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3.3 Aktivkohlenstoff – hochmikroporöser Kohlenstoff
auch die Oberflächenfunktionalitäten wie C – O, C – O – C, C – O – H und Alkylgruppen eine
entscheidende Rolle spielen, da diese als erstes mit Kaliumhydroxid reagieren und komplexe
Salze wie C – O – K an der Oberfläche des Kohlenstoffs bei einer Temperatur um die 500°C
unter Entwicklung von Kohlendioxid bilden. Diese Zwischenprodukte gehen dann in Kaliumverbindungen
wie K 2 CO 3 und K 2 O über, durch die Reaktion mit dem Kohlenstoff am Rand der
aromatischen Schichten. Letztendlich werden diese Kaliumverbindungen reduziert zu metallischem
Kalium, welches zwischen die aromatischen Schichten interkaliert und als Nebenprodukt
bildet sich Kohlenmonoxid. Nachgewiesen wurde die Interkalation des Kaliums durch
eine Aufweitung des Schichtebenenabstandes von anfänglichen 0.345 nm auf 0.365 nm, was in
der Arbeit von LU et al. [157] detaillierter beschrieben wird. Bei LOZANO-CASTELLÓ et al. [158]
wird das Verhältnis von Reagenz zu Kohlenstoff mit als wichtigster Parameter für den
chemischen Aktivierungsprozess gefunden, jedoch wird auch von LILLO-RÓDENAS et al. [159]
behauptet, dass der Stickstofffluss die Porosität noch in einem höheren Maß beeinflusst, als
das Mischungsverhältnis. Erklärt wird dies durch die begünstigte Bildung von Mikroporen,
durch den Abtransport der entwickelten Gase bzw. eine geringere Konzentration der
Reaktionsgase bedingt eine höhere Mikroporenentwicklung. Auch ist die Waschung mit
destilliertem Wasser oder Säuren nach der Aktivierung ein entscheidender Schritt, da sonst der
Kohlenstoff keine Porosität zeigt. Kaliumsalze bedecken die innere Oberfläche der Kohlenstoffpartikel,
belegen die Nanoporosität und blockieren so die Poreneingänge. Die meisten Kaliumverbindungen
können mit Wasser entfernt werden, allerdings birgt eine Behandlung mit Salzsäure
eine höhere Effektivität in sich, da in der Arbeit von LOZANO-CASTELLÓ et al. [158] eine
Waschung mit Wasser einen resultierenden Aschewert von 7 wt.% erreichte und dagegen eine
mit Salzsäure gewaschene Probe einen finalen Aschewert von unter 1 wt.% aufwies.
3.3.4 STRUKTUR, POROSITÄT UND OBERFLÄCHENFUNKTIONALITÄTEN
STRUKTUR UND POROSITÄT
Die Grundlage für die Struktur von Aktivkohlenstoff bildet zunächst die Struktur und Bindung
des elementaren Kohlenstoffs (vgl. Kapitel 3.3.1). Doch zusätzlich zu diesem strukturbildenden
Kohlenstoffgerüst kommt nun die charakteristische Materialeigenschaft der Porosität.
Ausgehend von einer bereits sehr komplexen Kohlenstoffstruktur des Ausgangsrohstoffes, wie
es beispielsweise JOHN H. SHINN für eine Steinkohle zeigt [160], besteht der Kohlenstoff nach
der Aktivierung aus elementaren Graphitkristalliten, die in willkürlichen Richtungen übereinander
gestapelt sind. Als Porosität wird dann der Raum zwischen diesen graphitischen
Mikrokristalliten bezeichnet. Eine optische Veranschaulichung der regellos im Raum verketteten
Graphitkristallite ist in Abbildung 3.12 dargestellt. Da die menschliche Vorstellungskraft
nicht für Nanostrukturen konzipiert ist, werden immer wieder Bemühungen angestellt, um
diese auf bekannte, makroskopische Formen zu übertragen. Dies wird auch in zahlreichen
Forschungsarbeiten für die Porosität von Aktivkohlenstoffen durchgeführt. Aufgrund dessen
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