Auf der Basis von Naturstoffen (z.B. Holz, Gras, Stroh) und biostämmigen Rohstoffen (Braunkohle, Braunkohlenxylit) wurden Sorptionsmittel hergestellt, die sich sowohl durch gute Handlingseigenschaften als auch durch eine hohe Affinität gegenüber Schwefeldioxid auszeichnen. Es werden als Aktivierungsverfahren die Nassaufschlussmahlung und die Dispergierung von reaktiven Substanzen in einer Trägermatrix vorgestellt. Die Nassaufschlussmahlung von organischen Materialien bewirkt die Erhöhung der Reaktivität, die zur Anlagerung von Schadgasmolekülen ausgenutzt werden kann. Reaktive Substanzen, wie z.B. Löschkalk, lassen sich in Faserstoffen oder Granulaten homogen dispergieren, so dass deren Reaktionspotenzial für die Abscheidung von SO2 vollständig ausgeschöpft werden kann. Die Sorption von Schwefeldioxid wird dabei vorrangig durch chemische Umwandlung des Löschkalkes erreicht. Auf die Sorptionseigenschaften der Materialien haben sowohl stoffspezifische Eigenschaften als auch unterschiedliche Herstellungsparameter und vor allem die Versuchsbedingungen beim Sorptionsprozess entscheidenden Einfluss.

Die Arbeit befasst sich mit der Anwendung der dielektrischen Erwärmung mittels Radiowellen auf unterschiedlichen Gebieten der Umwelttechnik. Im Mittelpunkt stehen die Aufheizung von Schüttbetten aus Adsorbenzien und Katalysatoren sowie die thermisch unterstützte Reinigung kontaminierter Böden und Feststoffe, insbesondere unter dem Gesichtspunkt des Einsatzes bei in-situ-Sanierungsvorhaben. Aus stofflicher Sicht wurde die Erwärmung technisch relevanter Feststoffe wie Aktivkohlen, Molekularsieben (Zeolithen) und anderer Katalysatoren ebenso wie die Behandlung von Modellböden und realen Bodenproben untersucht. Die durchgeführten physikalisch-chemischen Grundlagenuntersuchungen bezogen sich vor allem auf die Fragen, inwiefern sich die Radiowellen-Erwärmung von konventionellen Heizmethoden unterscheidet, ob und unter welchen Bedingungen eine selektive Erwärmung einzelner Feststoffkomponenten (z.B. Katalysatorkomponenten oder Partikel) möglich ist und welchen Einfluss der Wassergehalt und die Temperatur auf den Energieeintrag, den Schadstofftransport sowie den Prozess der Schadstoffdesorption besitzen. Der verfahrenstechnische Aspekt der Arbeit umfasst die Entwicklung der Methode der Radiowellen-Erwärmung vom Labor- bis in den Feldmaßstab, die Entwicklung und den Test eines praxistauglichen und automatisierten Systems zur Feststofferwärmung, die simultane Anwendung mehrerer Frequenzen elektromagnetischer Felder zur optimierten Erwärmung mit größerer Temperaturhomogenität, die Erprobung unterschiedlicher Elektrodengeometrien sowie die Durchführung von Sanierungsvorhaben mit Modellcharakter.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Herstellung geformter Adsorbentien aus den Agrarreststoffen Reisstroh und Bagasse. Dazu wurde eine neue Prozessroute entwickelt, anhand welcher die Ausgangsstoffe zunächst pelletiert und anschließend pyrolysiert werden. Ziel ist es ein Produkt mit hoher mechanischer Festigkeit (Ball Pan Hardness) > 80 % und spezifischer Oberfläche > 300 m2/g zu erzeugen. Dies ist durch die Auswahl geeigneter Mischungszusammensetzungen, die Anpassungen der Pelletierparameter und des Pyrolyseregimes möglich. Zusätzliche Aktivierungsschritte führen zu einer weiteren Verbesserung der spezifischen Oberfläche. Auf Basis der experimentellen Untersuchungen wurden mittels statistischer Methoden Einfluss- und Zielgrößen in Hinblick auf die anschließende empirische mathematische Modellentwicklung ausgewählt. Damit kann die spezifische Oberfläche anhand von validierten, nicht-linearen Regressionsmodellen mithilfe von Prozessparametern abgebildet werden kann.:Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Symbolverzeichnis 1 Einleitung 2 Grundlagen 2.1 Zusammensetzung und struktureller Aufbau biogener Reststoffe 2.1.1 Aufkommen biogener Reststoffe 2.1.2 Stoffliche Zusammensetzung biogener Reststoffe 2.1.3 Struktureller Aufbau biogener Reststoffe 2.2 Pelletierung biogener Rohstoffe 2.2.1 Wirkungsweise der Pelletierung 2.2.2 Stand der Forschung zur Einflussnahme auf die spezifischen Eigenschaften von Pellets aus biogenen Rohstoffen 2.3 Charakterisierung und Herstellung technischer Adsorbentien 2.3.1 Begriffsklärung, Einteilung und typische Eigenschaften technischer Adsorbentien 2.3.2 Stand der Forschung zu Wandlungsvorgängen und ihren Effekten bei der Herstellung kohlenstoffhaltiger Adsorbentien aus biogenen Rohstoffen 2.4 Ableitung der Aufgabenstellung zur Herstellung von geformten Adsorbentien aus Agrarreststoffen 3 Material und Methoden 3.1 Untersuchte biogene Reststoffe 3.2 Herstellung der Produkte und Begriffsklärung 3.2.1 Herstellung der Biomassepellets 3.2.2 Pyrolyse der biogenen Reststoffe und Pellets 3.2.3 Aktivierung der Biomassen und Formkohlen 3.3 Charakterisierung der Ausgangsstoffe, Zwischenprodukte und Produkte 3.3.1 Stoffliche Zusammensetzung 3.3.2 Mechanisch-physikalische Eigenschaften 3.3.3 Adsorptionsspezifische Eigenschaften 3.4 Vorgehensweise zur empirischen Modellentwicklung 3.5 Fehlerbetrachtung 4 Diskussion der experimentellen Ergebnisse 4.1 Charakterisierung der eingesetzten Rohstoffe 4.2 Auswahl geeigneter Mischungszusammensetzungen und Pelletierbedingungen zur Herstellung von Formkohlen 4.3 Einfluss der Pyrolysebedingungen auf die Eigenschaften der Formkohle 4.3.1 Einfluss des Pelletwassergehaltes auf die spezifische Oberfläche der Formkohlen 4.3.2 Einfluss des Pyrolyseregimes auf die spezifische Oberfläche der Formkohlen 4.4 Einfluss von Aktivierungsschritten auf die Eigenschaften der Formaktivkohlen 4.4.1 Einfluss der chemischen Aktivierung der Biomassen 4.4.2 Einfluss der Aktivierung der Formkohlen 5 Empirische mathematische Modellentwicklung 5.1 Auswahl relevanter Einflussgrößen und Zielgrößen für die empirische Modellentwicklung 5.2 Modellentwicklung zur Abbildung der spezifischen Oberfläche anhand ausgewählter Einflussgrößen 6 Zusammenfassung und Ausblick 7 Literatur 8 Anhang A. Recherche zur Zusammensetzung ausgewählter Agrarreststoff B. Übersicht über ausgewählte, wissenschaftliche Veröffentlichungen zur Herstellung von Biomassepellets C. Übersicht über ausgewählte, wissenschaftliche Veröffentlichungen zur Aktivierung von (pyrolysierten) Agrarreststoffen D. Übersicht über ausgewählte, wissenschaftliche Veröffentlichungen zur Herstellung (geformter) Kohlenstoffadsorbentien aus Reisstroh und Bagasse E. Übersicht über die Ball Pan Hardness und spezifische Oberfläche kommerziell erhältlicher Form(aktiv)kohlen F. Übersicht über die genutzten Messgeräte und die zugehörigen Messfehler G. Zusammensetzung der Aschen aus Bagasse und Reisstroh H. Übersicht über ausgewählte Charakteristika der hergestellten Formkohlen und kommerziell erhältlicher Produkte