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Edith Goldnik
Entfernung von Schwefelwasserstoff mit permanganathaltigen Adsorbentien: experimentelle Untersuchung und Reaktormodellierung
In der vorliegenden Arbeit wurde die reaktive Abscheidung von Schwefelwasserstoff (H₂S) aus Umgebungsluft mithilfe poröser, kaliumpermanganathaltiger (KMnO₄) Adsorbentien untersucht. Die Materialien wurden mit Aluminiumoxid als Trägermaterial und mit KMnO₄ als Aktivkomponente zum einen durch Granulation auf einem Pelletierteller und zum anderen durch Extrusion in einem Einschneckenextruder hergestellt. Bei Kontakt mit der kontaminierten Luft reagiert das KMnO₄ mit dem H₂S zu festen Schwefelkomponenten und scheidet es so irreversibel ab. Die Adsorbentien werden dabei aufgebraucht und können nicht regeneriert werden. Insgesamt ergibt sich ein komplexes Reaktionssystem, das bisher nicht vollständig verstanden ist. In dieser Arbeit wurden zur Aufklärung des Reaktionsablaufs systematische Durchbruchsversuche von KMnO₄-haltigen Granulaten mit H₂S durchgeführt.
Ziel der Arbeit war ein Reaktormodell zu entwickeln, mit dem die experimentellen Durchbruchskurven beschrieben und vorhergesagt werden können. Für die mathematische Beschreibung der Reaktionsvorgänge wurden das Shrinking-Core-Modell (SCM), das Volume-Reaction-Modell mit einer Reaktion (VRM1) und das Volume-Reaction-Modell mit zwei Reaktionen (VRM2) eingesetzt. Grundsätzlich sind alle drei Modelle geeignet um das Durchbruchsverhalten abzubilden. Im Gegensatz zu den anderen Modellen ist das zweistufige VRM2 in der Lage, auch das im Inneren der Granulate beobachtete Reaktionsverhalten darzustellen und die experimentell ermittelte Abnahme des Kerndurchmessers für kleine Reaktionszeiten korrekt abzubilden. Die Berechnung eines Anwendungsbeispiels zeigt, dass die Granulate auch in einer realen Anwendung zur Reinigung von Umgebungsluft eingesetzt werden könnten.
Ziel der Arbeit war ein Reaktormodell zu entwickeln, mit dem die experimentellen Durchbruchskurven beschrieben und vorhergesagt werden können. Für die mathematische Beschreibung der Reaktionsvorgänge wurden das Shrinking-Core-Modell (SCM), das Volume-Reaction-Modell mit einer Reaktion (VRM1) und das Volume-Reaction-Modell mit zwei Reaktionen (VRM2) eingesetzt. Grundsätzlich sind alle drei Modelle geeignet um das Durchbruchsverhalten abzubilden. Im Gegensatz zu den anderen Modellen ist das zweistufige VRM2 in der Lage, auch das im Inneren der Granulate beobachtete Reaktionsverhalten darzustellen und die experimentell ermittelte Abnahme des Kerndurchmessers für kleine Reaktionszeiten korrekt abzubilden. Die Berechnung eines Anwendungsbeispiels zeigt, dass die Granulate auch in einer realen Anwendung zur Reinigung von Umgebungsluft eingesetzt werden könnten.
Schlagwörter: Modellierung; Durchbruchsversuche; Adsorbentien; Schwefelwasserstoff
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