Die Erfindung betrifft eine Kugelaktivkohle mit verbesser- ten Eigenschaften. Kugelaktivkohlen im Sinne der Erfindung sind Aktivkohlepartikel mit im wesentlichen ähnlichen Er- streckungen in allen drei Raumdimensionen. Neben der Kugelform kommen insofern auch die Würfelform, Quaderform oder Zylinderform in Frage, sofern die Erstreckungen in zwei verschiedenen Raumdimensionen sich nicht um mehr als den Faktor 3, besser weniger als den Faktor 2, unterscheiden.

Hintergrund der Erfindung und Stand der Technik.

Neben Anwendungen, in welchen klassische Aktivkohlen als Massenprodukt eingesetzt werden, gewinnen Anwendungen zunehmend an Bedeutung, die spezielle Hochleistungsak- tivkohlen erfordern. Dies sind zu einen Anwendungen, bei welchen die erforderlichen Menge an Aktivkohle für einen bestimmten Zweck und eine bestimmte Einsatzdauer niedrig zu halten sind und dennoch hervorragende Adsorptionsleis- tungen (Adsorptionskinetik, Kapazität) verlangt werden.

Dies sind insbesondere mobile Anwendungen, wie in Filtern in Fahrzeugen (Kfz, Flugzeuge, etc. ) oder in Gasmasken, aber auch in Gebäudeluftfiltern. Neben einem günstigen Leistungsgewicht spielen dabei auch andere Anforderungen eine Rolle, wie beispielsweise geringer Druckabfall über einen die Aktivkohle enthaltenden Filter. Dies bedeutet aber auch, daß es aus insofern zusätzlichen Anforderungen

nicht immer möglich ist, hinsichtlich der BET Oberfläche maximierte Aktivkohlen einzusetzen ; es kann vielmehr not- wendig sein, Aktivkohlen einzusetzen, die trotz moderater BET Oberfläche dennoch überragende Absorptionseigen- schaften aufweisen. In jedem Fall sind ausgezeichnete Ad- sorptionsleistungen verlangt, insbesondere im Falle von Filtern, die vor Giftgasen Personenschutz bieten sollen.

Aus der Literaturstelle EP 0 326 271 ist eine Aktivkohle bekannt, die aus einem polysulfonierten Copolymer her- stellbar ist. Sie besitzt eine multimodale Porengrößen- verteilung, i. e. einen hohen Anteil an Meso-und Makroporen.

Aus der Literaturstelle WO 96/21616 ist eine aus monosul- fonierten Copolymeren hergestellte Aktivkohle bekannt.

Auch diese Aktivkohle weist einen relativ hohen Anteil an Meso-und Makroporen auf.

Aus der Literaturstelle WO 99/28234 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Aktivkohle aus einem Styrol- Divinylbenzol-Copolymeren bekannt, wobei durch Variation verfahrensmäßiger Parameter die Porengrößenverteilung in weiten Bereichen eingestellt werden kann. Die im Rahmen dieser Literaturstelle gezielt hergestellten Aktivkohlen weisen allerdings einen Anteil von Poren > 3 nm oberhalb von 13 Vol% der gesamten offenen Porosität auf.

Allen vorstehend, beschriebenen bekannten Aktivkohlen ist der Nachteil gemeinsam, daß die Adsorptionsleistung noch nicht allen Anforderungen, welche an Hochleistungsadsor- benzien, insbesondere im mobilen Bereich, gestellt werden, genügt.

Technisches Problem der Erfindung.

Der Erfindung liegt das technische Problem zu Grunde, eine Aktivkohle zur Verfügung zu stellen, die allen Anforderun- gen eines Hochleistungsadsorbens genügt.

Grundzüge der Erfindung und bevorzugte Ausführungsformen.

