4 Reduzierung von Luftschadstoffen in Museen und Archiven

4.5.1 Aktivkohlen und Purafil

Aktivkohlen und Purafil (imprägniertes Tongranulat) eignen sich sowohl zur Luftfilterung in raumlufttechnischen Anlagen (Kapitel 4.3) als auch zur unmittelbaren Adsorption von Schadgasen, die in Innenräumen oder in geschlossenen Systemen (z.B. Vitrinen) emittiert werden.

4.5.1.1 Aktivkohlen

Aktivkohlefilter werden häufig zur Schadstoffadsorption in Museen und Archiven eingesetzt. Die porösen Kohlenstoffe werden synthetisch hergestellt und besitzen eine schwammartige Struktur (Schieweck 2006). Die Poren verengen sich zunehmend von Makroporen zu Mikroporen. Aktivkohlen sind daher in der Lage, Moleküle aller Größen physikalisch zu adsorbieren. Moleküle, die in den Mikroporen gefangen sind, werden u.U. nicht mehr desorbiert, da sie gleich wieder von der gegenüber liegenden Porenwand adsorbiert werden und umgekehrt. Aktivkohlen können durchaus sehr große Mengen an Schadstoffen aufnehmen. Die absolute Menge des Adsorbers in Kilogramm ist für den Erfolg jedoch zunächst von untergeordneter Bedeutung.

Leider lässt sich schlecht vorhersagen, nach welchem Zeitraum Aktivkohlen erneuert werden müssen. Sofern bekannt ist, wie dicht eine Vitrine ist und wie viele Schadstoffe freigesetzt werden, lässt sich das Wartungsintervall in etwa berechnen (Thickett 2010). Plättchen aus frisch gereinigtem Reinblei sind ein einfacher Indikator für organische Säuren: weiße Korrosionsprodukte zeigen an, dass die Aktivkohle ihren Zweck nicht mehr erfüllt (Thickett 2012).

Aktivkohlefilz als Hintergrundbespannung in einer Gemäldevitrine mit Cranach-Dyptichon, Melanchton-Haus, Bretten

Aktivkohle lässt sich aus den verschiedensten Stoffen wie Steinkohle, Holz, Torf, Koks oder Kokosnussschalen herstellen. Sie entsteht durch vorsichtige Oxidation der Ausgangskohlen mit Kohlendioxid, 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 (Abb. rechts). Die Größe der Poren ist unterschiedlich und entscheidet, welche Molekülgrößen am besten angelagert werden. So werden z.B. niedrig siedende Stoffe eher an feinporiger Aktivkohle angelagert (Brauer 1996). Feine Poren umschließen ein adsorbiertes Molekül u.U. von mehreren Seiten und entwickeln daher größere Bindungskräfte als größere Poren. Sie sind demnach gut zur Ausfilterung geringer Konzentrationen geeignet. Eine Aktivkohle, die eine kleine innere Oberfläche und feine Poren beitzt, kann daher bei geringen Schadstoffkonzentrationen (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 von Vorteil.

Aktivkohle im Elektronenmikroskop, Ausschnitt ca. 30µm. Aus: Kienle 1980

Ab einer rel. Luftfeuchte von 60% lässt die Wirksamkeit von Aktivkohle deutlich nach. Graphik nach: Röhr 1998

Aktivkohlen in Granulatform eignen sich im Museumseinsatz hauptsächlich für Vitrinen mit Umluft oder permanenter künstlicher Zuluft (Kapitel 4.4), da sie in ruhender Luft eine wesentlich geringere Wirksamkeit besitzen. Es leuchtet ein, dass bei Granulaten ein gewisser Druck erforderlich ist, um die Schadstoffe in die Tiefen des Materials zu befördern.

Feine Poren und eine sehr große innere Oberfläche besitzen z.B. Aktivkohlen auf der Basis von Kokosnussschalen (z.B. Kokosnusskohle Typ K 48, Firma Silcarbon). Aufgrund der engen Poren ist diese Kohle besonders gut geeignet, kleine Schadstoffkonzentrationen zu adsorbieren. Sie ist zur Adsorption unpolarer organischer Substanzen wie Holzschutzmittel oder Mottengift geeignet sowie zur Aufnahme kleiner Mengen saurer Gase und verschiedenster Stoffe (Parmar 1991).

4.5.1.2 Purafil

Bei den sog. Purafil-Medien handelt es sich um violettfarbene, mit Kaliumpermanganat getränkte Tongranulate (Abb. rechts). Die Schadstoffe werden bei einer chemischen Reaktion zersetzt und sind somit irreversibel an das Granulat gebunden. Ähnlich wie in Filteranlagen (Kapitel 4.3) lässt sich Purafil auch in Vitrinen parallel zu Aktivkohle einsetzen. Auch Gemische sind möglich. Welches Medium für welchen Einsatzzweck am besten geeignet ist, zeigt die Übersicht oder diese Tabelle.
Bei Purafil zeigt sich an der Farbveränderung der Tongranulate wann das Material erschöpft ist (Abb. ganz rechts). Die Restaktivität lässt sich am Farbton zerdrückter Körner erkennen. Bei Filtermatten wird ein Stück Matte in 100 ml Wasser gegeben. Der Violettton der Lösung gibt Aufschluss darüber, wie viel Restaktivität noch vorhanden ist. Bei Gemischen von Purafil und Aktivkohle ergibt sich hieraus auch ein gewisses Indiz für die Notwendigkeit einer Aktivkohleerneuerung.