Die Untersuchung praktisch relevanter Trennprozesse sind mit den Standardsorptionsgeräten zur Texturcharakterisierung poröser Materialien nur begrenzt möglich.
Betrachtet man Aufgabenstellungen wie die
so lassen sich diese Trennprozesse meist nicht durch BET-Werte oder Porenverteilungen vorhersagen oder gar modellieren.
Die dynamische Sorptionsmethode, in engl. meist flow method genannt, dient unter anderem solchen praktischen Untersuchungen wie
Aufnahme von Durchbruchskurven; Verdampferoption; konzipiert für sehr kleine Probenmengen
Aufnahme von Durchbruchskurven; Verdampferoption; sicheres und einfach zu bedienendes Tischgerät
In der Abbildung unten ist eine mit dem mixSorb L gemessene Durchbruchskurve (DBK) von CO2 an einer Aktivkohle dargestellt. Die vertikale, rote Linie markiert den Beginn der Durchbruchskurvenmessung. Ab diesem Zeitpunkt wurde der Adsorber bei einem Druck von 5 bar, einem Volumenstrom von 1 L min-1 und einer Messtemperatur von 40 °C mit einem Gasgemisch von etwa 5 Vol.-% CO2 in Helium durchströmt. Die schwarze Kurve repräsentiert die CO2-Konzentration am Adsorberausgang. Man beobachtet, dass sich erst nach etwa 15 Minuten Spuren von CO2 am Adsorberausgang nachweisen lassen. Zuvor wird CO2 vollständig durch Adsorption an der Aktivkohle zurückgehalten. Der sich anschließende, durch ein steiles Ansteigen der CO2-Konzentration gekennzeichnete Bereich wird als Massenstransferzone bezeichnet. Aus dem Verlauf der Durchbruchskurve in diesem Bereich lassen sich Aussagen über die Sorptionskinetik und die Konzentrationsverteilung innerhalb der Schüttung gewinnen. Nach etwa 30 min hat die Aktivkohle unter den hier gewählten Versuchsbedingungen die maximale Menge an CO2 adsorbiert. Infolge dessen nähert sich die ausgangsseitige CO2-Konzentration einem konstanten Wert, welcher der Eingangskonzentration entspricht.
Die freiwerdende Sorptionswärme bewirkt eine Temperaturerhöhung der Schüttung. Um diesen Vorgang verfolgen zu können, sind beim mixSorb L vier Temperatursensoren entlang der Adsorberachse angebracht. Ihre Position ist in der rechten Bildhälfte skizziert. Das Ansprechen der Temperatursensoren erfolgt in der Reihenfolge, wie sie von der Konzentrationsfront erreicht werden, also von T1 nach T4. Die gemessenen Temperaturkurven (orange, grau, gelb und blau) sind ebenfalls dargestellt. Sie erlauben unter anderem Rückschlüsse auf die freiwerdende Wärmemenge, die Geschwindigkeit von Energieaustauschprozessen und die Dispersion des Konzentrationsprofils im Strömungsfeld des Adsorbers.
In der folgenden Abbildung wird verdeutlicht, wie mit den Durchbruchskurven die praktisch bzw. technisch nutzbare Sorptionskapazität unter bestimmten Randbedingungen ermittelt werden kann. Während die aus Texturuntersuchungen bestimmten BET-Oberfläche und das Mikroporenvolumen zwar akkurat ermittelt werden können, stehen diese in technischen Flow-Prozessen für bestimmte Reinigungs- oder Trennprozesse eben nicht vollständig zur Verfügung. Im Beispiel der Abtrennung von CO2 aus N2 (40 °C, 2 L min-1, 5 bar, Eingangsgaszusammensetzung: 5 % CO2 in N2) erfolgt der Durchbruch des CO2 bereits, wenn die Gesamtbeladung ca. 75 % der Sättigungskapazität erreicht hat. Mit Analysegeräten der mixSorb-Reihe lassen sich solche praxisrelevanten Vorinformationen nun deutlich schneller für neuartige Adsorbentien gewinnen und einschätzen.
dynamicsorption.com – detaillierte Darstellung von Merkmalen, Vorteilen, wissenschaftlichem Hintergrund und Beispielen dynamischer Sorptionsmethoden (flow-Methoden)
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