Aktivkohle AQUARBO®

Aktivkohle AQUARBO® in der Wasseraufbereitung

Bei der Wasseraufbereitung wird Aktivkohle in erster Linie als Adsorptionsmittel zur Entfernung unerwünschter Farb-, Geschmacks- und Geruchsstoffe eingesetzt. Die meist eingesetzten Lieferformen sind Granulat, Pulver und Pellets.

 

Mittels Aktivkohle lassen sich unpolare, vor allem organische Verunreinigungen, aber auch anorganische Verbindungen oder Elemente wie Chlor oder Ozon aus dem Wasser entfernen (keine Salze oder andere Ionen).

 

Dabei wird die Aktivkohle vor allem dann eingesetzt, wenn die Stoffe nur in einer sehr geringen Konzentration vorliegen, so dass andere – technische – Verfahren nicht wirkungsvoll eingesetzt werden können.

Was genau ist Aktivkohle und wie funktioniert Aktivkohle?

Allen Aktivkohlen gemeinsam ist ein schwammartiger Aufbau. Die einzelnen Poren des „Schwammes“ sind miteinander verbunden und haben sehr unterschiedliche Größen. Man unterscheidet dabei:

 

  • Makroporen mit einem Durchmesser von > 50 nm (> 0,0000050 mm)
  • Mesoporen mit einem Durchmesser von 2 bis 50 nm        
  • Mikroporen mit einem Durchmesser von < 2 nm (< 0,0000002 mm)

Die Makroporen dienen als Hauptzugangswege für das Wasser ins Innere der Kohlen und haben für die Adsorption praktisch keine nennenswerte Bedeutung. Der überwiegende Anteil der Adsorption erfolgt am Kohlenstoffmaterial an der Oberfläche der Mikroporen, und hier genauer an den winzigen Graphitkristallen oder „Kriställchen“. Diese sind teilweise so klein, dass sie in molekulare Größenbereiche kommen. Die Oberfläche der Mikroporen bildet die wirksame Oberfläche und bestimmt die Adsorptionseigenschaften einer Kohle. Die AK funktioniert bei der Wasserreinigung umso besser, je größer das Molekül ist, welches entfernt werden soll. Auch die Anzahl sogenannter funktioneller Gruppen (besonders reaktive Teilbereiche innerhalb der Moleküle) oder die elektrische Polarisierbarkeit des Moleküls spielen eine große Rolle.

 

Als Denkmodell kann man sich auch vorstellen, dass einmal aufgenommene Moleküle deshalb nicht wieder aus der Aktivkohle heraus kommen, weil sie nach verlassen der Stelle an der sie gehaftet haben, aufgrund der kleinen Poren, sofort wieder an der nächsten Stelle „kleben“.

 

Durch die Struktur der im Inneren miteinander verbunden Kanäle entsteht eine riesige Oberfläche. Als Faustformel kann man sagen, dass nur 4 g Aktivkohle etwa die Oberfläche eines Fußballplatzes haben.

 

Für den Reinigungseffekt spielen neben der Kohle selbst auch die Temperatur, die Zugänglichkeit und die Einwirkzeit eine große Rolle. Die Adsorptionsfähigkeit der Aktivkohle nimmt mit steigender Temperatur extrem ab. Die anderen Parameter lassen sich z.B. durch die Körnung der Partikel (Pellets / Granulat) oder die technischen Parameter wie der Strömungsgeschwindigkeit oder Aktivkohlemenge/Wasservolumen beeinflussen.

 

 

Was ist nochmal Adsorption?

Adsorption ist ein physikalischer Prozess, bei dem Stoffe (in der Regel Moleküle) auf der Oberfläche eines anderen Stoffes haften bleiben und sich auf dessen Oberfläche anreichern. Das natürliche Bestreben sich aufgrund von Adhäsionskräften (Anziehungskräfte zwischen zwei verschiedenen Molekülarten) anzulagern hat jeder gasförmige oder flüssige Stoff. Die Kräfte, die die Anhaftung verursachen, sind keine chemischen Bindungen, sondern nur Van-der-Waals-Kräfte (relativ lose Anhaftung von Stoffen an Oberflächen, wie z.B. ein Haar an einer Wand).

Woraus und wie wird Aktivkohle hergestellt?

Im Allgemeinen kann Aktivkohle aus allen Stoffen hergestellt werden, die einen Grundkörper mit ausreichendem Kohlenstoffanteil besitzen. Vor allem sind das aktuelle oder ehemals pflanzliche Rohstoffe die heute als Torf, Holz, Lignin, bituminöse Kohle, Petrol-Koks, Braunkohle, Kokosnussschale, Obstkerne oder Zucker vorliegen.

