Aktivkohle im
Elektronenmikroskop,
Ausschnitt ca. 30µm,
aus Kienle
| Aktivkohle lässt sich aus den verschiedensten Stoffen wie Steinkohle, Holz, Torf, Koks oder Kokosnussschalen herstellen. Sie entsteht durch vorsichtige Oxydation der Ausgangskohlen mit CO, Wasser oder Sauerstoff bei hoher Temperatur. Erst hierdurch entstehen die feinen Poren und die enorm große innere Oberfläche von 500 bis 3000 m²/g je nach Typ. Die Größe der Poren entscheidet, welche Molekülgrößen am besten ausgeschieden werden, z.B. werden leichtsiedende Stoffe eher an feinporiger Aktivkohle ausgeschieden (Brauer 1996 p. 417). Feine Poren umschließen ein adsorbiertes Molekül u.U. von mehreren Seiten und entwickeln daher größere Bindungskräfte als größere Poren. Sie sind daher eher geeignet, geringe Konzentrationen auszufiltern. Eine weniger stark aktivierte Kohle mit dadurch geringer innerer Oberfläche jedoch mit feinen Poren kann daher bei geringen Konzentrationen (etwa <1000 ppm) effektiver sein als eine stärker aktivierte Kohle mit großer innerer Oberfläche und großen Poren (Hayes 1994). Erst bei hohen Konzentrationen, wie sie in Museen kaum vorkommen dürften, sind großporige Aktivkohlen besser. |
Aktivkohle im Elektronenmikroskop, Ausschnitt ca. 30µm, aus Kienle |
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Aktivkohle kann ähnlich wie ein Feuchtigkeitspuffer auch Wasser aufnehmen. Aus diesem Grund lässt bei hoher relativer Feuchte (ab 60% rF) die Wirksamkeit spürbar nach. Zudem können durch hohe rF auch bereits adsorbierte Stoffe aus der Aktivkohle wieder freigesetzt werden. Auch Temperaturerhöhung kann zur Freisetzung von Schadstoffen führen (Röhr 1998, 6.4). |
| Aktivkohle-Textilien werden unter den Namen Charcoal Cloth (Bild rechts) und Kynol angeboten. Die Aktivkohletextilien bestehen aus 100% Aktivkohlefasern und sind naturgemäß schwarz, können jedoch mit allerlei farbigen Textilien laminiert oder schlicht mit einem dünnen Dekostoff überzogen werden. Die große Oberfläche und die Feinheit der Fasern sorgt für höchste Effizienz auch bei ruhender Luft. Aktivkohletextilien können regeneriert werden (im Umluftofen 1h bei 100°C) und besitzen dann (Angabe Kynol) wieder mehr als 99% ihrer Adsorptionsfähigkeit. |  |
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Kynol-Aktivkohletextilien werden als Gewebe verschiedener Dicke, als Filz und Schnüre hergestellt, jeweils in vier Porengrößen (Produktdaten). Zur Adsorption von Essigsäure und Formaldehyd ist die Sorte mit 1500 m²/g zu empfehlen. Bei Kynol ist das Ausgangsmaterial eine amorphe Kunstfaser, die nach der Aktivierung fast ausschließlich schlitzförmige Mikroporen bildet - ideale Voraussetzungen für schnelle und effiziente Adsorption auch kleiner Konzentrationen. Das in Konservierungskreisen bekanntere Charcoal Cloth ist etwa 0,5 mm dick und wiegt etwa 110g/m². Es sind auch andere Dicken und Sorten mit alkalisch imprägnierter Aktivkohle (s.u.) erhältlich. Die Kunstwerke sollten nicht direkt auf dem Aktivkohletextil stehen, da dessen Oberfläche oxydierend wirken kann (Bradley 1985, Shashoua 1995,): mit Zink könnte sich z.B. eine Zink-Kohle-Batterie bilden... Näheres zu Charcoal Cloth siehe hier |
Granulate eignen sich im Museumseinsatz hauptsächlich für Vitrinen mit Umluft oder permanenter Zuluft (s.Teil4_4).
