Untersuchung der Wechselwirkungen bei der Adsorption von elementarem Quecksilber an sauerstoffhaltigen Oberflächengruppen von Aktivkohlen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dieter Bathen
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 437971415

Ziel des Vorhabens ist es, den komplexen Prozess der Adsorption von elementarem Quecksilber an sauerstoffhaltigen Oberflächengruppen von Aktivkohlen systematisch experimentell zu untersuchen, auf der molekularen Ebene mechanistisch zu verstehen und quantitativ zu beschreiben. Um definierte Untersuchungsbedingungen zu realisieren, sollen mehrere (Basis-)Aktivkohlen (quantitativ nachweisbar) chemisch modifiziert werden. Durch reduzierende und oxidierende Behandlung wird der Anteil funktioneller Sauerstoffgruppen und durch Imprägnierungen der Anteil schwefel-, phosphor- oder chlorhaltiger Gruppen variiert. Letzteres dient der Vermeidung von Fehlinterpretationen, da diese schwefel-, phosphor- oder chlorhaltigen Gruppen je nach Rohstoffen und Herstellungsprozessen in den Aktivkohlen vorhanden sind und ebenfalls mit Quecksilber wechselwirken.Die so erzeugten Aktivkohlen werden mit einer Reihe von sich ergänzenden Methoden charakterisiert, u.a. Elementaranalysen, Boehm-Titrationen und Exzessisothermen. Aufbauend auf der genauen Charakterisierung wird in einem systematischen Messprogramm der Einfluss der Sauerstoffgruppen auf die Adsorption von elementarem Quecksilber untersucht. Hierzu werden sowohl Durchbruchskurven-Experimente in Festbett-Adsorbern als auch TPD-Versuche mit Hg0 beladener Aktivkohle durchgeführt. Neben der qualitativen Beschreibung werden die TPD-Experimente über eine mathematische Modellierung/Simulation quantitativ ausgewertet. Das Ergebnis der Simulationen ist rein formal die Anzahl an Desorptionspeaks und die Zuordnung von Temperaturen, Reaktionsordnungen, usw. zu den jeweiligen Peaks. Die Kombination dieser Daten mit den Daten aus der Charakterisierung der Oberflächenchemie der Aktivkohlen ermöglicht dann eine mechanistische Interpretation der Adsorptionsprozesse inkl. der Zuordnung der relevanten reaktionstechnischen Parameter wie z.B. Aktivierungsenergien oder Reaktionsordnungen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen