Aktivkohle: Winzige Körnchen, riesige Fläche

16.09.2019 16:14

Aktivkohle Probe auf Labor Gerät

 

Was ist Aktivkohle?

Aktivkohle (auch medizinische Kohle genannt) ist ein poröser Kohlenstoff. Die poröse Struktur verleiht der Aktivkohle eine sehr große innere Oberfläche, in lediglich zwei Gramm des beliebten Filtermaterials findet sich die Oberfläche eines kompletten Fußballfeldes. Unter dem Mikroskop erinnert das Aussehen von Aktivkohle an einen gewaltigen Schwamm mit unzähligen, kleinen, untereinander verbundenen Kammern.

Genau hierauf basiert das Wirkprinzip der Aktivkohle. Denn die Kohle ist zwar so weit durchlässig, dass Wassermoleküle problemlos hindurch gelangen. Fremdstoffe jedoch, auch mikroskopisch kleine Partikel, bleiben an den Wänden der Aktivkohle-Kammern haften. Deshalb wird Aktivkohle so erfolgreich zum Absorbieren vieler unerwünschter Stoffe verwendet.

Aktivkohle entsteht durch das Aktivieren von Kohlenstoff. Der Kohlenstoff kann verschiedenen Ursprungs sein. Aktivkohle findet man im Handel meist als Pulver in Kapseln gepresst oder als Granulat, wie zum Beispiel in Trinkwasserfiltern

Aktivierung der Kohle zu Aktivkohle

Wenn der Begriff der "Aktivierung" für manche vielleicht auch esoterisch klingt, ist ein ganz normaler, erforschter und weithin genutzter Prozess zur Weiterverarbeitung des Kohlenstoffs gemeint. Die Aktivierung erfolgt durch ein Oxidieren des Kohlenstoffs. Dabei wird die Rohaktivkohle mit Wasserdampf, Kohlendioxid und manchmal auch Luft, bei Temperaturen zwischen 700 und 1000 °C, behandelt. Dieser Vorgang kann in chemische und thermische Prozesse unterteilt werden.

  • Die chemische Aktivierung: Bei der chemischen Aktivierung wird der Grundstoff mittels Zinkchlorids oder Phosphorsäure dehydriert. Das heißt ihm wird Wasser entzogen und somit in den so stark porösen Zustand versetzt. Meist wird dieses Verfahren bei holzbasierten Kohlenstoffen angewandt.
  • Die thermische Aktivierung: Bei der thermischen Aktivierung wird der Ausgangsstoff bei besonders hohen Temperaturen mit Wasserdampf behandelt. Die Wasserdampfaktivierung kann bei fast allen Rohstoffen angewendet werden (steinkohlebasiert, kokosnussschalenbasiert, holzbasiert, etc).

Aktivkohle aus verschiedenen Materialien

Wie schon in den vorigen Abschnitten kurz thematisiert wird Aktivkohle aus vielen verschiedenen Materialien gewonnen. Aktivkohle wird heute aus mineralischen, tierischen oder pflanzlichen Ausgangsstoffen hergestellt. Die aus petrochemischen (Herstellung von Produkten aus Erdgas und Erdöl) Stoffen erzeugte Aktivkohle werden wir hier einmal vernachlässigen. Somit besteht die Aktivkohle in handelsüblichen Produkten aus Holz, Torf, Nuss- oder Kokosnussschalen, Braun- oder Steinkohle.

Eine zunächst ungewöhnlich erscheinende Form der Aktivkohle wird aus Tierischen Ausgangsmaterialien produziert. Die als Tierkohle bezeichnete Aktivkohle besteht in diesen Fällen aus tierischem Blut, Knochen Fleisch oder Leder. In den meisten Fällen gibt es nur historisch belegte Anwendungsgebiete, doch auch heute wird noch in manchen Bereichen der Industrie, Aktivkohle aus tierischem Material verwendet. Bei der Entfärbung von Zucker beispielsweise werden große Mengen Kohle in den Filtern benötigt. Deutsche Zuckerproduzenten jedoch verzichten auf Aktivkohle tierischen Ursprungs. Bei der Filtration von Aquarien und der Raffinerie (Reinigung und Destillation) von Erdöl hingegen, kommt auch heute noch Tierkohle zum Einsatz. Weitere Nutzungsfelder sind oder waren die medizinische Anwendung, das Herstellen von (Farb-)Pigmenten und in der chemischen Reaktionstechnik zur Produktion von beispielsweise Düngemitteln.

Die Wirkung von Aktivkohle

Das Hauptanwendungsgebiet der Aktivkohle ist die Trennung unewünschter Stoffe von einer Flüssigkeit. Bei diesem "Adsorption" genannten Prozess lagern sich Farb-, Geschmacks- und Geruchsstoffe an der Kohle ab. Hauptsächlich wird die Aktivkohle verwendet, um:

  • Chlor und Bakterien aus dem Trinkwasser zu entfernen
  • störende Aromastoffe bei der Spirituosen-Produktion zu minimieren,
  • Schweißgeruch aus Schuhen mittels Einlagen einzudämmen,
  • Aquarien und anderen geschlossene Systemen von Schadstoffen zu reinigen
  • und störende Gerüche aus Innenräumen zu verbannen

Die Adsorption gelingt durch die poröse Struktur des Kohlenstoffs. Die vielen kleinen „Einbuchtungen“ in der Materialoberfläche sind für das menschliche Auge ohne Hilfsmittel nicht zu erkennen. Sie bilden allerdings, je nach Struktur eine Fläche von 300 bis 2000 qm pro Gramm Aktivkohle. An dieser vergleichsweise riesigen Oberfläche ist somit genug Platz, damit sich eine Menge mikroskopisch kleiner Teilchen anheften kann. Das Ablagern der Kleinstteilchen an der Oberfläche nehmen wir als Filtereffekt wahr.