Geruchsgase, die unangenehm und stark reizend für Augen, Nase und Atemwege sind, sind allgegenwärtig in Einrichtungen wie Klärgruben, Kanalisationen, Viehzuchtbetrieben und Abfallentsorgungsanlagen. Diese Gase wirken sich negativ auf den menschlichen Körper sowie die Umgebung aus, weshalb zahlreiche Wege entwickelt wurden, sie zu eliminieren. Typische Geruchsbeseitigungsverfahren verwenden Aktivkohle als Adsorptionsmittel.
Aktivkohle hat jedoch eine geringe Wiederverwertbarkeit, was es schwierig macht, die Quellen komplexer Geruchsgase zur Wiederverwendung zu entfernen.
Ein Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Jiwon Lee und Youngtak Oh vom Sustainable Environment Research Center am Korea Institute of Science and Technology (KIST) gab bekannt, dass es eine Technologie zur Herstellung von Aktivkohle entwickelt hat, die die Entfernung von vier repräsentativen stickstoffhaltigen Gerüchen erheblich verbessert Verbindungen (NOCs) aus der Luft: Ammoniak, Ethylamin, Dimethylamin und Trimethylamin.
Das Forschungsteam verbesserte nicht nur die Adsorptionseffizienz von Aktivkohle zur Entfernung von Geruchsstoffen, sondern entdeckte auch den Adsorptionsmechanismus zwischen Adsorptionsmitteln und riechenden Gasen, wodurch eine größere Vielfalt von Adsorptionsmitteln für komplexe Geruchsstoffe entwickelt werden konnte.
Das Forschungsteam war in der Lage, den Grad der Oberflächenoxidation präzise zu steuern, um die Adsorptionseffizienz von NOCs durch einen thermischen Glühprozess nach der Oxidation der Aktivkohle mit Salpetersäure zu erhöhen. Sie fanden heraus, dass die am stärksten oxidierte wärmebehandelte Aktivkohle die Entfernungseffizienz von Geruchsstoffen im Vergleich zu herkömmlicher Aktivkohle um das bis zu 38-fache steigern konnte.
Die Forscher zeigten erstmals, dass die Sauerstoffatome auf der Oberfläche von oxidierter Aktivkohle starke Wasserstoffbrückenbindungen mit den Aminen in stickstoffhaltigen Geruchsmolekülen eingehen. Dieser Befund spiegelt das Prinzip wider, die Adsorptionswirkung von NOCs durch Erhöhung des Oxidationsgrades zu optimieren, sodass mehr Wasserstoffbrückenbindungen mit Aminen auf der Oberfläche von Aktivkohle gebildet werden können.
Darüber hinaus zeigte das Forscherteam auch, dass die Wechselwirkung zwischen Adsorbens und Geruchsstoffen im Gegensatz zu typischen Gasreaktionen in erster Linie von der Anzahl der Wasserstoffbrückenbindungen und nicht von der Protonenaffinität beeinflusst wird.
Darüber hinaus wurde festgestellt, dass thermisch getrocknete Aktivkohle (TDAC) die Selektivität für Trimethylamin um mehr als das 13-fache erhöht. Dieses Ergebnis stellt eine wesentliche Verbesserung dar, da Trimethylamin die niedrigste Adsorptionseffizienz unter herkömmlichen NOCs aufweist.
Trimethylamin, ein in Korea gesetzlich geregelter Geruchsstoff, ist eine typische Geruchsquelle in der Landwirtschaft, auf Deponien sowie in Klär- und Kläranlagen. Insbesondere die hitzegetrocknete Aktivkohle hat eine durchschnittliche Recyclingfähigkeit von 93,8 % für Trimethylamin, was eine hohe Wirtschaftlichkeit im Vergleich zu der 63 %igen Recyclingfähigkeit herkömmlicher Aktivkohle zeigt.
„Durch die Identifizierung des Adsorptionsmechanismus von Geruchsgasen können wir Materialien entwickeln, die auf die Entfernung bestimmter Gase spezialisiert sind, und hitzegetrocknete Aktivkohle, die einem Oxidationsprozess unterzogen wird, ist relativ einfach herzustellen und kann wiederverwendet werden als Material für Reinigungsgeräte wie Filter und Masken verwendet werden“, behauptete Dr. Jiwon Lee von KIST.
Die Studie erscheint im Zeitschrift für sauberere Produktion.
Mehr Informationen:
Sooyeol Phyo et al, Verbesserung der Adsorption von gefährlichem Geruchsgas durch kontrollierte thermische Oxidation von Aktivkohle, Zeitschrift für sauberere Produktion (2023). DOI: 10.1016/j.jclepro.2023.136261
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