Aktivkohle gegen Lösungsmitteldämpfe: worauf kommt es an?

HPLC-Abfälle, Lösungsmittel und andere Chemikalien müssen sicher gesammelt werden. Dämpfe treten selbst durch kleinste Öffnungen aus – ein Risiko für Gesundheit und Umwelt. Nach aktuellem Stand der Technik werden Sammelbehälter mit Abluftfiltern verschlossen, die Aktivkohle als Filtermedium enthalten. Hier gibt es jedoch deutliche Unterschiede in Sachen Leistung und Sicherheit. Worauf es ankommt, erfahren Sie in diesem Artikel.

Aktive Filterfläche

Die aktive Filterfläche der Aktivkohle ist eine der wichtigsten Kennzahlen für die Leistungsfähigkeit eines Aktivkohlefilters.  Je größer, desto mehr Fläche steht zur Verfügung, um Lösungsmitteldämpfe aufzunehmen.

Durchschnittliche Aktivkohle in Pulverform hat eine aktive Filterfläche von 500 – 600 m² pro Gramm. Die derzeit leistungsfähigste Aktivkohle im Bereich HPLC-Sicherheit bietet 1.500 m² pro Gramm für die Aufnahme organischer Lösungsmitteldämpfe.

Partikelgröße / Korndurchmesser

Die richtige Partikelgröße sorgt für eine optimale Strömung und Adsorption der Lösungsmitteldämpfe innerhalb der Aktivkohle. Zu kleine Partikel behindern den Strom und führen zu Verstopfungen, zu große Partikel bilden Zwischenräume, durch die Lösungsmitteldämpfe ungefiltert entweichen können. Die optimale Größe sorgt für einen möglichst geringen Strömungswiderstand, bei möglichst hoher Filterleistung.

Adsorptionszone

Die Aufnahme der Lösungsmitteldämpfe beginnt an der Eintrittsöffnung des Filters, da dort der erste Kontakt zur Aktivkohle stattfindet. Sind die dort vorhandenen Partikel gesättigt, durchqueren die Dämpfe den Filter weiter, bis sie ungesättigte Partikel erreichen und dort adsorbiert werden.

Die Zone zwischen gesättigten und ungesättigten Partikeln wird als Adsorptionszone bezeichnet. Je kürzer die Adsorptionszone, desto länger dauert es, bis die letzten Partikel gesättigt sind und der Filter „durchschlägt“, also Lösungsmitteldämpfe ungefiltert entweichen können.

Abrasion und Ball-Pan-Härte

Durch äußere Bewegungseinflüsse – z.B. beim Transport – entsteht Druck und Reibung der Aktivkohlepartikel gegeneinander. Dies führt zu Abrieb (Abrasion), der in Form kleinster Partikel (Pulver) nach unten fällt.

Erhöhter Abrieb führt zu Verstopfungen und Klumpenbildung, was die Filterleistung beeinträchtigt und zu hoher Randläufigkeit der Lösungsmitteldämpfe führen kann. Partikel mit hoher Ball-Pan-Härte sind widerstandsfähiger gegen Abrieb und sorgen für eine konstante Filterleistung.

Randläufigkeit

Bedingt durch ihr Strömungsverhalten, nehmen Lösungsmitteldämpfe und Gase beim Durchqueren des Filters den Weg des geringsten Widerstandes. Aktivkohle mit zu kleiner Partikelgröße (z.B. Pulverform) bietet einen höheren Widerstand.

Durch Verklumpen und Zusammenkleben der Aktivkohlepartikel entstehen zwischen Filtergehäuse und Aktivkohlefüllung Abstände, die ein ungefiltertes Entweichen der Dämpfe begünstigen. Dies bezeichnet man als erhöhte Randläufigkeit.

Für ein optimales Strömungsverhalten der Lösungsmitteldämpfe müssen Partikelgröße, Dichte und Verteilung der Partikel entsprechend angepasst werden, um Randläufigkeit und die damit verbundenen Risiken der Luftbelastung zu minimieren. Eine konische Bauform des Abluftfilters unterstützt zusätzlich die optimale Verteilung der Dämpfe für beste Filterleistung.

Aschegehalt

Der Aschegehalt ist ein Indikator für die Reinheit der Aktivkohle. Er bezeichnet den Anteil an Fremdstoffen bzw. Elementen, die nach Herstellung der Aktivkohle in Restmengen vorhanden sind. Die Grundfunktion der Aktivkohle wird durch diese nicht beeinträchtigt. Ein erhöhter Anteil kann jedoch zu einer Beeinträchtigung der Filterleistung führen.

Wassergehalt

Aktivkohle nimmt neben Lösungsmitteldämpfen auch Feuchtigkeit auf. Wie hoch der Wassergehalt ist, hängt stark von den Umgebungsbedingungen ab, z.B. Luftfeuchtigkeit, Umgebungstemperatur, Luftbewegung etc. Hochwertige Aktivkohle hat im Originalzustand einen Wassergehalt von unter 5%.

CCl4-Adsorption / Butanaktivität

Die Tetrachlorkohlenstoffaktivität gibt die Beladung der Aktivkohle mit CCl4 in Gewichtsprozent an. Es dient als Indikator für das Porenvolumen der Aktivkohle.

Aufgrund der Toxizität und Gefährlichkeit von CCl4 für Mensch und Umwelt wurde die Tetrachlorkohlenstoffaktivität durch die Butanaktivität ersetzt. Die Butanaktivität kann auch rechnerisch nach folgender Gleichung aus der CCl4-Aktivität ermittelt werden:

Butanaktivität = CCl4-Aktivität / 2,55

Stand der Technik

SCAT Abluftfilter enthalten eine wasserdampfaktivierte, zylindrisch geformte Aktivkohle auf der Basis von Steinkohle mit ausgezeichneter Härte und mechanischer Abriebfestigkeit. Sie weist eine spezielle Porenstruktur auf und ist mit Wasserdampf oder Heißgas regenerierbar. Die Aktivkohle wird zur Lösemittel-Rückgewinnung und im Bereich Abluftreinigung für die Abscheidung von organischen Stoffen eingesetzt.

Mit einer spezifischen aktiven Filterfläche von 1.500 m²/g, optimierter Partikelgröße und einer CTC-Adsorption von über 90% ist sie die derzeit stärkste Aktivkohle für organische Lösungsmitteldämpfe. Damit auch andere Chemikalien wie Pufferreste sicher gesammelt werden, enthält der SCAT Abluftfilter zwei weitere Schichten mit modifizierter Aktivkohle, die auch Dämpfe von Säuren und Laugen bindet.

Weitere Informationen

Dieser Blogbeitrag entstand mit freundlicher Unterstützung der Firma SCAT.

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