Sorptionsmodelle

Sorptionsmodelle sind theoretische und empirische Beschreibungen dafür, wie Substanzen in Umwelt-, Boden- und Wasser-systemen sorbiert werden. Sorption umfasst sowohl Adsorption auf Oberflächen (Auf Oberflächen) als auch Absorption in das Volumen eines Materials sowie die verteilende Partitionierung zwischen Phasen. Ziel der Modelle ist es, Gleichgewichtssätze und Ratenprozesse zu beschreiben, um Verbreitung, Verweilzeiten und Transport von Kontaminanten zu verstehen.

Zu den gängigsten Sorptionsisothermen gehören Langmuir- und Freundlich-Modelle. Das Langmuir-Modell geht von einer homogenisierten Oberfläche aus und einer Monoschicht-Sorption aus, q_e = (q_max K_L C_e)/(1 + K_L C_e). Das Freundlich-Modell ist empirisch und spiegelt heterogene Oberflächen wider, q_e = K_F C_e^(1/n). Ergänzend werden Temkin-, Sips- und BET-Modelle verwendet, um Effekte wie Begrenzung der Wärmekationen oder multilagige Adsorption abzubilden.

Kinetische Modelle beschreiben die Geschwindigkeit der Sorption. Das häufig genutzte pseudo-erste Ordnung-Modell (PFO) und das pseudo-zweite Ordnung-Modell (PSO) liefern Hinweise auf Mechanismen und mögliche Ratenbegrenzungen. Intrapartikulärer Diffusionsprozess (Weber-Morris-Modell) wird oft zur Erklärung von Verzögerungen herangezogen.

In der Praxis spielen Umweltfaktoren eine wesentliche Rolle: pH-Wert, Ionenstärke, organische Substanz, Temperatur sowie Konkurrenz durch andere Stoffe beeinflussen Sorption. Sorptionsmodelle werden in der Umweltchemie, Bodenkunde und Hydrologie zur Abschätzung von Abbauraten, Transportgeschwindigkeit, Risikobewertungen und Design von Sanierungsmaßnahmen eingesetzt. Grenzen ergeben sich durch Mehrkomponenten-Systeme, Nichtgleichgewichtssituationen und Skalierungsprobleme.