Oberflächenadsorption

Oberflächenadsorption bezeichnet die Anlagerung von Molekülen oder Ionen an eine Grenzfläche zweier Phasen, typischerweise Feststoff-Gas oder Feststoff-Flüssigkeit. Im Gegensatz zur Absorption verbleiben die Adsorbate an der Oberfläche, statt in das Volumen des Adsorbens einzudringen. Die Adsorption hängt wesentlich von der spezifischen Oberfläche, der Porosität und der chemischen Beschaffenheit des Adsorbens ab; Materialien mit hoher Oberfläche, wie Aktivkohle oder poröse Silikate, zeigen häufig hohe Adsorptionskapazitäten.

Es lassen sich zwei Hauptformen unterscheiden: Physisorption, vermittelt durch schwache van der Waals-Kräfte, ist in der Regel reversibel und stark temperaturabhängig; Chemisorption, durch chemische Bindungen, ist stärker und oft weniger reversibel, kann die Oberfläche verändern. Oft treten beide Prozesse in Abhängigkeit von Temperatur, Druck und chemischer Umgebung gemeinsam auf.

Zur Beschreibung der Adsorption werden Isothermen verwendet, die die Adsorbiermenge in Abhängigkeit von der Restkonzentration bei konstanter Temperatur darstellen. Die Langmuir-Isotherm geht von einer Monolage auf einer homogenen Oberfläche aus, während die Freundlich-Isotherm heterogene Oberflächen und mehrschichtige Adsorption beschreibt. Adsorptionskinetik wird häufig mit Modellen wie pseudo-erster Ordnung oder pseudo-zweiter Ordnung beschrieben.

Die Messung von Adsorption erfolgt durch Ermittlung der Adsorbiermenge aus Isothermen; die BET-Methode (Brunauer-Emmett-Teller) dient zur Bestimmung der spezifischen Oberfläche aus Gasadsorption bei tiefen Temperaturen.

Anwendungen finden sich in der Umwelttechnik (Luft- und Wasserreinigung), der Gastrennung und CO2-Abscheidung, in der Katalyse, Sensorik und Chromatographie.

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