Was ist ein poröses Medium?
Ein poröses Medium ist eine Substanz, die Poren oder Zwischenräume zwischen festem Material enthält, durch die Flüssigkeit oder Gas hindurchtreten können. Beispiele für natürlich vorkommende poröse Medien sind Sand, Erde und einige Arten von Steinen wie Bimsstein und Sandstein. Schwämme, Keramik und retikulierter Schaum werden auch zur Verwendung als poröse Medien hergestellt. Die Einsatzmöglichkeiten dieser Materialien in Wissenschaft, Industrie und Alltag sind vielfältig, obwohl sie vielleicht am häufigsten als Filter eingesetzt werden.
Physikalisch kann ein poröses Medium von anderen Materialien - einschließlich anderer poröser Medien - durch seine Porosität oder die Größe seiner Poren unterschieden werden. Materialien mit geringer Porosität sind weniger durchlässig und weisen typischerweise kleinere Poren auf, was den Durchtritt von Gas oder Flüssigkeit erschwert, während Materialien mit hoher Porosität große Poren aufweisen und leicht durchlässig sind. Die Porosität spielt beim Filtern eine wichtige Rolle, da die Poren klein genug sein müssen, um sie effektiv einzufangen, wenn Partikel durch ein poröses Medium entfernt werden müssen. Geologen berücksichtigen auch die Porosität des umgebenden Steins und Bodens bei der Beobachtung von Öl- und Erdgasspeichern. Erdgas, das in Steinen mit geringer Porosität eingeschlossen ist, wird als "dichtes Gas" bezeichnet und ist schwieriger zugänglich als andere Reserven.
Die Porosität reicht von einem geringen Anteil an dichtem Schiefer und Sandstein bis zu etwa 50% in Sand und bis zu 70% in Ton. Künstliche Materialien können noch poröser sein. Beispielsweise hat retikulierter Schaum, ein poröses Medium, das in Klimaanlagenfiltern und Kosmetikapplikatoren verwendet wird, eine Porosität von bis zu 98%.
Eine der häufigsten Anwendungen poröser Medien in Wissenschaft und Industrie ist die Filtration. In Produktionsanlagen können diese Materialien verwendet werden, um Gase oder Flüssigkeiten entweder mechanisch durch Abfangen von Partikeln oder chemisch durch selektives Entfernen bestimmter Verbindungen zu filtern. Die zu filternde Substanz wird durch das poröse Medium gesiebt und wird gereinigt, wenn sie durch die Poren im Material gelangt. Beispiele für industrielle Verwendungen dieses Verfahrens umfassen die Wasseraufbereitung und Erdölraffination.
Poröse Medien werden auch häufig in Aquakultur- und Heimaquariensystemen verwendet. Kohlefilter, die aus poröser Aktivkohle bestehen, werden in Aquarien eingesetzt, um unerwünschte organische Verbindungen und Metalle aus dem Wasser zu absorbieren. Aktivkohle ist ein Beispiel für chemische Filtration, aber auch mechanische Filtration ist möglich. Im letzteren System filtert ein poröser Schwamm Partikel mechanisch heraus und schafft eine sauberere Umgebung für die Organismen im Tank.