 

Es gibt zur Herstellung zwei gängige Verfahren, die als Wasserdampf- bzw. chemische Aktivierung bezeichnet werden:

  • Bei der chemischen Aktivierung wird das Rohmaterial getrocknet und mit Chemikalien wie Phosphorsäure, Kaliumhydroxid, Natriumcarbonat, Zinkchlorid oder Natriumsulfat gemischt. Bei 450° bis 600° C und in abgeschlossener Atmosphäre entziehen die Chemikalien dem Rohstoff die Wasserstoff- und Sauerstoffatome. Der übrig bleibende Kohlenstoff hat ein mehr oder weniger großes Porenvolumen, welches durch die Reaktionsbedingungen und die Ausgangschemikalien gesteuert werden kann.
  • Bei der Wasserdampfaktivierung wird bei Temperaturen von 800 bis 1000° C in einer Stickstoffatmosphäre der Kohlenstoff des Rohstoffes teilweise vergast, indem er mit oxidierenden Gasen in Kontakt gebracht wird. Die Reaktionstemperatur und -zeit, sowie die Konzentration von Oxidantien beeinflussen bei diesem Prozess die Qualität und damit den Einsatzbereich der Aktivkohle.

Wie kann man Aktivkohlen voneinander unterscheiden?

Die Aktivkohlen von Euroquarz haben immer zuerst einen Buchstaben. Zurzeit werden K oder S verwendet. Dieser weist auf den zur Herstellung benutzten Rohstoff hin. K steht für die Herstellung der Aktivkohle aus Kokosnussschalen, S steht für den Rohstoff Steinkohle.

 

Die Körnung der Kohle wird in der Regel in der amerikanischen Einheit Mesh angegeben. Die Zahl gibt an, wieviele theoretische Maschen ein Sieb mit  1 Zoll (25,4 mm) Durchmesser haben darf, so dass alle Körner durchfallen. Mesh gibt also das Größtkorn an. Je kleiner die Partikel sind, desto mehr Maschen kann das „Sieb“ haben. In der Praxis spielen natürlich bei den Messungen auch die Drahtstärken des Siebes eine Rolle, aber das führt hier zu weit.

 

 

Tabelle 1 Umrechnung von Mesh in Millimeter

U.S. mesh

Millimeter

U.S. mesh

Millimeter

U.S. mesh

Millimeter

3

6,730

12

1,680

30

0,595

4

4,760

14

1,410

35

0,500

5

4,000

16

1,190

40

0,400

7

3,360

18

1,000

45

0,354

8

2,350

20

0,841

50

0,297

10

2,000

25

0,707

 

Die Aktivkohle K-8-35 hat also eine Körnung von 0,500 - 2,350 mm, die K-8-14 eine Körnung von 1,410 – 2,83 mm.

Was sind die gängigsten Qualitätsparameter von Aktivkohle?

Es gibt eine Reihe von messbaren Werten, die jeweils bestimmte Eigenschaften der Aktivkohle beschreiben. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die aktive Oberfläche gelegt. In der Regel werden angegeben:

 

  • Jodzahl
    Dabei ist die Jodzahl definiert als die Masse an Jod in Milligramm, die in wässriger Lösung von 1 g Aktivkohle adsorbiert wurde. In der Praxis wird eine wässrige Jodlösung mit einer definierten Menge an Aktivkohle zusammen in einen Messkolben gegeben und intensiv geschüttelt. Anschließend wird die Kohle abfiltriert und das Filtrat (in dem nun Jod fehlt, weil es von der Kohle absorbiert wurde) untersucht. Aus der Menge an fehlendem Jod entsteht per Berechnung die Jodzahl. Je höher diese ist, desto mehr wurde adsorbiert und desto „aktiver“ ist die Kohle.
    Da Laborgerät und Laborant an verschiedenen Stellen der Bestimmung einen hohen Einfluss auf das Ergebnis haben (z.B. wie lange und wie intensiv und bei welcher Temperatur geschüttelt wurde), ist die Jodzahl eher ein Hinweis als ein absoluter Wert zum Qualitätsvergleich.


  • BET-Oberfläche
    Bei der BET Oberfläche handelt es sich um die Angabe der aktiven Oberfläche der Aktivkohle. Diese wird durch ein relativ kompliziertes Modell bestimmt, bei dem die Aufnahme und das Abgabeverhalten von flüssigem Stickstoff eine große Rolle spielt.

    Die Aktivkohle ist umso „besser“ je größer die aktive Oberfläche ist.
  • Aschegehalt
    Der Aschegehalt ist ein Maß für den Mineralgehalt der Aktivkohle, angegeben in Gew. %.  Der Aschegehalt wird gemessen indem bei 800 °C die enthaltenen Mineralien in die entsprechenden Oxide überführt werden. Die Asche besteht hauptsächlich aus Siliziumdioxid und Aluminiumoxiden.

    Die Menge hängt vom verwendeten Basisrohstoff zur Herstellung der Aktivkohle ab.

Lieferbare Körnungen

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