Wie funktioniert Aktivkohle in der Luftfiltration?

Emissionen in Innenräumen und im Freien sind ein kritisches Problem in der industriellen Fertigung, da Luftschadstoffe, Gerüche und flüchtige organische Verbindungen(VOCs) Risiken für die menschliche Gesundheit und die Umwelt darstellen. Um dieser Herausforderung zu begegnen, können verschiedene Luftfiltertechnologien in Betracht gezogen werden. Eine effektive und im Vergleich zu Wäschern manchmal kostengünstigere Methode ist der Einsatz von Aktivkohlefiltern.

Was ist Aktivkohle?

Aktivkohle ist eine hochporöse Form von Kohlenstoff, die einem Prozess namens Aktivierung unterzogen wurde. Bei diesem Prozess werden organische Materialien wie Holz, Kokosnussschalen, Torf oder sogar Kohle mit hohen Temperaturen und manchmal chemischen Mitteln behandelt, um ein Netzwerk kleiner Poren zu schaffen. Dadurch wird die Oberfläche maximiert, die für die Adsorption von Schadstoffpartikeln genutzt werden kann. Die so entstandene Aktivkohle ist für ihre außergewöhnlichen Adsorptionseigenschaften bekannt, die sie in verschiedenen Anwendungen zur Entfernung von Verunreinigungen, Schadstoffen und Verschmutzungen aus Gasen, Flüssigkeiten oder einer Mischung aus beidem (Lösung) wirksam macht.

• ADsorption: Ein Oberflächenphänomen, bei dem Schadstoffe an der Oberfläche eines Feststoffs oder einer Flüssigkeit haften, ohne Teil des Sorptionsmaterials zu werden.
• ABsorption: Ein Prozess, bei dem sich Schadstoffe in einem flüssigen oder festen Material auflösen oder es durchdringen und Teil der absorbierenden Substanz werden.

Die Poren in Aktivkohle können in Größe und Verteilung variieren, was zu ihrer Fähigkeit beiträgt, eine breite Palette von Molekülen und Partikeln zu adsorbieren. Die Oberfläche von Aktivkohle kann immens sein, oft übersteigt sie mehrere hundert Quadratmeter pro Gramm des Materials. Diese riesige Oberfläche bietet mehr als genug Platz für Moleküle, um an der Kohlenstoffoberfläche zu haften, entweder durch physikalische Adsorption oder in einigen Fällen durch chemische Reaktionen (Anziehung).

• Physikalische Anziehung (Physisorption): Moleküle binden sich aufgrund schwacher Kräfte an die Oberfläche der Aktivkohle, z. B. aufgrund von Van-der-Waals-Wechselwirkungen. Dabei handelt es sich um eine Wechselwirkung auf Oberflächenebene, die die Eigenschaften der Moleküle normalerweise nicht verändert.
• Chemische Anziehung (Chemisorption): Moleküle gehen starke chemische Bindungen mit der Oberfläche der Aktivkohle ein und verändern dabei oft die Eigenschaften der Moleküle. Dies bedeutet eine stärkere Umwandlung und kann zu einer dauerhaften Verbindung führen.

* Beachten Sie bitte, dass diese beiden Beispiele für ADsorption sind und nicht mit ABsorption zu verwechseln sind.

Wofür wird Aktivkohle verwendet?

Aktivkohle spielt aufgrund ihrer Fähigkeit, Verunreinigungen effektiv abzufangen, eine entscheidende Rolle in verschiedenen Industrien. Ihre Hauptfunktion besteht darin, Verunreinigungen zu adsorbieren, was sie zu einem unverzichtbaren Material für die Reinigung von Luft, Wasser und anderen Substanzen macht. Hier sehen Sie, wie sie üblicherweise verwendet wird:

1. Luft- und Gasfiltration: Aktivkohle wird häufig in Luftfiltersystemen eingesetzt, um schädliche Gase, Gerüche und flüchtige organische Verbindungen (VOCs) zu entfernen. Sie trägt zur Verbesserung der Luftqualität in industriellen und gewerblichen Umgebungen bei, indem sie Schadstoffe auf ihrer porösen Oberfläche zurückhält.
2. Wasseraufbereitung: In Wasseraufbereitungsprozessen ist Aktivkohle äußerst effektiv bei der Entfernung von Chlor, organischen Verbindungen und sogar einigen Schwermetallen. Das macht sie zu einer idealen Lösung für Wasseraufbereitungssysteme in der Industrie und im Haushalt.
3. Medizinische Behandlungen: Aktivkohle ist ein wichtiger Bestandteil bei der medizinischen Behandlung bestimmter Arten von Vergiftungen oder Überdosierungen, da sie Giftstoffe bindet und verhindert, dass diese im Körper aufgenommen werden.
4. Lebensmittel- und Getränkeindustrie: Um die Produktqualität zu verbessern, wird Aktivkohle häufig eingesetzt, um Verunreinigungen herauszufiltern und den Geschmack, die Farbe und den Geruch von Lebensmitteln und Getränken zu verbessern.
5. Industrielle Anwendungen: Aktivkohle spielt auch eine wichtige Rolle bei der Rückgewinnung von Lösungsmitteln, der Goldraffination und in verschiedenen chemischen Verarbeitungsindustrien.