Zur Lösung dieses technischen Problems lehrt die Erfindung eine Kugelaktivkohle mit vorzugsweise einem Partikeldurch- messer im Bereich von 0,1 bis 5 mm und mit einer Poren- größenverteilung (Vol-% des Gesamtporenvolumens im Porendurchmesserbereich), gemessen gemäß Beispiel 2, wie folgt : a) 1,2-1, 7 nm : 20-50 zu b) 1, 7-2, 1 nm : 20- 50 %, c) 2,1-2, 5 nm : 10-25 %, d) 2, 5-2, 9 nm : 3-15 %, e) 2,9-3, 3 nm : 1-10 %, wobei die Summe aus a) bis e) zumindest 88 % ergibt, wobei die Differenz der Summe aus a) bis e) zu 100% einen Anteil Poren mit einem Durch- messer < 1,2 nm und/oder > 3,3 nm definiert, und wobei die fraktale Dimension der offenen Porosität, gemessen gemäß Beispiel 3, zumindest 2,30 beträgt.

Angaben zu Porenvolumina beziehungsweise Volumenanteile beziehen sich stets auf die offene Porosität, was sich auch unmittelbar aus den in den Beispielen erläuterten Messverfahren ergibt. Geschlossene Porosität, wie beispielsweise mittels der Neutronenkleinwinkelstreuung ermittelbar, ist dagegen aus der angenommenen Ge- samtporosität ausgeschlossen.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine allen Anforderungen genügende Aktivkohle dadurch erhalten wird, daß gezielt einerseits eine relativ hohe Mikroporosität eingestellt wird und andererseits gezielt eine definierte Oberflächenrauhigkeit innerer Oberflächen erzeugt wird.

Letztere läßt sich beschreiben über die fraktale Dimen- sion, wie folgend erläutert. Überraschenderweise ist ent- gegen den Vermutungen im Stand der Technik ein größerer Teil an Meso-und Makroporen zur Verbesserung der Trans- portkinetik nicht erforderlich.

Aufgrund der Komplexität einer rauhen, insbesondere mikro- rauhen, Oberfläche sind Angaben über die Fläche der Ober- fläche problematisch. Denn die Fläche hängt von der verwendeten Auflösung bei der Flächenermittelung ab. Die topologische Dimension einer Fläche beträgt stets 2 (to- pologische Dimensionen sind stets ganzzahlig). Dagegen kann die Hausdorff-Besicovitsch-Dimension oder fraktale Dimension aufgrund der Szpilrajn-Ungleichung einen Wert > 2 annehmen, sofern die Fläche eine Struktur, insbesondere eine Mikrostruktur aufweist. Die fraktale Dimension ist im Falle einer Fläche jedoch stets kleiner 3, da die Raumdi- mensionen gequantelt sind, und folglich nicht beliebig kleine selbstähnliche Strukturen existieren können. In der Praxis der Gasadsorption ist die Obergrenze durch Dimen- sionen adsorbierender Probenmoleküle gegeben. Je näher die fraktale Dimension an 3 herankommt, umso feiner strukturi- ert und folglich umso"mikrorauher"ist die Oberfläche. Im Falle von Kohlenstoffoberflächen führt eine solche Mikro- rauhigkeit dazu, daß vermehrt bindungsfähige oder zumind- est attraktiv wirkende Unregelmäßigkeiten der elektronischen Zustanddichtefunktionen an der (inneren) Oberfläche auftreten mit der Folge einer verbesserten

Bindung von zu adsorbierenden Molekülspezies. Die Ver- besserung der Bindung umfaßt einerseits eine Erhöhung der Packungsdichte innerhalb einer adsorbierten Monolage und andererseits eine erhöhte Bindungsfestigkeit.

Mit der Erfindung wurde u. a. erkannt, daß die Einstellung einer möglichst hohen fraktalen Dimension in Verbindung mit einer hohen Mikroporosität zu verbesserten Adsorption- sleistungen führt. Dies ist auch nicht widersprüchlich, weil geringe Meso-und Makroporosität die fraktale Dimen- sion zwar theoretisch reduziert, jedoch der Beitrag der Meso-und Makroporosität insgesamt zur fraktalen Dimension recht gering ist.

Die Einstellung einerseits der Porenstruktur und anderer- seits der-fraktalen Dimension ist dem Durchschnittsfach- mann unschwer möglich, beispielsweise durch Herstellungs- parametervariation gemäß der Literaturstelle WO 99/28234.

