Adsorption von Inhalationsanästhetika aus trockener und feuchter Atmosphäre an konventionellen und neuartigen Adsorbentien
Die Inhalationsanästhesie ist ein Teilgebiet der Anästhesie, sowohl in der Human- als auch der Veterinärmedizin. Die hierbei am häufigsten verwendeten Inhalationsanästhetika sind die drei halogenierten Ether Iso-, Des- und Sevofluran. Ein Großteil der eingesetzten Anästhetika wird nicht vom Patienten verstoffwechselt, sondern wieder ausgeatmet. Hierdurch, sowie durch Undichtigkeiten an den verwendeten Geräten, können die Inhalationsanästhetika in die Umgebung freigesetzt werden. Im Nahbereich kann das Operationspersonal geschädigt werden, global betrachtet sind fluorierten Kohlenwasserstoffe sehr potente Treibhausgase. Zur Abtrennung der Anästhetika aus der Umgebungsluft kann die Adsorption genutzt werden. In der vorliegenden Arbeit wurde die Adsorption der Flurane aus trockener und feuchter Atmosphäre an verschiedenen Adsorbentien untersucht. Aufbauend auf vorhergehenden Arbeiten wurden je zwei Aktivkohlen, zwei Zeolithe und erstmals auch zwei poröse Bornitride vermessen. An Letzteren wird als eine vielversprechende neue Klasse von Adsorbentien geforscht, welche sich durch eine auf den Anwendungsfall zugeschnittene Porenstruktur und gute thermische und chemische Stabilität auszeichnen sollen. Die Adsorption der Flurane wurde unter verschiedenen Bedingungen vermessen. Es wurden Adsorptionsisothermen von verschiedenen Kohlenwasserstoffen und Fluranen an Bornitriden vermessen und mit Isothermen an konventionellen Adsorbentien verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass die Adsorption der Flurane hauptsächlich durch Dispersionswechselwirkungen in Mikroporen bedingt ist. Sterische Ausschlusseffekte, insbesondere an Zeolithen mit Porengrößen kleiner der kritischen Moleküldurchmesser, verringern die Beladungskapazität deutlich. Mesoporöse Bornitride waren weniger attraktiv für die Adsorption als mikroporöse Adsorbentien. Um die Mechanismen der Koadsorption von Wasser und Anästhetikum identifizieren zu können, wurde eine Studie durchgeführt, bei welcher Adsorptionsisothermen für die drei Flurane an einer mikroporösen Aktivkohle bei 10, 30 und 50 % relativer Feuchte vermessen wurden. Die Beladungskapazität der Flurane nimmt in Abhängigkeit der relativen Feuchte deutlich ab, wobei der Effekt bei kleinen Flurankonzentrationen stärker ausgeprägt ist als bei großen. Wasser blockiert einen Teil des zur Verfügung stehenden Porenvolumens und durch die Koadsorption von Wasser an adsorbierten Fluranmolekülen nimmt die Wasserbeladung zu. Ein graphisches Modell zur Erklärung der verschiedenen auftretenden Mechanismen wird vorgeschlagen. Es wurden an allen Adsorbentien Fluranisothermen bei 50 % relativer Feuchte vermessen. An den mikroporösen und hydrophoben Aktivkohlen und Zeolithen konnte eine Abnahme der Fluranbeladung und eine initiale Zunahme der Wasserbeladung beobachtet werden. Die mesoporösen Bornitride zeigten nur eine geringe Abnahme der Fluranbeladung.
Inhalation anesthesia is a branch of anesthesia in both human and veterinary medicine. The most commonly used inhalation anesthetics are the three halogenated ethers iso-, des- and sevoflurane. A large proportion of the anaesthetics used are not metabolized by the patient, but exhaled again. This and leaks in the equipment used can cause the inhalation anesthetics to be released into the environment. In the immediate vicinity, the operating personnel can be harmed; globally, the fluorinated hydrocarbons are very potent greenhouse gases. Adsorption can be used to separate the anesthetics from ambient air. In this study, the adsorption of fluranes from dry and humid atmospheres was investigated on various adsorbents. Building on previous work, two activated carbons, two zeolites and, for the first time, two porous boron nitrides were investigated. The latter are currently under research as a promising new class of adsorbents, with their pore structure and surface chemistry being tailored to the application while maintaining good thermal and chemical stability. The adsorption of the fluranes was measured under varying conditions. Adsorption isotherms of various hydrocarbons and fluranes were measured on boron nitrides and compared with isotherms on conventional adsorbents. It was shown that the adsorption of fluranes is mainly caused by dispersion interactions in micropores. Steric exclusion effects, especially on zeolites with pore sizes smaller than the critical molecular diameters, significantly reduce the loading. Mesoporous boron nitrides were less attractive for adsorption than microporous adsorbents. In order to identify the mechanisms of coadsorption of water and anesthetic, a study was conducted in which adsorption isotherms for the three fluranes were measured on a microporous activated carbon at 10, 30 and 50 % relative humidity. The loading of the fluranes decreases significantly as a function of relative humidity, with the effect being more pronounced at low flurane concentrations. Water blocks part of the available pore volume and the coadsorption of water on adsorbed flurane molecules increases the water loading. A graphical model is proposed to explain the various mechanisms involved. Flurane isotherms were measured on all adsorbents at 50 % relative humidity. On the microporous and hydrophobic activated carbons and zeolites, a decrease in the flurane loading and an initial increase in the water loading were observed. The mesoporous boron nitrides showed only a slight decrease in the flurane loading.
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