Phasentransfer und reaktiver Uptake

Tropfenexperiment

Das Einzeltropfenexperiment dient zur Untersuchung von Transferprozessen von chemischen Verbindungen aus der Gasphase in die wässrige Phase. Weiterhin kann mit diesem experimentellen Aufbau die Reaktivität von Spurengasen bzw. Radikalen an wässrigen Oberflächen bestimmt werden. Dazu wird die Aufnahme organischer Verbindungen in einen einzelnen hängenden wässrigen Tropfen in einem Strömungsrohr mittels UV-VIS bzw. FT-IR Spektroskopie beobachtet (Abbildung 1 und 2). Mit Hilfe dieser Messungen können im Anschluss Aussagen über fundamentale Phasentransferparameter wie Massenakkomodations-koeffizient α und Geschwindigkeitskonstanten k der auftretenden Oberflächenreaktionen getroffen werden.

Einzeltropfenexperiment

Abbildung 2: Sektion zur Tropfenerzeugung

Knudsenzelle

Bei der Knudsenzelle handelt es sich um einen im Hochvakuum betriebenen Strömungsreaktor, welcher beim so niedrigen Drücken arbeitet, dass molekulare Flussbedingungen erreicht werden. Unter molekularen Flussbedingungen überwiegen Gas/Wand Stöße gegenüber Gas/Gas Stöße. Durch diese Bedingungen entfallen Diffusionsgrenzen und die Aufenthaltszeiten und die Stoßzahlen mit der zu untersuchenden Oberfläche können mittels der kinetischen Gastheorie berechnet werden. Mit der Knudsenzelle lassen sich sehr gut heterogene Reaktionen untersuchen.

Abbildung 1: Schematischer Aufbau der Knudsenzelle

Die Zelle wird unterteilt in:

(1) Gasdosiersystem (GDS):

Das GDS besteht aus einem Glasrohr, der Druck wird über eine Membranpumpe geregelt.

(2) Gaseinlass :

Es gibt zwei verschiedene Einlasssysteme für der Knudsenzelle : Steady state: Es erfolgt ein konstanter Gasfluss in die Zelle. Gepulster Gaseinlass: Das Gas wird über ein elektromagnetisches Ventil gepulst in die Zelle gepumpt.

(3) Reaktionskammer:

Die Reaktionskammer besteht aus einem Edelstahlgehäuse, die inneren Wände sind zur Verringerung von Reaktionen mit der Reaktorwand mit Teflon beschichtet. Die Probe befindet sich im Probenhalten unten an der Kammer. Der Probenhalter kann mittels eines beweglichen Stempels vom der Kammer getrennt werden.

(4) Detektionskammer:

Das Gas verlässt die Reaktionskammer durch eine kleine Öffnung und gelangt in die differentiell gepumpte Detektionskammer. Der Gasstrom wird moduliert und im Quadrupole Massenspektrometer analysiert.

Abbildung 2 Experimenteller Aufbau Knudsenzelle

Mittels der Knudsenzelle werden die Aufnahmekoeffizienten von verschiedenen Spurengasen (SO2, NO2, HNO3,..) auf Mineralstäube (Al2O3, Ti2O3, Arizona test dust, luftgesammelter Mineralstaub von den Kap Verden) untersucht.

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