Sorptionsprozesse

Sorptionprozesse umfassen die Anlagerung einer Substanz an die Oberfläche einer Phase oder deren Eindiffusion in das Innere dieser Phase, wodurch gelöste oder gasförmige Komponenten entfernt oder immobilisiert werden. Der Begriff deckt Adsorption, bei der Substanzen an einer Oberfläche haften, sowie Absorption, bei der Substanzen in das Volumen einer Phase eindringen, ab. In vielen Fällen wirken beide Mechanismen gleichzeitig.

Adsorption erfolgt an Grenzflächen und kann durch physikalische Kräfte (Physiosorption) oder chemische Bindungen (Chemisorption) angetrieben werden. Die Physiosorption ist in der Regel reversibel, schwächer ausgeprägt und stark von der Oberfläche abhängig, mit geringen Enthalpieänderungen. Die Chemisorption umfasst stärkere Bindungen und kann selektiver oder irreversibel sein. Absorption bezeichnet das Eindringen einer Substanz in eine Flüssigkeit oder einen Feststoff bzw. deren Verteilung zwischen Phasen.

Sorption wird in der Umwelttechnik breit eingesetzt, zum Beispiel zur Abtrennung von Schadstoffen aus Wasser und Luft, zur Bodensanierung und zur Rückgewinnung wertvoller Substanzen. Die Sorption auf natürliche Minerale, Aktivkohle und Polymere hängt von Faktoren wie Porenstruktur, Oberflächenfläche, funktionellen Gruppen, pH-Wert, Ionenstärke, Temperatur und der Anwesenheit konkurrierender Spezies ab. Ionenaustausch ist eine verwandte Mechanik an geladene Oberflächen.

Modellierung und Messung erfolgen über Gleichgewichtssättigungsbeziehungen (Isothermen wie Langmuir, Freundlich, Dubinin–Radushkevich) und kinetische Modelle (pseudo-erste Ordnung, pseudo-zweite Ordnung, intrapartikel Diffusion), die Aufschluss über Kapazität, Affinität und Reaktionsgeschwindigkeit geben. Experimentell kommen Batch- und Festbettversuche zum Einsatz; fortgeschrittene spektroskopische und mikroskopische Techniken helfen bei der Identifizierung der zugrunde liegenden Mechanismen.