Experimente:
Versuch: Suspendieren von Aktivkohle in Wasser
Versuch: Adsorption und Desorption von Kristallviolett an Aktivkohle
Versuch: Rückgewinnung von adsorbierten Lösemitteln

Aktivkohlen sind porenreiche, feinkristalline bis amorphe Kohlearten mit adsorptiven Eigenschaften. Die betreffen vor allem unpolarere Stoffe.

Früher stellte man die Aktivkohle durch Erhitzen von Blut oder Rohrzucker her. Heute ist das Ausgangsmaterial zur Gewinnung großer Mengen an Aktivkohle für großtechnische Anwendungen vor allem Braunkohle. Bessere Aktivkohlen werden auch aus Holz und aus Kokosnuss-Schalen hergestellt.
Zur Vergrößerung der adsorptiven Oberfläche ("Aufrauung") lässt man die Kohle mit Wasserdampf, Sauerstoff oder Kohlendioxid unter hohem Druck und erhöhter Temperatur reagieren. Ein Teil des Kohlenstoffs bildet dabei Kohlenmonoxid CO, ein Gas, das zur Gewinnung von Prozesswärme weiter verbrannt werden kann. Zur Vermeidung von Sinterung mischt man dem Rohmaterial vor dem Erhitzen leicht herauslösbare anorganische Salze wie Zinkchlorid ZnCl₂ bei. Das Salz löst man heraus und vergrößert dadurch noch die Oberfläche der Aktivkohle.

Auf diese Weise aktivierte Kohlen besitzen adsorptiv wirksame Oberflächen bis zu 1100 m²/g. Die Durchmesser ihrer Kapillaren betragen 20-200 nm, liegen also im Bereich größerer Moleküle. Sie können bis zu 50 % ihrer Masse an Fremdsubstanzen (meist unpolare organische Stoffe) aufnehmen. Diese werden vor allem über London-van der Waals-Bindungen fixiert. Eine besondere Rolle spielen Aktivkohlefilter bei der Reinigung von Klär- oder Trinkwasser, da sie besonders gut Farbstoffe (-> Versuch), CKW (-> Versuch) und Pestizide aus dem Trinkwasser zu entfernen vermögen. Nach vollständiger Belegung der Oberfläche können sie durch Ausspülen mit anderen Lösemitteln oder durch Erwärmen regeneriert werden.

Aber auch Gase wie die der Luft werden adsorbiert. Das hört man förmlich, wenn man Kohletabletten in Wasser suspendiert: Die Tabletten zersetzen sich unter Aufbrausen (-> Versuch). Das kommt daher, weil die Wassermoleküle die Luftmoleküle verdrängen.

Nachteil der Aktivkohlen ist, dass sie ionische Kontaminanten an das zu reinigende Wasser abgeben. Als Reinigungsmedium bei der Reinstwassererzeugung im Labor nutzt man deshalb kontrolliert pyrolysiertes Styrolgranulat. Diese Aktivkohle gibt kaum ionische Kontaminanten ab. Sie weist sogar eine kleinere und dazu homogene Porengröße auf (<15 nm), so dass man auch kleinere Moleküle schnell und gezielt adsorbieren kann.

Chemisorption
Erfolgt zusätzlich eine chemische Umsetzung des adsorbierten Stoffs, so spricht man von Chemisorption. Ein Beispiel ist die reversible oxidative Fixierung von Schwefeldioxid SO₂, ein wichtiges Verfahren zur Entschwefelung von geringeren Abgasmengen:

Hierbei spielt Aktivkohle zugleich die Rolle eines Katalysators. Die Reaktion ist reversibel, d. h. man kann durch Erhitzen das SO₂ zurückgewinnen.

Aktivkohle hilft gegen Moctezumas Rache
Wegen der hohen adsorptiven Eigenschaften ist Aktivkohle ein Muss im Medizintäschchen, wenn man in Länder wie Ägypten oder Mexiko fährt. Wenn einen Ramses' oder Moctezumas Rache in Form einer Durchfall-Erkrankung übermannt, hilft nur eines: Aktivkohle. Dabei muss man klotzen statt kleckern. Erst 8-10 Tabletten wirken - dann aber wirken sie Wunder. Danach sollte man sich für ein-zwei Tage mit Coca-Cola und Salzstangen (so man hat) ernähren. Das hält auf die Dauer keine Bakterie aus...

Noch ein Tipp
Aktivkohle adsorbiert alles, was sie so findet. Die Aktivkohlen in üblichen Sammlungsflaschen ist bald nichts mehr wert. Deshalb sollte man in der Schule stets frische Aktivkohle zur Hand haben. Das Beste ist, wenn man sich Aktivkohletabletten in der Apotheke kauft. Unsere Anregung bei der Firma Merck in Darmstadt, dass sie solche Tabletten zu fairen, d. h. niedrigen Preisen für Schulen anbieten, hat aber leider nie zu einem Resultat geführt.

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