Hierzu wird zumindest ein Parameter variiert und der Ein- fluß auf die genannten Größen bestimmt, wie in den Beispielen erläutert. Nach Maßgabe des ermittelten Ein- flusses werden die Parameter definiert so gesteuert bzw. verändert (im Falle des Verfahrens nach WO 99/28234 ist Extrapolation notwendig), daß die erfindungsgemäßen Eigen- schaften erhalten werden. Selbstverständlich kann ent- sprechend im Rahmen anderer Herstellungsverfahren verfahren werden, wobei i. w. solche Verfahren in Frage kommen, die überhaupt grundsätzlich zur Herstellung von Aktivkohle-Hochleistungsadsorbentien geeignet sind.

Vorzugsweise weist eine erfindungsgemäße Kugelaktivkohle eine Porengrößenverteilung wie folgt auf : a) 1,2-1, 7 nm : 30-40 %, insbesondere 32-36 %, b) 1,7-2, 1 nm : 30-

40 %, insbesondere 32-36 % c) 2,1-2, 5 nm : 15-20 %, insbesondere 15-20 % d) 2,5-2, 9 nm : 5-10 %, insbe- sondere 5-10 % e) 2,9-3, 3 nm : 1-5 %, insbesondere 3 - 5 %. Die Summe aus a) bis e) kann zumindest 90 %, vor- zugsweise zumindest 93% bis 95 %, ergeben. Die fraktale Dimension beträgt vorzugsweise zumindest 2,70, vorzug- sweise zumindest 2,80, höchstvorzugsweise zumindest 2,90 bis 2,92.

Der Partikeldurchmesser ist grundsätzlich beliebig. Für Anwendungen in Gasfiltern, insbesondere Giftgasfiltern in Gasmasken, Gasschutzanzügen, oder dergleichen ist es bevorzugt, wenn der Partikeldurchmesser 0,5 bis 2 mm be- trägt. Gasschutzanzüge sind aus textilen Materialien ge- fertigt, in welche ein Adsorptionsmittel eingebaut ist.

Dies kann auf verschiedenste Weise erfolgen, beispiels- weise durch Einweben oder durch Herstellung eines Multi- layer-Textils, wobei eine Schicht ein Adsorptionsmittel enthält bzw. ummantelt. Gasschutzanzüge dienen insbeson- dere dem Schutz vor Kontaktgiften und/oder vor Mikroorgan- ismen. In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung, beispielsweise für Giftgasfilter, aber auch für andere Anwendungen, sind die Kugelaktivkohle-Partikel mit einem gasdurchlässigen, beispielsweise porösen, Mantel aus ab- riebfestem Werkstoff versehen. Hierdurch wird störender Kohlenstoffabrieb bei der Handhabung und in der Anwendung verhindert, ohne daß die Adsorptionsleistung nennenswert reduziert wird. Ein solcher Mantel läßt sich beispiels- weise dadurch schaffen, daß die Kugelaktivkohle vor oder nach der Aktivierung mit beispielsweise einem fluiden natürlichen oder synthetischen organischen Bindemittel besprüht wird, welches sich nach anschließender

thermischer Behandlung zu einem abriebfesten, aber pörosen Kohlenstoffbinder umsetzt.

Die BET Oberfläche, gemessen gemäß Beispiel 4, liegt vor- zugsweise im Bereich von 800 bis 1500, insbesondere 1000 bis 1300.

