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Grundlagen der Adsorption

Klassifizierung von Sorptionsisothermen

Die experimentell beobachteten Adsorptionsisothermen können laut IUPAC in sechs Typenklassen unterteilt werden. Bis auf die Adsorptionsisothermen der Typen IV und V folgen Adsorption und Desorption demselben Kurvenverlauf und werden deshalb als reversibel bezeichnet.

Abb.1
Tab.1
Klassifizierung von Adsorptionsisothermen
Typ I-Isotherme Die reversible Typ I-Isotherme ist spezifisch für mikroporöse Substanzen mit relativ kleiner äußerer Oberfläche, z.B. Aktivkohlen, Zeolithe und einige poröse Oxide. Nachdem sich die Mikroporen bei steigendem Druck gefüllt haben, kommt es selbst beim Sättigungsdampfdruck maximal zur Ausbildung einer Monolage auf der äußeren Oberfläche.
Typ II-Isotherme Die reversible Typ II-Isotherme stellt die Standardform einer Isotherme auf nicht-porösem Material oder im Fall von Makroporen dar. Am Punkt B geht man davon aus, dass die erste Monolage vollständig ist. Im dann folgenden linearen Teil der Isotherme ist durch leichte Drucksteigerung keine weitere Adsorption zu erreichen. Bei weiterer Drucksteigerung beginnt die Adsorption weiterer Lagen. Der Übergang von der Adsorption in einer Monolage zur Adsorption in mehreren Schichten ist in der Regel nur sehr schwer zu detektieren.
Typ III-Isotherme Die reversible Typ III-Isotherme weist keinen deutlich erkennbaren Punkt B, also keine identifizierbare Monolage auf. Im oberen Druckbereich gleicht sie dem Typ II. Dieser Typ wird nur selten beobachtet, z.B. mit Wasser an hydrophoben Substanzen.
Typ IV-Isotherme Das charakteristische Merkmal der Typ IV-Isotherme ist die so genannte Adsorptionshysterese, die durch Kapillarkondensation in den Mesoporen erzeugt wird. Der erste Teil der Isotherme entspricht dem Verlauf der Typ II-Isotherme, wobei Punkt B wieder die Vervollständigung der ersten Monolage markiert. Typ IV-Isothermen erhält man für viele mesoporöse technische Adsorbentien.
Typ V-Isotherme Isothermen des Typs V sind sehr selten und entsprechen der Typ III-Isotherme bei porösen Materialien. Dieser Verlauf wird vor allem bei der Adsorption polarer Komponenten an hydrophoben Oberflächen beobachtet. Bei kleinen Drücken erfolgt eine geringe Adsorption an der Oberfläche. Die weitere Adsorption wird dann durch das Vorhandensein des Adsorbats gefördert, wodurch der dann folgende steile Anstieg zu erklären ist.
Typ VI-Isotherme Die Typ VI-Isotherme zeigt den seltenen Fall einer schrittweise verlaufenden Mehrschichtadsorption an einer einheitlichen nicht-porösen Oberfläche. Eines der besten Beispiele für einen Adsorptionsverlauf des Typs VI ist die Adsorption von Stickstoff oder Krypton an graphitisiertem Ruß.
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