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

Die vorliegende Arbeit soll zur Klarung der experimentell beobachtbaren Gasabsorptionserhohungen in gas/flussig-Systemen in Gegenwart von Feststoff- pulvern beitragen. Die Untersuchungen fuhrten zu der Erkenntnis, dass die Absorptionserhohungen grundsatzlich drei Arten von Stoffubergangsphanomenen zugeordnet werden konnen: Neben den selten anzutreffenden "echten" Absorptionserhohungen E wurden an planaren Phasengrenzen wesentlich haufiger "scheinbare" Absorptionserhohungen "E" beobachtet. Von diesen Phanomenen sind Erhohungen in wassrigen Elektrolytlosungen in Anwesenheit von sehr kleinen Gasblasen zu unterscheiden. Bei der physikalischen und chemischen Absorption von Gasen kann eine "echte" Absorptionsbeschleunigung, d. h. eine Erhohung der Absorptionsgeschwindigkeit an einer sauberen Phasengrenze und unter identischen hydrodynamischen Bedingungen, durch inerte Feststoffpulver ausgeschlossen werden, selbst wenn es sich um hochporose Adsorbenzien wie Aktivkohlen handelt, d. h. hier gilt E = 1. Die Absorptionserhohungen "Ephys" und "Ech", die in Gegenwart von hydrophoben Feststoffpulvern an einer planaren Phasengrenze beobachtet wurden, weisen lediglich auf eine durch grenzflachenaktive Substanzen hervorgerufene Absorptionshemmung im Referenzsystem hin. Die "Aktivitat" der Feststoffpulver ist somit lediglich durch ihre Affinitat fur Amphiphile bedingt. Damit sind der haufig zitierte "Shuttle-Mechanismus" und zahlreiche weitere Modelle als Fehlinterpretationen anzusehen. Eine Akkumulation von masig hydrophoben Partikeln an der gas/flussig-Phasengrenze konnte nicht beobachtet werden. Das Ausmas der Absorptionsbeschleunigung "E" ist generell von der Kontaminationsmenge, der Konvektionsart und -intensitat sowie von der Temperatur abhangig. Ein besonders groser Anstieg der Gasabsorptionsgeschwindigkeit durch Feststoffpulver kann insbesondere dann beobachtet werden, wenn wahrend des Absorptionsvorgangs Grenzflachenspannungsgradienten auftreten (Marangoni- Instabilitat). Bei katalytisch aktiven Feststoffen kann eine Verstarkung des gas/flussig- Stoffubergangs nicht ausgeschlossen werden. Eine Unterscheidung zwischen einer "echten" Absorptionsverstarkung E und der durch Adsorption von Kontaminationen verursachten Absorptionserhohung kann im Allgemeinen anhand der Konzentrationsabhangigkeit erfolgen. Ein Abbruch bei niedrigen Feststoff- konzentrationen weist auf einen Kontaminationseffekt hin. In elektrolythaltigen Losungen sind Erhohungen der Gasabsorptionsgeschwindigkeit durch inerte oder katalytisch aktive Feststoffpulver bei hohen Turbulenzgraden und in Anwesenheit von Kleinstblasen als eine Vergroserung der Stoffaustauschflache infolge einer Koaleszenzminderung zu interpretieren, da eine Zunahme von kL ausgeschlossen werden kann. Vor der Durchfuhrung von Stoffubergangsuntersuchungen an planaren Phasengrenzen ist eine grundliche Reinigung der Apparatur (und des Absorptionsmittels) unumganglich. Die storenden Verbindungen sind wohl meist anthropogenen Ursprungs und in Wasser schwerloslich. Die Zugabe eines hydrophoben Feststoffpulvers bietet sich hier als eine sehr bequeme und zuverlassige Reinigungsmethode an.