Einfluß von inerten und katalytisch aktiven Feststoffpulvern auf die Kinetik der Gasabsorption

Die vorliegende Arbeit soll zur Klärung der experimentell beobachtbaren Gasabsorptionserhöhungen in gas/flüssig-Systemen in Gegenwart von Feststoff- pulvern beitragen. Die Untersuchungen führten zu der Erkenntnis, dass die Absorptionserhöhungen grundsätzlich drei Arten von Stoffübergangsphänomenen zugeordnet werden können: Neben den selten anzutreffenden "echten" Absorptionserhöhungen E wurden an planaren Phasengrenzen wesentlich häufiger "scheinbare" Absorptionserhöhungen "E" beobachtet. Von diesen Phänomenen sind Erhöhungen in wässrigen Elektrolytlösungen in Anwesenheit von sehr kleinen Gasblasen zu unterscheiden. Bei der physikalischen und chemischen Absorption von Gasen kann eine "echte" Absorptionsbeschleunigung, d. h. eine Erhöhung der Absorptionsgeschwindigkeit an einer sauberen Phasengrenze und unter identischen hydrodynamischen Bedingungen, durch inerte Feststoffpulver ausgeschlossen werden, selbst wenn es sich um hochporöse Adsorbenzien wie Aktivkohlen handelt, d. h. hier gilt E = 1. Die Absorptionserhöhungen "Ephys" und "Ech", die in Gegenwart von hydrophoben Feststoffpulvern an einer planaren Phasengrenze beobachtet wurden, weisen lediglich auf eine durch grenzflächenaktive Substanzen hervorgerufene Absorptionshemmung im Referenzsystem hin. Die "Aktivität" der Feststoffpulver ist somit lediglich durch ihre Affinität für Amphiphile bedingt. Damit sind der häufig zitierte "Shuttle-Mechanismus" und zahlreiche weitere Modelle als Fehlinterpretationen anzusehen. Eine Akkumulation von mäßig hydrophoben Partikeln an der gas/flüssig-Phasengrenze konnte nicht beobachtet werden. Das Ausmaß der Absorptionsbeschleunigung "E" ist generell von der Kontaminationsmenge, der Konvektionsart und -intensität sowie von der Temperatur abhängig. Ein besonders großer Anstieg der Gasabsorptionsgeschwindigkeit durch Feststoffpulver kann insbesondere dann beobachtet werden, wenn während des Absorptionsvorgangs Grenzflächenspannungsgradienten auftreten (Marangoni- Instabilität). Bei katalytisch aktiven Feststoffen kann eine Verstärkung des gas/flüssig- Stoffübergangs nicht ausgeschlossen werden. Eine Unterscheidung zwischen einer "echten" Absorptionsverstärkung E und der durch Adsorption von Kontaminationen verursachten Absorptionserhöhung kann im Allgemeinen anhand der Konzentrationsabhängigkeit erfolgen. Ein Abbruch bei niedrigen Feststoff- konzentrationen weist auf einen Kontaminationseffekt hin. In elektrolythaltigen Lösungen sind Erhöhungen der Gasabsorptionsgeschwindigkeit durch inerte oder katalytisch aktive Feststoffpulver bei hohen Turbulenzgraden und in Anwesenheit von Kleinstblasen als eine Vergrößerung der Stoffaustauschfläche infolge einer Koaleszenzminderung zu interpretieren, da eine Zunahme von kL ausgeschlossen werden kann. Vor der Durchführung von Stoffübergangsuntersuchungen an planaren Phasengrenzen ist eine gründliche Reinigung der Apparatur (und des Absorptionsmittels) unumgänglich. Die störenden Verbindungen sind wohl meist anthropogenen Ursprungs und in Wasser schwerlöslich. Die Zugabe eines hydrophoben Feststoffpulvers bietet sich hier als eine sehr bequeme und zuverlässige Reinigungsmethode an.