| Feine Poren und eine sehr große innere Oberfläche besitzen z.B. Kokosnußschalen- Aktivkohlen (z.B. Purakol, Kokosnusskohle G 32-H). Aufgrund der engen Poren sei diese Kohle besonders gut geeignet, kleine Schadstoffkonzentrationen zu adsorbieren. Sie ist zur Adsorption unpolarer organischer Substanzen wie Holzschutzmittel oder Mottengift geeignet sowie zur Adsorption kleiner Mengen saurer Gase und verschiedenster Stoffe. Purakol ist ein Granulat aus ca. 5 mm großen gebrochenen Chips, das für den Einsatz in ruhender Luft auch noch weiter zerkleinert werden kann (Parmer 1991). |  |
| Geeignet sind auch z.B. Torfkohlegranulate (Norit), erhältlich als 2 mm-Formzylinder. Sie sind erstaunlich fest (stauben wenig), besitzen dennoch aber eine große innere Oberfläche besitzen und enthalten im Gegensatz zu Steinkohlen-Aktivkohlen keine Schwefelanteile. |  |
Wenn neben unpolaren organischen Luftinhaltsstoffen vorwiegend Säuren und Schadstoffe wie SO2, H2S, HCl etc. beseitigt werden müssen, kommen imprägnierte Aktivkohlen zur Anwendung (Henning >1992). Die chemischen Vorgänge, die hierbei stattfinden müssen, dauern länger als die pure Adsorption und bedingen daher eine höhere Verweildauer des Gases im Absorber, mit anderen Worten ein dickeres Filterbett oder mehr Fläche. Im Gegensatz zu reinen Aktivkohlen sind hier höhere Temperaturen günstiger. Für die typischen Museumsvitrinen, die hauptsächlich mit Essigsäure, Formaldehyd und ein wenig SO2, H2S etc. belastet sind, kommen am ehesten mit Kaliumkarbonat oder Kaliumhydroxid imprägnierte Aktivkohlen in Frage, die neben organischen Substanzen auch noch HCl, SO2, H2S, NO2 und Schwefelkohlenstoff aufnehmen, z.B. Norit Torfkohlegranulat, mit K2CO3 imprägniert, eine Aktivkohle mit 2 mm- Formzylindern zur SOx und N0x- Abscheidung. Auch Aktivkohletücher werden imprägniert angeboten, z.B. das mit K2CO3 imprägnierte Charcoal Cloth Type 150, empfohlen für nitrose und schwefelhaltige Gase.
Bei imprägnierten Kohlen ist der Schadstoff chemisch verändert gebunden und der Adsorptionsvorgang daher meist irreversibel, während reine Aktivkohlen leider z.B. bei Klimaveränderungen Schadstoffe wieder freisetzen können. Imprägnierte Kohlen lassen sich auch mit reinen Aktivkohlen mischen.
Ob bei passiver Anwendung besser imprägnierte oder reine Aktivkohle angewendet werden soll, wird von den Beratungsingenieuren der Produzenten unterschiedlich beantwortet und bedarf näherer Klärung.
Aktivkohlevliese sind eine preisgünstigere Alternative zu Aktivkohlegeweben.(GUT) Aus dem Automobilbereich stammen relativ preisgünstige Filtervliese (Helsatech), bei denen Aktivkohlegranulate auf einem Vliesträger angebracht sind.
Mit MicroChamber Emulsion (Conservation Resources) lassen sich Oberflächen mit Aktivkohle beschichten, z.B. in Archivschränken. Die schwarze Acrylsuspension enthält neben Aktivkohle noch Kalziumkarbonat (ca. 37% Feststoffe, pH 8).
Sofern die problematischen Werkstoffe sich nicht vermeiden lassen, da sie z.B. aus dem Exponat selbst stammen, kann versucht werden, sie abzusperren, zu verdünnen oder zu bekämpfen. Zur Staubvermeidung siehe Teil4_3.
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Ähnlich wie in Filteranlagen lässt sich parallel zu Aktivkohle das Purafil-Granulat einsetzen. Das seit 2005 erhältlicher Purafil SP enthält Natriumpermanganat und besitzt eine 50% erhöhte Aktivität gegenüber Purafil select. Purafil und Aktivkohle lassen sich auch mischen, Welches Medium für welchen Einsatzzweck am geeignetsten ist, zeigt die Übersicht. |
Bei Purafil zeigt sich an der Farbveränderung von violett nach braun (bei Purafil SP: violett nach weiss), wann das Material erschöpft ist, die Restaktivität lässt sich am Farbton zerdrückter Körner erkennen. Bei Filtermatten wird ein Stück Matte in 100 ml Wasser gegeben. Der Violetton der Lösung gibt darüber Aufschluss, wie viel Restaktivität noch vorhanden ist. Hieraus ergibt sich auch ein gewisses Indiz dafür, wann die Aktivkohle erneuert werden muss.
Bei Vergleichstests in ruhender Luft (Grosjean 1991) schnitt Purafil in fast allen Fällen (außer bei Ozon in Schadstoffgemengen) schlechter ab als reine Aktivkohle, z.T. in der Größenordnung von 6-10 mal schlechter. Die Tests mögen insofern etwas verfälschen, als hier frische Aktivkohle und kurze Versuchszeiten gewählt wurden. Frische Aktivkohle besitzt auf der Oberfläche ein wenig alkalische Oberflächenoxide und selbstverständlich eine sehr große Oberfläche. Dass Aktivkohle sich hier wirksamer zeigte als Purafil, erklärt sich aber auch aus der Tatsache, dass für die Reaktion bei Purafil (wie auch bei imprägnierter Aktivkohle) gegenüber reiner Aktivkohle längere Kontaktzeiten zwischen Schadstoff und Filtermedium notwendig sind. In Filteranlagen sorgen größere Schichtdicken für einen Ausgleich. Es müsste weiter erforscht werden, welche Sorbentien sich im passiven Modus auf Dauer am besten eignen. Ein wesentlicher Vorteil von Purafil gegenüber Aktivkohle bleibt, dass die Schadstoffe chemisch gespalten werden und somit nicht mehr abgegeben werden können. Einzelne Chemikalien oxydieren allerdings weiter zu wiederum unerwünschten Chemikalien (z.B. SO2 zu H2SO4), wobei die Reaktionsgeschwindigkeit sehr klein ist.