Desorption

Desorption

Desorption (aus dem lat. de-sorbere; sorbere: (auf-)saugen) bezeichnet den Vorgang, bei dem Atome oder Moleküle die Oberfläche eines Festkörpers verlassen (Umkehrvorgang: Adsorption) bzw. aus einer Flüssigkeit, in der sie gelöst vorlagen, in die Gasphase übergehen (Umkehrvorgang: Absorption). In letzterem Fall wird verfahrenstechnisch auch von Strippung gesprochen. Die Desorption stellt damit allgemein den Umkehrvorgang der Sorption dar.

Um desorbieren zu können, muss das Teilchen genügend Energie zur Überwindung der Bindungsenergie besitzen oder zugeführt bekommen.

Einteilung

Entsprechend der Herkunft der dafür erforderlichen Energie und in Abhängigkeit des vorliegenden Falles gibt es die

  • thermische Desorption (Temperaturwechseldesorption; temperature swing)
  • optische Desorption (durch Absorption von Photonen)
  • akustische Desorption durch Ultraschall
  • elektrische Desorption
  • ionenstimulierte Desorption (durch Beschuss mit schnellen Ionen)
  • drucktechnische Desorption (Druckwechseldesorption; pressure swing)
  • technische Desorption (unterschiedliche Desorptionsanlagen zum Beispiel mit Festbett, Wanderbett, Wirbelschicht)
  • Verdrängungsdesorption (Einsatz eines leichter adsorbierbaren Stoffes; technisch meist Wasserdampf)

Desorptionsrate

Thermische Desorptionsrate

Die Desorptionsrate der Teilchen von der Oberfläche hängt zunächst ab von der Anzahl n der adsorbierten oder absorbierten Teilchen/Moleküle, der Temperatur T und der Desorptionsenergie $ E_\mathrm{D} $ (auch Bindungsenergie):

$ R_\mathrm{D} = n^m k^0_\mathrm{D} \exp \left( \frac{-E_\mathrm{D}}{k_\mathrm{B} T} \right) $

wobei $ k_\mathrm{D}^0 $ eine Oszillationsfrequenz, $ k_\mathrm{B} $ Boltzmann-Konstante und m die Desorptionsordnung ist.

Die Desorptionsordnung hängt vom konkreten Mechanismus des Desorbierens ab:

  • m=0: Desorption von einer Multilage
  • m=1: Desorption von Atomen
  • m=2: Desorption von zwei-atomigen Molekülen
  • etc.

Ionenstimulierte Desorptionsrate

Beobachtete Desorptionsraten der ionenstimulierten Desorption liegen im Bereich von 1 (senkrechter Einfall, niedrige Energien der einfallenden Ionen) bis ca. 25.000 (streifender Einfall, Energien im Bereich einiger MeV/u der einfallenden Ionen). Im Allgemeinen ist die ionenstimulierte Desorptionsrate eine Funktion von:

$ R_\mathrm{D} = f \left ( \frac{\Delta E}{\Delta x}\right)^2 \max\left(\frac{d}{\cos(\theta)},\lambda\right) $,

wobei $ \lambda $ die Eindringtiefe der Ionen in das Material, $ \Delta E/\Delta x $ der elektronische Energieverlust pro Eindringtiefe, $ \theta $ der Einfallswinkel und $ d $ eine zunächst empirisch bestimmte Konstante ist. Die Geschwindigkeit der Desorption und die dafür notwendige Energie ist ein entscheidender Faktor, ob die Kombination aus Adsorption und Desorption als technischer Prozess in Frage kommt.

Anwendung

In der Epitaxie wird Desorption verwendet, um in der Gasphase eine bestimmte Konzentration aufrechtzuerhalten.

In der Forschung wird die ionenstimulierte Desorption verwendet, um Oberflächen von Adsorbaten zu reinigen, die mittels thermischer Desorption nicht zu reinigen wären.

Bei der Reinigung von Prozess- und Abgasen wird der Mechanismus der Desorption dazu genutzt, ein beladenes Adsorbens zu regenerieren.[1] Dies geschieht in der Regel über Wärmeeintrag oder Druckabsenkung.

Weblinks

Einzelnachweise

  1. VDI 3674:2013-04 Abgasreinigung durch Adsorption; Prozessgas- und Abgasreinigung (Waste gas cleaning by adsorption; Process gas and waste gas cleaning). Beuth Verlag, Berlin. S. 15.