Wie funktioniert ein Aktivkohlefilter?

Ein allgemeiner Aktivkohlefilter, der für Luftemissionen verwendet wird, funktioniert, indem er Luftschadstoffe, flüchtige organische Verbindungen(VOCs), Gerüche und andere Verunreinigungen aus der Luft adsorbiert. So funktioniert der Prozess:

Einnahme von verschmutzter Luft:

Die verunreinigte Luft, die Schadstoffe, VOCs und Gerüche enthält, wird in den Aktivkohlefilter gedrückt. Im Inneren des Luftfiltersystems durchströmt die Luft ein Bett aus Aktivkohle. Die Aktivkohle kann in Form von Granulat, Pellets oder anderen Konfigurationen vorliegen. Wenn die verunreinigte Luft durch das Aktivkohlebett strömt, kommen die Schadstoffe mit der Oberfläche und den Poren der Aktivkohle in Berührung. Die Schadstoffe binden sich an die Aktivkohle durch Physisorption (schwach) oder durch Chemisorption (stark).

Saubere Luft als Output:

Die Luft, die den Aktivkohlefilter verlässt, enthält deutlich weniger Schadstoffe. Dennoch können die Poren der Aktivkohle mit der Zeit mit aufgenommenen Schadstoffen gesättigt werden. Dadurch nimmt die Effizienz des Filters ab. Je nach Anwendung und Schadstoffkonzentration muss der Aktivkohlefilter in diesem Fall möglicherweise ersetzt oder regeneriert werden.

Arten von Aktivkohlefiltern in der Luftfiltration

Wenn es um Luftemissionen geht, werden Aktivkohlefilter in der Chemie-, Lebensmittel-, Öl- und Gasindustrie eingesetzt, um Luftschadstoffe, flüchtige organische Verbindungen(VOCs), Gerüche und andere Verunreinigungen aufzufangen und zu entfernen. Mit dem Einsatz von Aktivkohlefiltern ist es möglich, Emissionen im Innen- und Außenbereich zu reduzieren. Einige gängige Arten von Aktivkohlefiltern (AC), die in der Industrie verwendet werden, sind folgende:

• Pulver-Aktivkohle: Diese Aktivkohle liegt in Form von sehr feinem Pulver vor und wird nur selten in Form von Kartuschenfiltern verwendet, da sie einen hohen Druckverlust verursachen kann. Stattdessen wird sie direkt auf die Filtrationsmedien aufgebracht, z.B. bei der Schwerkraftfiltration oder in einem Klärbecken.
• Granulierte Aktivkohle: Granulierte Aktivkohle besteht aus größeren Partikeln als pulverförmige Aktivkohle und kann daher in Kartuschen oder einem Filtrationsbett enthalten sein und zur Luftfiltration (z.B. zur Desodorierung) verwendet werden.
• Pelletierte Aktivkohle: Durch Extrudieren einer Mischung aus AC-Pulver und Bindemittel können größere AC-Pellets hergestellt werden. Aufgrund des geringen Druckverlusts wird sie häufig sowohl für die Gas- als auch für die Flüssigkeitsfiltration verwendet.
• Aktivkohletuch: AC kann auch in Form von Fasern hergestellt und zu einem stoffähnlichen Material gewebt werden, das dann als Filtergerät für kontaminierte Luft oder andere Gase verwendet werden kann. AC-Gewebe wird auch häufig für medizinische und pharmazeutische Zwecke verwendet.

Aktivkohle kann auch mit zusätzlichen Elementen wie Silber oder Jod versetzt werden, um die Adsorptionsfähigkeit für bestimmte Schadstoffe (z.B. Schwefelwasserstoff, Ammoniak, Metalloxide usw.) zu verbessern.

Wann sollten Sie Aktivkohlefilter anwenden?