Eine erfindungsgemäße Kugelaktivkohle ist grundsätzlich dadurch erhältlich, daß als Edukt Polymerkugeln, insbeson- dere Ionenaustauscherkugeln, deren Polymergerüst abspalt- bare funktionelle Gruppen, insbesondere Sulfonylgruppen und/oder Carboxylgruppen, enthalten, verwendet werden, daß die funktionellen Gruppen von dem Polymergerüst abgespal- ten werden und das Abspaltungsprodukt aus den Polymer- kugeln ausgetrieben wird, daß die so erhaltenen porösen Polymerkugeln pyrolysiert werden, und daß optional die pyrolysierten Polymerkugeln einer Aktivierungsverfahren- stufe unterworfen werden. Die Abspaltung der funktionellen Gruppen erfolgt vorzugsweise bis zu einem Restgehalt (be- zogen auf den Gewichtsanteil der funktionellen Gruppen, wie eingesetzt) von 5% bis 15%. Die Temperatur bei dieser ersten Wärmebehandlung liegt zweckmäßigerweise im Bereich von 200 °C bis 350 °C für 10 min. bis 60 min.. Die At- mosphäre ist hierbei grundsätzlich beliebig. Die anschließende Pyrolyseverfahrensstufe beginnt bei einer Temperatur, welche im wesentlichen der Endtemperatur der ersten Wärembehandlung entspricht und endet vorzugsweise bei 600 °C bis 800 °C. Die Aufheizrate liegt zweckmäßiger- weise im Bereich von 5 K/min. bis 0,5 K/min., woraus sich die Dauer der Pyrolyseverfahrensstufe unmittelbar berechnen läßt. Die Aktivierungsverfahrenstufe ist unkritisch und erfolgt in üblicher Weise.

Eine erfindungsgemäße Kugelaktivkohle ist beispielsweise in Mitteln zur Filterung von Gasen, insbesondere Luftfil- tern und Gasmasken bzw. Gasschutzanzügen, einsetzbar.

Weitere Einsatzgebiete sind : Gastrennung, Gasspeicherung, Latentwärmetauscher, Filtereinrichtungen in Klimaanlagen, insbesondere auch im Ansaugbereich zur Adsorption un- berechtigt im Ansaugbereich freigesetzter toxischer Gase, Träger für pharmazeutische Wirkstoffe.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich Aus- führungsformen darstellenden Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1 : Herstellung einer erfindungsgemäßen Kugelaktivkohle.

Eingesetzt wird ein starksaurer, gelförmiger Kationenaus- tauscher aus sulfoniertem Styrol-Divinylbenzol Copolymeri- sat in der H-Form, wobei die Matrix mit ca. 8% Divinyl- benzol-Anteil vernetzt ist, in Kugelform und einer Par- tikelgröße (Durchmesser) von 1 mm. Dieses handelsübliche Produkt (C100x10H, Purolite) wird zunächst dreimal mit entionisiertem Wasser gewaschen (30 min., 40 °C). Nach dem Waschen erfolgt eine Zentrifugation unter Vakuum (8-000 g, 10 min., 10 mBar). Hieran schließt sich eine erste Wärme- behandlung in einer beheizten Schnecke zur Zersetzung und Austreibung der Sulfonylgruppen an, und zwar bis zu einem Restschwefelgehalt von 10 Gew. -%, bezogen auf den einge- setzten Gesamtschwefel. Diese erste Wärmebehandlung er- folgt unter Argon-Schutzgas bei 285 °C für 20 min.. Hieran anschließend erfolgt eine Pyrolyseverfahrensstufe in einem separaten Drehrohrofen mit indirekter Heizung und unter Argon-Schutzgas. Die Pyrolyseverfahrensstufe wird mit

einem Aufheizgradienten von ca. 1 K/min., beginnend bei 285 °C und endend bei 680 °C durchgeführt. Hieraus ergibt sich eine Verweilzeit von ca. 400 min.. Nach der Pyro- lyseverfahrensstufe wird eine Aktivierungsverfahrenstufe durchgeführt,. wobei die pyrolysierten Kugeln in einer Ak- tivierungsgasatmosphäre (Ar 65 Vol.-%, CO2 7 Vol.-%, H2O 28 Vol.-%) für 240 min. auf 910 °C gehalten werden.

Die erhaltenen Kugelaktivkohlepartikel weisen einen Durch- messer von ca. 0,55 mm auf. Man erhält eine Kugelak- tivkohle mit hohem Mikroporenanteil und vergleichsweise sehr geringem Meso-und Makroporenanteil sowie mit einer sehr hohen fraktalen Dimension. Die Porenverteilung sowie die. fraktale Dimension werden gemäß den folgenden Beispielen bestimmt.

Beispiel 2 : Bestimmung der BET Oberfläche.

