturkontrolle, Kalibrierung der Sensorik sowie Korrekturen von Baselines und Massentransfers. Die Versuchsdurchführung erfordert ausreichende Warmlauf- und Gleichgewichtszeiten, um verlässliche Gleichgewichts-Isothermen zu erhalten.

Anwendungen und Bedeutung: Isothermen liefern Kennzahlen wie Oberflächenbereich, Porengrößenverteilung und Adsorptionskapazität, die in der Entwicklung von Katalysatoren, Adsorbentien, Membranen oder Umweltprozessen eine zentrale Rolle spielen.