Gutachten für Geruchskiller aus Metall


Wirkungsweise der Zielonka-Geruchskiller (Edelstahl) wurde von Dr. Hubert Kuhn,
AlCove Molecular Dynamics GmbH, Am Wiesenbusch 2, 45966 Gladbeck getestet.

Chemie der Geruchsstoffe

Bestandteile geruchsaktiver Stoffe sind Schwefelwasserstoff, Thiole, Thiother,
Ammoniak, Amine sowie Buttersäure und Buttersäurederivate.Schwefelwasserstoff,
Thiole und Thiother enthalten Schwefel, der partiell negativ geladen ist.

Diese Eigenschaft nennt man auch nukleophil. Im Ammoniak und in Aminen übernimmt
diese Funktion der Stickstoff, Verbindungen mit nukleophilem Schwefel oder Ammoniak
werden in der Regel als extrem übelriechend empfunden.

Diese übelriechenden Substanzen sind häufig Abbauprodukte biochemischer
Vorgänge, die durch Mikroorganismen gesteuert werden. Parfüme und andere
wohlriechende Substanzen werden zumeist der Gruppe der Ketone und Aldehyde
zugeordnet.

Zwiebeln und Knoblauch verursachen intensive Gerüche, die ebenfalls durch eine
Gruppe von Schwefelverbindungen verursacht werden. Zwiebeln und Knoblauch
setzen Propanthiol-S-Oxid frei, das intensiv riecht und mit Wasser zu Schwefelsäure
reagiert, welche dann tränen- und augenreizdend wirkt.

Mechanismus der Geruchsabsorption an Edelstahl

Der Effekt der Geruchsabsorption mit Edelstahl ist bisher phenomenologisch
gefunden und experimentell bestätigt worden. So ist eine desodorierende Wirkung
von Edelstahlmessern hinsichtlich des Knoblauch- und Zwiebelgeruchs allgemein
bekannt. Bisher liegen jedoch keine wissenschaftlichen Erkenntnisse über den
Mechanismus des geruchsabsorbierenden Effektes von Edelstahlen vor.

Es wurde gefunden, dass der Effekt entscheidend von der Oberfläche des
Edelstahls abhängig ist. Eine mikrostrukturierte Oberfläche ist für eine effektive
Geruchsabsorption von entscheidender Bedeutung. Zudem ist die Anwesenheit
von Wassermolekülen notwendig, um eine messbare Geruchsabsorption zu
erzielen.

Prinzipiell sind zwei grundlegende Mechanismen für die Wirkungsweise von
Edelstahl-Geruchsabsorbern denkbar:


        1.   Eine katalytisch induzierte Oxidation der Geruchsmoleküle an der
              Edelstahloberfläche


        2.   eine Adsorption der Geruchsmoleküle an der Edelstahloberfläche

Die Mechanismen werden im folgenden erläutert:

Zu 1.
Die Tatsache, dass eine speziell erzeugte mikro- oder feinstrukturierte Oberfläche
für die Geruchsabsorption bei Edelstahl von essentieller Bedeutung ist, legt den
Schluß nahe, dass eine solche Edelstahloberfläche eine erhöhte Reaktivität und
damit besondere katalytische Eigenschaften aufweist. Es ist allgemein bekannt,
dass nanokristalline Materialien aus 1-10 nm großen Kristalliten eine ausgeprägte
feinkörnige Struktur besitzen. Diese Materialien zeichnen sich durch eine Vielzahl
von Atomen mit einer ungesättigten Koordinationszahl an der Metalloberfäche
aus. Das bedeutet, dass sich an der Metalloberfläche Regionen mit hochreaktiven
katalytisch wirkenden Zentren ausbilden, die in der Lage sind, bestimmte chemische
Reaktionen auszulösen.

Es wurden speziell für Oxidationsreaktionen Metallkatalysatoren entwickelt, deren
Oberflächenstruktur die Effektivität entscheidend beeinflussen. Die Entwicklung
eines Katalysators aus nanostrukturiertem Gold auf einer Eisenoxidoberfläche am
Osaka National Research Institut in Japan stellt ein Beispiel für die Entwicklung
eines Geruchsabsorbers dar. Dieser Absorber basiert auf der katalytisch
beeinflussten Oxidation von Schwefel- und Stickstoffverbindungen zu neutral
riechenden Produkten.
Es liegt der Schluß nahe, dass die strukturierte Edelstahloberfläche  eine ähnliche
katalytische Wirkung hinsichtlich der Oxidation der Geruchsmoleküle aufweist. Die
aktive Metalloberfläche bindet zunächst die Geruchsmoleküle. Durch elektronische
Effekte an der Metalloberfläche wird dann die Aktivierungsenergie, die für die
Oxidationsreaktion nötig ist, abgesenkt so dass die Oxidationsprozesse ablaufen
können. Die entstehenden Produkte sind nicht gasförmig und wasserlöslich. Sie
können durch Wasser von der Oberfläche gewaschen werden und gelangen nicht
in die Raum- oder Umgebungsluft.

Zu 2.
Es gibt verschiedene Edelstähle, die sich durch ihre Legierungsbestandteile und
Kristallstruktur unterscheiden. Die drei Haupttypen sind Austenit, ferritischer und
martensitischer Edelstahl. Für die Geruchsabsorption ist die chemische
Zusammensetzung von Bedeutung, das heißt, die Legierungsbestandteile sind für
die Bindung von Geruchsmolekülen verantwortlich. Edelstahl besteht neben dem
Hauptbestandteil Eisen z.B. aus Kohlenstoff, Mangan, Phosphor, Silizium, Chrom,
Nickel und Molybdän. Eisen, Mangan und Molybdän besitzen eine hohe Affinität
zum Schwefel. Das bedeutet, das zumindest Geruchsmoleküle, die nukleophilen
Schwefel enthalten, an Edelstahl gebunden oder absorbiert werden. Die Bindung
bewirkt, dass die Geruchsmoleküle  aus der Umgebungsluft nach und nach
eliminiert werden und die Konzentration der Moleküle sich verringert. Ab einem
Schwellwert, der für jedes Geruchsmolekül charakteristisch ist, ist der Geruch
dann nicht mehr wahrnembar. Die Strukturierung der Edelstahloberflächen hat den
Effekt, dass die Oberfläche durch Mikro- oder Nanoporen um ein vielfaches
vergrößert wird und der Absorptionseffekt sich damit verstärkt. Die Anwesenheit
von Wassermolekülen an der Edelstahloberfläche führt zu einer Hydratisierung der
gebundenen Geruchsmoleküle und vermutlich zu einer Oxidation zu Schwefel-
Saürstoff-Säuren, die nicht mehr im gasförmigen Zustand bei Raumtemperatur
existieren. Ein analoger Mechanismus lässt sich für stickstoffhaltige Geruchsmoleküle
sowie für Parfüms aus Aldehyden und Ketonen formulieren.

Zusammenfassung

Gesicherte wissenschaftliche Erkenntnisse über den genauen Mechanismus der
Geruchsabsorption an spezifischen Edelstahloberflächen liegen bisher nicht vor,
obwohl der Effekt unbestritten existiert. Geruchsmoleküle werden, wie hier
diskutiert, entweder chemisch gebunden oder sie werden nach der Bindung durch
Reaktionen (Oxidationen) chemisch umgewandelt. Welcher der beiden Mechanismen
dominiert kann heute noch nicht beantwortet werden.

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