Kugelaktivkohle aus Beispiel 1 wurde mit der Methode zur Ermittlung der BET-Oberfläche nach Brunauer, Emmett, Teller untersucht. Die Adsorption beruht im wesentlichen auf der Wechselwirkung elektrisch geladener Partikeln oder Dipole des Adsorbens (der adsorbierende Stoff) und des Adsorptivs (der Stoff, der adsorbiert wird). Verfolgt man bei konstanter Temperatur und konstnatem Druck die von einem festen Adsorbens im Gleichgewichtszustand adsor- bierte Menge an Adsorptiv, so erhält man die Adsorption- sisotherme. Die adsorbierte Menge, das Adsorpt, wird auf die Masse des Adsorbens bezogen. Der analysierte Verlauf entspricht dem Isothermentypen II (entsprechend der Kolas sifikation von Brunauer, L. S. Deming, W. S. Deming und Teller) mit der adsorbierten Menge auf der Ordinate und

dem Gleichgewichtsdruck auf der Abszisse. Für die Auswer- tung derartiger Isothermen, welche besonders auch bei höheren Gasdrücken und tieferen Temperaturen auftreten, stellt die von Brauner, Emmett und Teller eingeführte Ver- allgemeinerung des Langmurischen Mechanismus den in diesem Messverfahren beschrittene Weg dar. Hierbei wird die Ad- sorption elektrisch neutraler Partikeln vorausgesetzt und weiterhin angenommen, dass sich bei Sättigung nur eine monomolekulare Schicht bilden kann. Alle über das Adsor- bensvolumen besetzbaren Plätze, lokalisiert sowie ener- getisch gleichwertig werden hierbei als Adsorptionszentren betrachtet. Die Desorptionshäufigkeit ist unbeeinflusst von der Belegung der benachbarten Plätze. Der BET Mecha- nismus hält die Vorstellung bestimmter Adsorptionszentren bei, bezieht aber die Bildung von Polyschichten mit ein.

Die mathematischen Grundlagen der Auswertung sind wie folgt : p/[r (p0-p)] = l/(rx*C) + (C-1) *P/ (r*C*Po) Hierbei sind po der Sättigungsdruck des Adsorptivs bei der Temeratur der Isotherme, r die einer vollständigen Mono- schicht entsprechende Adsorptionsdichte und C ist exp [(QA- <BR> <BR> QK)/ (R*T) ], wobei Q."die Adsorptionsenthalpie der Moleküle der ersten Schicht und Q die Kondensationsenthalpie sind.

Wird p/ [r (Pn-P)] gegen p0/p aufgetragen, so wird eine Ger- ade erhalten, aus deren Steigung und Ordinatenabschnitt Fcc und C bestimmt werden können. Ist dann der Bedarf an in- nerer Oberfläche für ein adsorbiertes Molekül bekannt, so kann mit Hilfe von rx die innere Oberfläche berechnet werden.

Entsprechende Untersuchung einer Aktivkohle aus Beispiel 1 ergab einen Wert von 1050 m2/g.

Beispiel 3 : Ermittlung der Porengrössen-Verteilung Zur Ermittlung der Poren-Grössen-Verteilung benötigt man aus thermodynamischen Gründen die Desorptionsisotherme.

Für Stickstoff als Adsorbat an seinem normalen Siedepunkt von 77,4 K wird die Kelvin-Gleichnung wie folgt genutzt, rk = 4, 15/logpo/p unter Einbeziehung der physikalischen Grössen aus der Er- mittlung der größten Porenradii r aus folgender Gleichung : r =- (2*8, 85*34, 6)/ (8, 314*10"*77, 4*2, 303*log0, 99) = 950*10-3 cm wobei 8,85 erg cm~2 die Oberflächenspannung von N2 bei 77,4 K, 34,6 cm3 das molare Volumen von N2 bei 77,4 K, 950*10-3 cm die Porengrenzgröße und 0,99 das Verhältnis p/po sind.

Der Ausdruck rk gibt den Radius der Poren an, in welchen bei erforderlichem relativ Druck die Kondensation stattfindet. Dieser Radius (Kelvin-Radius o. krit. Radius) ist nicht der tatsächliche Porenradius. Nach einigen ange- fahrenen Adsorptionspunkten ist die Porenwandung schon vor der nächsten Kondensation besetzt und rk gibt den Radius nach Verdampfen des Stickstoffs des"entkernten Zentrums" an. Wenn die Dicke des adsorbierten Filmes bei Kondensa- tion oder Verdampfung t ist, dann ist der tatsächliche Porenradius rp gegeben durch :

rp = rk + t.