Diese Artikel könnten dir auch gefallen



Die letzten News


31.07.2021
Wasserdampf-Atmosphäre auf dem Jupitermond Ganymed
Internationales Team entdeckt eine Wasserdampfatmosphäre auf der sonnenzugewandten Seite des Mondes Jupiter-Mondes Ganymed. Die Beobachtungen wurden mit Hubble-Teleskop gemacht.
31.07.2021
Der Quantenkühlschrank
An der TU Wien wurde ein völlig neues Kühlkonzept erfunden. Computersimulationen zeigen, wie man Quantenfelder verwenden könnte, um Tieftemperatur-Rekorde zu brechen.
31.07.2021
Warum Bierdeckel nicht geradeaus fliegen
Wer schon einmal daran gescheitert ist, einen Bierdeckel in einen Hut zu werfen, sollte nun aufhorchen: Physiker der Universität Bonn haben herausgefunden, warum diese Aufgabe so schwierig ist.
27.07.2021
Topologie in der Biologie
Ein aus Quantensystemen bekanntes Phänomen wurde nun auch im Zusammenhang mit biologischen Systemen beschrieben: In einer neuen Studie zeigen Forscher dass der Begriff des topologischen Schutzes auch für biochemische Netzwerke gelten kann.
26.07.2021
Nadel im Heuhaufen: Planetarische Nebel in entfernten Galaxien
Mit Daten des Instruments MUSE gelang Forschern die Detektion von extrem lichtschwachen planetarischen Nebeln in weit entfernten Galaxien.
26.07.2021
Langperiodische Schwingungen der Sonne entdeckt
Ein Forschungsteam hat globale Schwingungen der Sonne mit sehr langen Perioden, vergleichbar mit der 27-tägigen Rotationsperiode der Sonne, entdeckt.
26.07.2021
Ein Stoff, zwei Flüssigkeiten: Wasser
Wasser verdankt seine besonderen Eigenschaften möglicherweise der Tatsache, dass es aus zwei verschiedenen Flüssigkeiten besteht.
26.07.2021
Ins dunkle Herz von Centaurus A
Ein internationales Forscherteam hat das Herz der nahegelegenen Radiogalaxie Centaurus A in vorher nicht erreichter Genauigkeit abgebildet.
26.07.2021
Ein möglicher neuer Indikator für die Entstehung von Exoplaneten
Ein internationales Team von Astronomen hat als erstes weltweit Isotope in der Atmosphäre eines Exoplaneten nachgewiesen.
26.07.2021
Auf dem Weg zur Supernova – tränenförmiges Sternsystem offenbart sein Schicksal
Astronomen ist die seltene Sichtung zweier Sterne gelungen, die spiralförmig ihrem Ende zusteuern, indem sie die verräterischen Zeichen eines tränenförmigen Sterns bemerkten.
26.07.2021
Quantenteilchen: Gezogen und gequetscht
Seit kurzem ist es im Labor möglich, die Bewegung schwebender Nanoteilchen in den quantenmechanischen Grundzustand zu versetzen.
26.07.2021
Ein Kristall aus Elektronen
Forschenden der ETH Zürich ist die Beobachtung eines Kristalls gelungen, der nur aus Elektronen besteht. Solche Wigner-​Kristalle wurden bereits vor fast neunzig Jahren vorhergesagt, konnten aber erst jetzt direkt in einem Halbleitermaterial beobachtet werden.
26.07.2021
Neue Erkenntnisse zur Entstehung des chaotischen Terrains auf dem Mars
Gebiete wie diese gibt es auf der Erde nicht: Sie sind durchzogen von Kratern, Rissen, Kämmen, Tälern, großen und kleinen eckigen Blöcken.
26.07.2021
Synthese unter Laserlicht
Eine Forschungsgruppe hat neue Methode zur Bildung von protoniertem Wasserstoff entdeckt. Mit starken Laserpulsen erzeugen Physiker des attoworld-Teams am Max-Planck-Instituts für Quantenoptik und der Ludwig-Maximilians-Universität München erstmals protonierten Wasserstoff an Nanooberflächen.
26.07.2021
Materiestraße im All lässt Galaxienhaufen wachsen
Vor einem halben Jahr meldeten Astronomen der Universität Bonn die Entdeckung eines extrem langen intergalaktischen Gasfadens mit dem Röntgenteleskop eROSITA.
26.07.2021
Kosmischer Treffpunkt für Galaxienhaufen
Was treibt Galaxien an, oder führt zu ganzen Ansammlungen von Galaxien – sogenannte Galaxienhaufen? Obwohl kosmologische Modelle und Simulationen diese Strukturen und die Rolle, die sie spielen könnten, vorausgesagt haben, ist die Bestätigung ihrer Existenz durch die Beobachtung mit dem Röntgen-Weltraumteleskop eROSITA ziemlich neu.
28.06.2021
Quantensimulation: Messung von Verschränkung vereinfacht
Forscher haben ein Verfahren entwickelt, mit dem bisher kaum zugängliche Größen in Quantensystemen messbar gemacht werden können.
28.06.2021
Exotische Supraleiter: Das Geheimnis, das keines ist
Wie reproduzierbar sind Messungen in der Festkörperphysik? Ein Forschungsteam analysierte wichtige Messungen neu. Sie fanden heraus: Ein angeblich sensationeller Effekt existiert gar nicht.
28.06.2021
Paradoxe Wellen: Gefangene Lichtteilchen auf dem Sprung
Physikern ist es gelungen, ein neuartiges Verhalten von Lichtwellen zu beobachten, bei welchem Licht durch eine neue Art von Unordnung auf kleinste Raumbereiche begrenzt wird.
28.06.2021
Isolatoren bringen Quantenbits zum Schwitzen
Schwachleitende oder nichtleitende Materialien haben Innsbrucker Physiker als wichtige Quelle für Störungen in Ionenfallen-Quantencomputern identifiziert.
23.06.2021
Fürs Rechenzentrum: bisher kompaktester Quantencomputer
Quantencomputer waren bislang Einzelanfertigungen, die ganze Forschungslabore füllten.
17.06.2021
Helligkeitseinbruch von Beteigeuze
Als der helle, orangefarbene Stern Beteigeuze im Sternbild Orion Ende 2019 und Anfang 2020 merklich dunkler wurde, war die Astronomie-Gemeinschaft verblüfft.
17.06.2021
Das Elektronenkarussell
Die Photoemission ist eine Eigenschaft unter anderem von Metallen, die Elektronen aussenden, wenn sie mit Licht bestrahlt werden.
17.06.2021
Ultrakurze Verzögerung
Trifft Licht auf Materie geht das an deren Elektronen nicht spurlos vorüber.
17.06.2021
Entdeckung der größten Rotationsbewegung im Universum
D