Das hängt von Ihren spezifischen Bedürfnissen ab. Ein Aktivkohlefilter kann unter bestimmten Umständen perfekt funktionieren, aber in anderen Fällen können andere Lösungen besser sein. Zum Beispiel kann eine bestimmte Eigenschaft eines Aktivkohlefilters in einem Fall vorteilhaft und in einer anderen Situation nachteilig sein. Wenn Sie Aktivkohlefilter in Ihrem Produktionsprozess einsetzen, kann dies eine praktikable Lösung sein. Aber die Effektivität und der richtige Einsatz hängen von der jeweiligen Situation ab. Lesen Sie hier mehr über Geruchskontrollsysteme.

Charakteristisch für einen Aktivkohlefilter

1. Gezielte Adsorption: Die Wirksamkeit von Aktivkohle hängt von der Art der Verunreinigungen ab. Bestimmte anorganische Verbindungen oder stark polare Moleküle werden möglicherweise nicht wirksam gebunden.
2. Geringes Volumen: Geeignet für geringe Luftvolumenströme
3. Niedriger Energieverbrauch: Die Aktivkohlefiltration arbeitet in der Regel bei Umgebungstemperatur und erfordert im Vergleich zu anderen Technologien nur einen minimalen Energieaufwand. Aber nur, wenn es um einen geringen Durchsatz geht.
4. Physischer Platzbedarf (Größe): Im Vergleich zu anderen Filteranlagen sind AC-Filter in der Regel kompakt und benötigen keine zusätzlichen Hilfsmittel.
5. Modularität: Aktivkohlefilter können in modularen Konfigurationen entworfen werden, die eine Skalierbarkeit und Anpassung an wechselnde Emissionsraten ermöglichen.
6. Installation: Die Implementierung von Aktivkohlefiltern ist im Vergleich zu komplexeren Technologien zur Luftreinhaltung oft mit kürzeren Einrichtungszeiten verbunden. Aktivkohlefilter können relativ einfach in bestehende Systeme integriert oder in verschiedenen industriellen Prozessen nachgerüstet werden.

Was Sie bei der Verwendung von Aktivkohlefiltern beachten sollten

1. Art der Verunreinigungen: Die spezifischen Schadstoffe, flüchtigen organischen Verbindungen und Gerüche, die in den Luftemissionen vorhanden sind, bestimmen die Art der Aktivkohle und ihre Porengrößenverteilung, die am effektivsten ist.
2. Verweilzeit: Die Dauer des Kontakts der verunreinigten Luft mit der Aktivkohle hat einen erheblichen Einfluss auf die Adsorptionseffizienz. Längere Kontaktzeiten verbessern die Adsorption, aber die richtige Strömungsdynamik ist entscheidend.
3. Temperatur und Luftfeuchtigkeit: Diese Faktoren beeinflussen sowohl die physikalischen als auch die chemischen Adsorptionsprozesse. Höhere Temperaturen können die Desorption erhöhen, während die Luftfeuchtigkeit die Adsorptionskapazität beeinflussen kann.
4. Wartung: Regelmäßige Überwachung, Wartung und Austausch von Filtern sind wichtig, um eine gleichbleibende und effektive Leistung zu gewährleisten. Denken Sie jedoch daran, dass der Austausch von Filtern zu wiederkehrenden Kosten führen kann. Höhere Schadstoffkonzentrationen können zu einer schnelleren Sättigung der Aktivkohle führen, so dass ein häufigerer Austausch oder eine häufigere Regeneration erforderlich ist.
5. Herausforderungen bei der Regeneration: Während der Energieverbrauch von AC-Filtern während ihres Betriebs minimal ist, kann die Regeneration von AC-Filtern energieintensiv sein. Imprägnierte oder spezielle Kohlen haben möglicherweise ein begrenztes Regenerationspotenzial.
6. Regulatorische Anforderungen: Die Einhaltung bestimmter gesetzlicher Normen für Luftqualität und Emissionen kann das Design und die Leistung des Aktivkohlefiltersystems bestimmen.
7. Auswirkungen auf die Umwelt: Die Entsorgung von verbrauchter Aktivkohle, insbesondere wenn sie gefährliche Substanzen adsorbiert hat, kann Auswirkungen auf die Umwelt haben.
8. Gesundheit und Sicherheit: Staub, der bei der Handhabung von Aktivkohle oder verbrauchter Kohle entsteht, kann ein Gesundheits- und Sicherheitsrisiko für Arbeitnehmer darstellen.