Entwicklung eines Modells zur Vorausberechnung von Adsorptionsisothermen an Aktivkohlen in der flüssigen Phase auf der Basis von Gruppenbeitragsmodellen und einer neuartigen Charakterisierungsmethode

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dieter Bathen
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 324528022

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines thermodynamischen Modells für die Adsorption von organischen Molekülen an Aktivkohlen aus der Flüssigphase und letztlich die Vorhersage von Adsorptionsisothermen an Aktivkohlen mit diesem Modell. Dies soll in drei Stufen erfolgen: Zunächst sollen Aktivkohlen mit möglichst unterschiedlichen Oberflächenfunktionalitäten umfassend charakterisiert werden. Zudem werden einzelne dieser Aktivkohlen gezielt (oxidierend oder reduzierend) modifiziert. Anschließend sollen die Exzessisothermen binärer Gemische von drei Probemolekülen (Toluol, Methylcyclohexan, Aceton) an diesen Aktivkohlen gemessen werden. Mit Hilfe dieser Daten wird die Konkurrenz der Adsorptive an den verschiedenen Bindungsstellen untersucht. In Vorversuchen konnte gezeigt werden, dass diese Methodik eine qualitative Charakterisierung des polaren, unpolaren und aromatischen Charakters von Aktivkohlen erlaubt. Eine detaillierte Interpretation des thermodynamischen Adsorptionsexzesses anhand charakteristischer Punkte der Exzessisotherme sowie der Größe des Bereichs der bevorzugten Adsorption soll diese Erkenntnisse vertiefen. Hierzu sollen weitere Stoffdaten, wie die Zahl der PI-Elektronen, Dipolmomente, Dipolpolarisierbarkeiten und Hansen-Parameter herangezogen werden. Zudem soll aus dem Adsorptionsexzess eine quantitative Aussage über die Bindungsplätze auf der Adsorbensoberfläche gewonnen werden. Darauf aufbauend wird eine thermodynamische Modellierung von Exzessisothermen an Aktivkohlen angestrebt. Auf Basis der Verteilung der Oberflächengruppen soll ein Gruppenbeitragsansatz entwickelt werden, der nicht nur die funktionellen Gruppen der Adsorptive, sondern auch die der Aktivkohle beinhaltet. Neben einer Anpassung des Modells an die gemessene Datenbasis soll die Entwicklung in Richtung einer Vorhersage der Adsorption vorher nicht untersuchter Adsorptive an bereits charakterisierten Adsorbentien vorangetrieben werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen