Was sind Molekularsiebe?

Molekularsiebe – auch Molsieb genannt – sind Zeolithe, die überwiegend aus kristallinen Aluminosilikaten bestehen. Sie kommen zustande, wenn Siliciumdioxid und Aluminiumoxid ein dreidimensionales Kristallgitter aus Tetraedern bilden. 

Der Name gibt sofort Aufschluss über die Funktion: Molekularsiebe filtern Moleküle wie ein Sieb. Sie werden immer dann eingesetzt, wenn Feuchtigkeit oder bestimmte Gase und Moleküle aus der direkten Prozessumgebung gefiltert werden müssen. Auch, wenn es auf den ersten Blick wie ein normales Granulat aussieht, zeigt sich unter dem Mikroskop eine ganz besondere Struktur. Innerhalb der Kristallgitter bilden sich unzählige Hohlräume, die nur über strikt definierte Poren zugänglich sind. Moleküle, die klein genug sind gelangen in die Hohlräume, Moleküle die zu groß sind bleiben draußen. So wird eine selektive Stofftrennung  nach Molekülgröße ermöglicht. 

Adsorption vs. Absorption. Ein kleiner aber feiner Unterschied.

Um die Funktionsweise von Molekularsieben zu verstehen, hilft die Unterscheidung zwischen dem Vorgang der Adsorption und der Absorption. Bei beiden werden Moleküle wie z.B. Wasser aufgenommen, aber über andere Wege: 

Molekularsiebe nehmen Moleküle durch das Prinzip der Adsorption auf. Auf einer Oberfläche von bis zu 1250m² pro Gramm Material bilden sich unzählige Poren, in denen sich Moleküle anlagern können. Die Aufnahme der Molekülen erfolgt rein physikalisch ohne chemische Verbindungen (Physisorption). Insbesondere polare Moleküle werden durch van-der-Waals-Kräfte und Dipol-Wechselwirkungen an der Oberfläche des Zeoliths angezogen. Da es sich um einen physischen Vorgang handelt, ist dieser nach Benutzung auch durch das zuführen von (thermischer) Energie wieder reversibel und das Molekularsieb kann wiederverwendet werden. 

Typische Einsatzfelder für Molekularsiebe.

Die Einsatzmöglichkeiten von Molekularsieb sind breit gefächert. Als zuverlässiges Trockenmittel schützt es empfindliche Anlagen und Produkte zuverlässig vor erheblichen Schäden durch Feuchtigkeit oder gewährleistet eine effektive Trennung von Molekülen in anspruchsvollen Adsorptionsprozessen.  

Vorteile gegenüber anderen Trockenmitteln und Adsorbenzien.

Neben Molekularsieben gibt es mit Tonerde (Betonit), Calciumchlorid, Silicagel oder auch aktiviertem Aluminiumoxid weitere gebräuchliche Optionen, die alle individuelle Vor- und Nachteile bieten. 

Molekularsiebe eignen sich vor allem in zwei Szenarien:

• Tiefentrocknung von Feuchtigkeit bis in den ppm-Bereich
• Einsatz bei hohen Umgebungstemperaturen bis 250°C
• Selektive Asdorption bestimmter Stoffe

Damit geht es nicht mehr nur um reine Feuchtigkeitskontrolle als Trockenmittel, sondern auch um eine selektive Adsorption als Adsorbensmittel. Dieser Faktor spiegelt sich auch im höheren Preis wider.

Silicagel dagegen zeichnet sich durch eine vergleichsweise hohe Aufnahmekapazität von Wasser aus und kann bis zu 35% Prozent seines Eigengewichts binden. Das entspricht 350g Wasser bei 1kg Granulat. Die Regeneration ist ebenfalls einfach im Haushaltsofen bei Temperaturen von 120-140°C umsetzbar. 

Im Vergleich zu Calciumchlorid, das sich beim Binden von Wasser teilweise verflüssigt, bietet Molekularsieb den Vorteil, dass es während dem gesamten Prozess formstabil bleibt. Zudem reagiert es nur in seltenen Fällen chemisch mit anderen Stoffen, ist geruchlos und ungiftig. Das macht es im industriellen Umfeld ideal nutzbar, wo Prozesssicherheit eine große Rolle spielt.  

Aktiviertes Aluminiumoxid bietet ebenfalls eine gute Feuchtigkeitsaufnahme, wird aber auch zur Trennung von bspw. Fluoriden eingesetzt. Es fällt ebenfalls weniger in den Bereich der Standard-Trockenmittel, da es aufgrund seiner robusten Eigenschaften und geringeren Aufnahmekapazität oft in industriellen Umgebungen mit spezifischen Anforderungen eingesetzt wird. 

Das richtige Molekularsieb für Ihre Anforderungen wählen

Unternehmen, die Molekularsiebe in großen Mengen einkaufen, sollten bei der Auswahl nicht nur auf den Preis achten. Je nach Molekularsieb können verschiedenste Stoffe adsorbiert werden. 

Worauf beim Einsatz von Molekularsieb zu achten ist.

Auch wenn Molekularsiebe viele Vorteile bieten, hängt ihre Wirksamkeit direkt von der richtigen Anwendung ab. Ein wichtiger Punkt ist die initiale Wahl des Typs und der Körnung. Die genau definierte Selektivität von Stoffen und Molekülen bei Zeolithen ermöglicht von Beginn an eine präzise Abstimmung auf das geplante Einsatzgebiet. Kleinporige Körner haben eine größere spezifische Oberfläche und adsorbieren Feuchtigkeit besonders schnell, sind aber schneller gesättigt. Größere Körner reagieren langsamer, sind dafür aber mechanisch robuster, insbesondere bei hohen Volumenströmen in technischen Anlagen. Je nach Prozess- und Anlagengegebenheiten muss hier abgewogen werden. 

Die Verpackung spielt ebenfalls eine entscheidende Rolle. Kleine Beutel, wie sie beispielsweise in Laboranwendungen genutzt werden, müssen atmungsaktiv sein, damit die Feuchtigkeit ungehindert zu den Poren gelangen kann, gleichzeitig aber reißfest und stabil, um ein Austreten der Körner zu verhindern. Für industrielle Anwendungen gibt es Filtergehäuse oder Patronen, die in Geräten eingebaut werden und größere Mengen an Molekularsieb fassen können. Diese Großmengen werden meist in luftdichten Kanistern oder Fässern geliefert. Dabei ist besonders darauf zu achten, dass die Behälter stets verschlossen bleiben, da die Siebe sonst bereits vor der eigentlichen Nutzung Feuchtigkeit aufnehmen und ihre volle Adsorptionskapazität verlieren.

Auch die Umgebungsbedingungen sind relevant. Je höher die Temperatur und die relative Luftfeuchtigkeit, desto stärker kann die Adsorptionsleistung variieren.

Greifen Sie im Zweifel immer auf die Angaben aus den mitgelieferten technischen Datenblättern zurück und halten Sie sich immer an die Anweisungen, die dem ebenfalls mitgelieferten Sicherheitsdatenblatt zu entnehmen sind. 

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