Wie funktionieren Entrußerbeutel?

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Vom Fragesteller als hilfreich ausgezeichnet

Hi! Cu-Verbindungen werden in der Chemie oft als Oxidationskatalysatoren eingesetzt.

Die genauen Prozesse sind recht komplex, aber im Wesentlichen scheinen die Kupferionen im Kristallgitter ihrer Salze die Umwandlung von molekularen Luftsauerstoff in extrem reaktiven atomaren Sauerstoff zu katalysieren.

D.h. die normalerweise recht hohe Energie (249kJ/mol), die gebraucht wird um das O2 zu spalten wird stark reduziert und steht der Umsetzung von Ruß mit Sauerstoff zur Verfügung (bzw. muss nicht aufgebracht und damit der Gesamtreaktion entzogen werden).

Das Ammoniumchlorid sublimiert in das Verbrennungsgas und zersetzt sich bei höheren Temp zu HCl und NH3. Keine Ahnung warum es zugegeben wird, vermutlich um den Cu(II)Chlorid Kat zu regenerieren.

Ok, danke für die gute Antwort, gut erklärt! DH Inwiefern regeneriert das NH4Cl den Kat denn? Ist das zu komplex oder kannst du mir das erklären?

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@Raketenfritze

Ich musste jetzt auch erst mal den Holleman-Wiberg aufschlagen; hier mein bester Vorschlag:

CuCl2.2H20 (Cu-chlorid-Dihydrat)wird bei T>100°C flüssig und geht in die wasserfreie Form, CuCl2 über.

CuCl2 siedet bei 993°C und geht dann mit den Brandgasen in den Kamin (wobei mit Sicherheit schon vorher ein Teil des Kupferchlorids mitgerissen wird).

Im Brennofen und dem Kamin besteht ein drastisches T-Gefälle von ca. 1000° max im Brennraum bis ca. 200°C am Kaminausgang.

Meine Vermutung ist, dass sich das CuCl2 aus dem Brennraum rasch im Kamin niederschlägt und dort die Verbrennung des Rußes katalysiert.

Bei sehr hohen Temperaturen (also vermutlich auch beim Abbrennen des Rußes und zum Teil im Brennraum) entsteht Kupferoxid:

2CuCl2 +O2 -> 2CuO +2Cl2

Das Ammonimchlorid sublimiert bei relativ niedrigen Temperaturen und schlägt sich entlang des T-Gradienten im Kamin nieder.

Bei höheren Temperaturen zersetzt es sich:

NH4Cl -> NH3 + HCl

HCl reagiert mit dem CuO wieder zum Chlorid:

CuO + 2HCl -> CuCl2 + H2O

Ein anderer Nebenprozess bei höheren T, wäre die Reduktion des gebildeten CuO

2CuO + C ->2Cu + CO2

Das Kupfer würde mit HCl wieder zu CuCl2 reagieren.

Noch ein potentieller Nebenprozess wäre die Hydrolyse von CuCl2 im kalten Teil des Kamins, wo sich Kondenswasser im Soot gebildet hat.

Es entsteht Cu(OH)2 und HCl. Bei Erhitzen würde das Hydroxid zum Cu(II)Oxid überführt und könnte dann mit HCl (aus dem Ammoniumchlorid) wieder zu CuCl2 reagieren.

Man muss sich also eine Vielzahl von Reaktionen vorstellen die im Verbrennungsraum und dem Kamin je nach Temperaturentwicklung stattfinden, aber die eigentliche Kernreaktion um die Katalyse wäre die CuCl2/CuO Umsetzung.

Mit anderen Worten kann man sich also die katalytische Oxidation und alle Begleitprozesse als auf einen bestimmten T-Bereich limitiert vorstellen, der mit dem Temperaturgradienten vom Brennraum zum Kaminende wandert.

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