Um rp zu errechnen, ist noch eine Ermittlung der Filmstärke t nötig. Unter der Annahme, dass die adsorbierte Film- stärke für jeden Wert des relativ Druckes in einer Pore die gleiche ist wie auf einer ebenen Fläche, gilt nachfol- gende Beziehung. t = (Wa/W) wobei Wa und Wm jeweils die Adsorptionsquantität an definiertem relativ Druck und der Menge der diesem BET- Wert zugehörigen Monoschicht entsprechen. Im wesentlichen sagt diese Gleichung aus, dass die Stärke des adsorbierten Films gleich der Anzahl der Schichten mal der Stärke einer einzelnen Schicht ist, ungeachtet dessen, ob sich der Film in einer Pore oder auf einer ebenen Fläche befindet. Der Wert kan berechnet werden, indem man das Volumen V und die Fläche S einer Oberfläche betrachtet, welche von einem Mol flüssigen Stickstoffs in einer monomolekularen Schicht benetzt ist.

S = 16, 2*6, 02*10" = 97, 5 1023 A2 (A=Angström) V = 34, 6*1023 A3 Daraus folgt : T = V/S = 3,54 A Der Wert 3,54 A entspricht nicht ganz dem Durchmesser eines Stickstoffmoleküls. Dies folgt, wenn man die

Flüssigkeitsstruktur betrachtet, aus der Tatsache, dass Flüssigkeiten dazu neigen in hexagonal geschlossenen Ver- bänden angeordnet zu sein, wobei jedes Molekül in Depres- sion zwischen drei Molekülen in der darunter und darüber befindlichen Schicht positioniert ist. Mit dieser Kenntnis kann die Berechnung von t wie folgt durchgeführt werden. t = (Wa/Wm) *3, 54 A Auf nichtporösen Oberflächen wurde nachgewiesen, dass wenn man Wa/Wm gegen p/p aufträgt, alle Daten annähernd der allgemeinen Typ II Isotherme an einem relativ Druck von 0,3 entsprechen. Dies deutete wiederum daraufhin, wenn zum Beispiel Wa/Wm= 3 ist, dass die adsorbierte Schichtstärke t = 10,62 A beträgt, ungeachtet welches Adsorbent einge- setzt wird. Die allgemeine Kurve wird exakt durch die Hal- sey Gleichung beschrieben. t = 3, 54* (5/ [2, 303*logpo/p]) Um die Poren-Grössen-Verteilung zu berechnen, nutzt man die Daten der Tabelle 1. Die hier angegebenen adsorbierten Volumina entstammen einer hypothetischen Isotherme. Das genutzte Verfahren ist die numerische Integrationsmethode nach Pierce, von Orr und Dalla Valle modifiziert in Hin- blick auf die Berechnung der. Stärke des adsorbierten Films. Diese Methode sowie auch die numerische Integar- tionsmethode nach Barett, Joyner und Halenda nutzte Wheeler für seine Theorie, dass die Kondensation in den Poren genau dann geschieht, wenn der dem entsprechenden Kelvin-Radius r zugehörige kritische relativ Druck er- reicht ist. Dieses Modell nimmt ebenfalls an, dass eine adsorbierte multimolekulare Schicht der Stärke t, sowohl

auf einer Poreninnenwand als auch auf einer nichtporösen Oberfläche in der gleichen Stärke existieren würde. Um nach dieser Methode vorzugehen, kann Tabelle 1 genutzt werden. Diese Tabelle 1 beinhaltet gebräuchliche Daten der Adsorptions-und Desorptionsisotherme. Gewöhnlich wird zur Ermittlung die Desorptionsisotherme herangezogen, außer in jenen Fällen, bei denen die Adsorption der ther- modynamisch stabilere Zustand ist. In beiden Fällen werden die Daten absteigend von hohen zu niedrigen Drücken berechnet. Spalten 1 und 2 der Tabelle 1 enthalten Daten, welche direkt der Isotherme entstammen, wobei das adsor- bierte Volumen generell auf ein Gramm Adsorbent bezogen wird. Alle anderen Daten können errechnet werden. Daraus ergibt nachfolgende Gleichung die Möglichkeit der exakten Ermittlung der Porenvolumina bei veränderlichem relativ Druck. Die mit einer Aktivkohle gemäß Beispiel 1 erhaltene Poren- größenverteilung ist in der Figur 1 dargestellt. Nach In- tegration ergeben sich die folgenden Werte : 1, 2-1, 7 : ca.

