Aktivkohlefiltration Spirituosen

Die Aktivkohlefiltration wird zur effektiven Reinigung von Spirituosen eingesetzt, indem sie Verunreinigungen entfernt. Aktivkohle besteht hauptsächlich aus reinem Kohlenstoff. Aktivkohle hat eine unregelmäßige, hochporöse Struktur und eine enorm hohe innere Oberfläche. Sie tritt in unterschiedlichsten Porengrößen auf, wobei man in drei Porengrößenordnungen unterscheidet:

1. Makroporen  (über 50 nm im Durchmesser) 
2. Mesoporen  (2–50 nm im Durchmesser) 
3. Mikroporen  (weniger als 2 nm im Durchmesser) 

Die ungleichmäßige Struktur verleiht der Kohle ihre besonders große Oberfläche (ca. 2500 m^2/g) und ermöglicht es ihr, verschiedenste Stoffe zu binden.

Aktivkohle bindet Farb- und Geruchsstoffe hauptsachlich adsorbtiv, wodurch diese selektiv aus Spirituosen abgeschieden werden können. Die Abtrennung der Stoffe erfolgt dabei nicht im Sinne einer Filtration durch Partikelgröße und Sieb- bzw. Tiefenfiltrationswirkung. Vielmehr erfolgt eine  Bindung (Adsorption) von Mikromolekülen durch Dispersionskräfte, die häuptsächlich auf den Wechselwirkungskräften zwischen Molekülen (Van-der-Waals-Kräfte) beruhen. Diese Van der Walls Kraft ist sehr stark, ist aber nur über sehr kurze Entfernungen wirksam und hängt vom Abstand zwischen der Oberfläche des Kohlenstoffs und des zu bindenden Moleküls ab.

Typische Anwendungen von Aktivkohle bei Spirituosen sind:

• Vollständige Entfärbung oder Farbjustierung
• Aroma- und Geschmacksentfernung oder Feinjustierung

Damit der Einsatz von Aktivkohle ein Erfolg wird, ist eine genaue Vorstellung über die gewünschten Eigenschaften des Endprodukts wichtig. 

In der Regel handelt es sich dabei um messbare Eigenschaften wie die Farbe des Endproduktes, die sich photometrisch bestimmen und spezifizieren lässt. Es kann sich aber auch um ein Geschmacksprofil handeln, das üblicherweise durch geschulte Sensorikpanels beim Kunden testen und überwachen lässt. In jedem Fall muss das Verfahren genau durchdacht sein, damit sich die Ergebnisse wiederholen lassen. Bei einem ungenauen Vorgehen könnte die Behandlung beim ersten Mal nicht ausreichen und muss dann unnötigerweise wiederholt werden. Bei einer Überbehandlung können erwünschte Farbnuancen oder Aromen unwiederbringlich verloren gehen.

Sobald eine genaue Vorstellung über das gewünschte Endprodukt besteht, wird in vorsichtigen kleinmaßstäblichen Laborversuchen ermittelt, welche Aktivkohlequalität die besten Ergebnisse liefert und wie viel Kohle je Liter Produkt benötigt wird. 

Pall hilft Kunden bei der Wahl des richtigen Aktivkohle-Produkts. 

PAK wird üblicherweise lose angewendet. Grundsätzlich sind bei Anwendung dieser Art Aktivkohle 4 Arbeitsschritte erforderlich.

1. Transport des Pulvers und Dosierung in den Mischbehälter 
2. Vermengen des Pulvers mit dem zu behandelnden Produkt
3. Trennen von PAK und dem Produkt nach der Adsorption 
4. Reinigen der Anlage 

Die Verwendung von Aktivkohle in Pulverform hat mehrere gravierende Nachteile:

1. Der Transport und das Einbringen der losen PAK in das Produkt sind arbeitsaufwendig und erfordern große Investitionen in spezielle Geräte und Maschinen. Zudem tritt in der Regel eine starke Staubbelastung und damit Verunreinigung der Produktionsanlagen auf.
2. Die Reinigung der Anlage nach der Behandlung des Produkts ist sehr arbeitsintensiv und zeitaufwändig.
3. Um Reste der Aktivkohle aus dem behandelten Produkt zu beseitigen, sind zusätzliche Filtrationsschritte erforderlich – ein weiterer Kostenfaktor. 

Unten sehen Sie einen typischer Prozess zum Entfärben unter Zugabe von Aktivkohlepulver (die Reinigungsschritte sind nicht dargestellt).

Bei den Seitz AKS Aktivkohlemedien mit immobilisierter Aktivkohle ist die Aktivkohle in eine Matrix aus Zellulosefasern eingebettet, sodass die oben genannten Nachteile hier nicht zum Tragen kommen. Die Aktivkohleschichten können abströmseitig mit einem Filterpapier ausgerüstet werden, welches eventuell freigesetzte Kohlepartikel abfängt.  Die Adsorptionseffizienz der Seitz AKS Filtermedien mit immobilisierter Aktivkohle ist deutlich höher als bei einer vergleichbaren Menge an loser PAK und trägt somit zusätzlich zur Reduzierung der gesamten Verarbeitungszeit und zur Steigerung der Produktausbeute bei.

Aus zwei Gründen ist eine Adsorption mit schichtbasieren Anschwemmfiltern im Vergleich zu einer Adsorption mit loser Kohle effizienter. 

1. Bei einer optimaler Anströmung ist die Wahrscheinlichkeit eines Kontakts zwischen Verunreinigungen und den Kohlepartikeln bei Aktivkohleschichten wesentlich größer als beim Einsatz von Pulver oder Granulatkohle. Dies liegt daran, dass der Kontakt von Prozessflüssigkeiten mit Kohlepartikeln, die auf einer Schichten-Matrix immobilisiert sind, wesentlich intensiver ist. 
2. Aufgrund der Tiefe bzw. Dicke der Aktivkohleschicht kann der Aufbau als mehrlagige Schicht an PAK betrachtet werden. Die obersten Schichten des Aktivkohleschichtenmaterials kommen als erste mit der zu behandelnden Flüssigkeit in Kontakt und sind als erste mit Verunreinigungen gesättigt, je mehr Flüssigkeit diese Schichten passiert. Die nachfolgenden Schichten weisen immer noch freie Adsorbtionsfläche und Adsorptionskapazität auf, die mit zunehmender Tiefe zur Abströmseite hin Medien zunimmt. Die zu behandelnde Flüssigkeit durchströmt diese Bereiche mit freien Adsorptionskapazitäten so lange bis die Adsorptionsfähigkeit der Kohle vollständig ausgeschöpft ist.

Aktivkohle hat eine begrenzte Anzahl an freien Bindungsstellen, die während der Behandlung des Kundenprodukts „verbraucht“ werden. Eine Überwachung des behandelten Produktes sollte daher kontinuierlich durchgeführt werden , um festzustellen, wann die Adsorptionskapazität der Schicht bzw. des Moduls erschöpft ist.