Experimente:
Versuch: Wirkung von Ozonfiltern
Modellversuch zur Chemisorption von Schwefeldioxid an Aktivkohle

Aktivkohlen sind porenreiche Kohlearten mit adsorptiven Eigenschaften vor allem gegenüber unpolaren Stoffen.
Eine besondere Rolle spielen Aktivkohlefilter bei der Aufbereitung von Trinkwasser, da sie besonders gut Farbstoffe, CKW und Pestizide aus dem Trinkwasser zu entfernen vermögen. Aber auch als Abgasfilter sind sie gefragt, zum Beispiel bei Prozessen, bei denen die Freisetzung organischer Lösemittel zu befürchten ist.

Oftmals erfolgt zusätzlich eine chemische Umsetzung des adsorbierten Stoffs. Dann spricht man von Chemisorption. Ein Beispiel ist die reversible oxidative Fixierung von Schwefeldioxid, ein wichtiges Verfahren zur Entschwefelung von geringeren Abgasmengen. Zusammen mit ebenfalls fixiertem Sauerstoff bildet es Schwefeltrioxid.

Hierbei spielt Aktivkohle neben seiner Adsorptionswirkung zugleich die Rolle eines Katalysators. Während der Reaktion heizt sich die Aktivkohle aufgrund der Oxidationswärme deutlich auf (-> Versuch). Den Filter kann man durch Erhitzen regenerieren. Dann läuft die obige Reaktion rückwärts.

Ein anderes Beispiel ist der in Klimaanlagen verwendete Ozonfilter (-> Versuch). Auch dieser besteht aus Aktivkohle. Dabei wird das dritte Sauerstoffatom des Ozons an der Oberfläche der Aktivkohle chemisch gebunden, das restliche Sauermolekül geht in die Luft zurück. Im allgemeinen mischt man noch Braunstein hinzu, den wir schon als Katalysator zum Abbau von Peroxiden kennengelernt haben.

Herstellung und Aufbau von Aktivkohle
Früher stellte man sie durch Erhitzen von Blut, Rohrzucker oder Holz her. Heute ist das Ausgangsmaterial dazu Braunkohle.
Zur oxidativen 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 Kohlenstoffmonoxid, das zur Gewinnung von Prozesswärme weiter verbrannt wird. Zur Vermeidung von Schmelzvorgängen ("Sinterung") mischt man dem Rohmaterial vor dem Erhitzen leicht herauslösbare anorganische Salze wie Zinkchlorid ZnCl₂ bei. So erhält man feinkristalline bis amorphe Kohlearten mit hervorragenden Adsorptionseigenschaften.

In dieser Weise aktivierte Kohlen besitzen adsorptiv wirksame Oberflächen bis zu 1000 m²/g bei Kapillardurchmessern von 1 - 5 nm. Sie können bis zu 50 % ihrer Masse an Fremdsubstanzen (meist unpolare organische Stoffe) aufnehmen. Diese werden vor allem über unpolare van der Waals-Bindungen fixiert.

Die Kohlen lassen sich durch Ausspülen mit entsprechenden Lösemitteln und/oder Erhitzen vom Adsorptionsgut befreien, also regenerieren.

(Zum Zusammenhang zwischen Zerteilungsgrad von Materie und Oberflächengröße lies die Webseite über das Würfelzerteilen.)

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