33%, 1,7-2, 1 : ca. 34%, 2,1-2, 5 : ca. 16%, 2, 5-2, 9 : ca. 6%, 2,9-3, 3 : ca. 4%. Die Poren < 4 nm bilden ca. 94% des gesamten (offenen) Porenvolumens.

Beispiel 4 : Bestimmung der fraktalen Dimension Die fraktale Dimension dient zur Charakterisierung von Oberflächen und basiert auf der fraktalen Geometrie zur

Beschreibung der Topographie wirklicher Oberflächen. Dabei ist die fraktale Dimension D ein idealer Parameter zur Beschreibung der Rauheit realer Oberflächen.

Zurückzuführen ist diese Grösse auf die Mathematiker Haus- dorff und Besicovitch, welche nachgewiesen haben, dass D für nicht Standardfiguren (Oberflächen) nicht ganzzahlig sein muß und für jede mathematische Menge eine reelle Zahl D existiert. Hausdorff hat die einfachste Kategorie dieser reellen Zahlen (positiv und endlich) nachgewiesen, dass sie sowohl die Cantor-Menge als auch Koch-Kurve enthält.

Bezüglich der Ermittlung der fraktalen Dimension D für innere Oberflächen von Adsorbentien haben sich zwei Metho- den als praktikabel erwiesen, da sie für ihre Berechnung mit einer Gassorptions-Isotherme auskommen. Dies ist zum einem die Methode nach Neimark-Kiselev (NK Methode) und zum anderen nachfolgend näher beschrieben, die Frenkel- Halsey-Hill (FHH) Methode.

Die FHH-Methode wird wie folgt angewandt. Aufgrund der Erkenntnis, dass in Regionen, in denen die Adsorption in Multischichten geschieht, der Einfluss von Kräften der inneren Oberfläche abnimmt, leiteten unabhängig vone- inander mehrere Autoren folgende Isothermengleichung ab. logpo/p = B/V wobei B ein Parameter ist, welcher Wechselwirkungen zwischen Adsorbent-Adsorbat und zwischen Adsorbat-Adsorbat widerspiegelt. V ist die Menge an Adsorbat und s gibt eine konstante Eigenschaft des genutzten Adsorbents an. Nach heutiger Erkenntnis korreliert s mit der fraktalen Dimen- sion D des Adsorbens durch die Beziehung D = 3 (1+s), wobei

unter Berücksichtigung von Oberflächenspannungseffekten in der Praxis mit D = 3 + s gearbeitet wird.

In beiden Fällen für fraktale Oberflächen ergibt V gegen p.-/p aufgetragen innerhalb der Grenzen der Multischichtad- sorption der Isotherme eine Gerade mit negativer Steigung, welche dem Wert von s entspricht.

Die Analyse wird wie folgt durchgeführt. Zur Aufnahme der Adsorptions-und Desorptions-Isothermen der unter Prüfung befindlichen Adsorbenzien wird ein High speed gas sorption analyzer der Fa. Quantachrome eingesetzt. Die Probenmenge beschränkt sich bei den zu erwartenden Adsorptionsleistun- gen auf 100 mg Adsorbent (nicht aufgemahlen). Die Aufnahme der Isothermen erfolgt bei einer Temperatur von 77,4 K mit Stickstoff (reinst) als Adsorptiv. Zur Auswertung werden die vorstehend genannten Methoden, insbesondere die FHH Methode, genutzt.

Kugelaktivkohle aus Beispiel 1 wurde demgemäß auf die fraktale Dimension untersucht. Als Wert wurde D = 2,926 erhalten.