Aktiviertes Aluminiumoxid: Trockenmittel, Adsorbens und Katalysatorträger in einem.
Diese Granulate kommen mit mehreren Talenten. Entdecken Sie, wie ihr Herstellungsprozess und die einzigartige Oberflächenchemie sie ideal für zahlreiche industrielle Anwendungen machen.
Trockenmittel Adsorbens Katalysatorträger Technische Beratung anfragen
Was ist aktiviertes Aluminiumoxid?
Die kleinen Kugeln bestehen wie der Name schon sagt zum größten Teil aus Aluminiumoxid (Al₂O₃). Bei der Herstellung wird der Rohstoff Bauxit zu Aluminiumhydroxid Pulver weiterverarbeitet, welches wiederum zu Kugeln gepresst und bei 400 °C bis 600 °C erhitzt wird. Durch die starke Hitze verdampft das enthaltene Wasser so schlagartig, dass es unzählige kleine Poren und robuste Hohlräume zurücklasst.
Diese Poren bilden eine Oberfläche von bis zu 330m² pro Gramm Material – das ist mehr als ein ganzer Tennisplatz auf einer Fingerspitze. Darauf können sich zukünftig verschiedene Moleküle wie z.B. Wasser oder Schadstoffe anlagern.
Dank dieser besonderen Eigenschaften wird aktiviertes Aluminiumoxid in einer Reihe von industriellen Anwendungen eingesetzt. Unter anderem als robustes Trockenmittel, als Adsorbens zur Aufnahme von z.B. sauren Gasen oder als Katalysatorträger.
Bauxit
Aluminiumhydroxid Pulver
Aktiviertes Aluminiumoxid
Wie werden Moleküle aufgenommen?
Adsorption
= physikalische Wechselwirkungen
Moleküle dringen in die Poren auf der Oberfläche ein, wo sie dank physikalischer Wechselwirkungen festgehalten werden (Physisorption).
Vor allem polare Wassermoleküle gehen dank der elektrostatischen Anziehung eine temporäre Bindung mit der polaren Oberfläche ein.
Da es sich um einen physikalischen Vorgang handelt – wie eine Art Magnetbindung – ist dieser durch das Zuführen von Energie wieder reversibel. Die zuvor aufgenommenen Moleküle können wieder ausgetrieben und das Granulat wiederverwendet werden.
Typische Einsatzfelder für aktiviertes Aluminiumoxid
Aktiviertes Aluminiumoxid ist ein vielseitiges Trockenmittel, das in vielen industriellen Prozessen unverzichtbar ist. Es schützt zuverlässig vor Schäden, die durch unerwünschte Feuchtigkeit entstehen können, und wirkt zugleich als Filtermedium, indem es bestimmte Moleküle selektiv aufnimmt.
Adsorptionstrockner
Wenn große industrielle Mengen Luft oder Gas getrocknet werden müssen, kommen häufig Adsorptionstrockner zum Einsatz.
Die Anlagen bestehen aus zwei miteinander verbundenen Behältern, die mit Trockenmittel gefüllt werden, um das durchströmende Gas-/Luftgemisch zu trocknen.
Fluoridentfernung
Rohwasser enthält teils zu hohe Fluoridkonzentrationen. Bei der Aufbereitung von Trinkwasser muss dieses Fluorid zwingend entfernt werden.
Aktiviertes Aluminiumoxid bindet die im Wasser gelösten Fluorid-Ionen und stellt die Trinkwasserversorgung sicher.
Ethylenentfernung
Ethylen wird während des natürlichen Reifeprozesses von Früchten freigesetzt. In verschlossenen Verpackungen reichert es sich an und beschleunigt die Reifung benachbarter Waren.
Mit Kaliumpermanganat behandeltes Aluminiumoxid adsorbiert und oxidiert das Ethylen und stoppt somit eine zu frühe Reifung.
Als Trockenmittel.
Aktiviertes Aluminiumoxid bietet eine gute Feuchtigkeitsaufnahme, fällt aber weniger in den Bereich der Standard-Trockenmittel. Durch seine robusten Eigenschaften wird es eher in industriellen Umgebungen zur Trocknung von Gas oder auch in Adsorptionstrocknern verwendet. Dort müssen die Kugeln anspruchsvollen Prozessbedingungen standhalten.
Eigenschaft | Tonerde (Betonit) | Calciumchlorid | Silicagel | Molekularsiebe | Aktiviertes Aluminiumoxid |
|---|---|---|---|---|---|
Anwendung | Entfeuchtung | Entfeuchtung | Entfeuchtung | Selektive Adsorption, Tiefentrocknung | Selektive Adsorption, robuste Eigenschaften, Tiefentrocknung |
Feuchtigkeitsaufnahme | Moderat (~20%) | Sehr hoch (~200%) | Hoch (~35%) | Moderat (~25%) | Moderat (~20%) |
Form bei Adsorption | Quillt auf | Verflüssigt sich | Unverändert | Unverändert | Unverändert |
Reaktion mit anderen Substanzen | Bildet chemische Verbindungen | Bildet chemische Verbindungen | Chemisch inert | Chemisch inert | Chemisch inert |
Wiederverwendbar | Regenerierbar | Nein | Regenerierbar | Regenerierbar | Regenerierbar |
Die Details im Überblick.
H₂O-Adsorptionskapazität (25 °C)
rF = 30% 11%
rF = 60% 22%
rF = 80% 30%
Regeneration
Temperatur 200 – 220 °C
Dauer 2–4 hours
Spezifikationen
Porenvolumen 0,5 ml/g
Spez. Oberfläche 330 m²/g
Druckfestigkeit 160 N/Stück
Als Adsorbens.
Aktiviertes Aluminiumoxid wird gewählt, wenn Sie spezifische gelöste oder gasförmige Verunreinigungen entfernen möchten, die eine starke Affinität zur Oberflächenchemie und Porenstruktur haben.
Oberflächenchemie
Die Oberfläche ist mit Hydroxylgruppen (–OH) bedeckt, die mit bestimmten Ionen und polaren Molekülen reagieren oder diese binden können.
Porenstruktur
Es hat eine Mischung aus Mikro-, Meso- und Makroporen, die einen guten Zugang für Moleküle ermöglichen und gleichzeitig viel Oberfläche bieten, an der sie haften können.
Welche Substanzen werden adsorbiert?
Fluorid (F⁻)
Arsen (As(V), fünfwertig)
Phosphat
Oxyanionen
Schwefelverbindungen
Polare organische Verbindungen
Warum gerade diese? Weil sie entweder:
- geladen oder stark polar sind und daher mit der polaren, hydroxylierten Aluminiumoxidoberfläche interagieren.
- klein genug sind, um in die Mesoporen einzudringen und die aktiven Zentren zu erreichen.
In Wasser / flüssiger Phase | ||
Fluorid | F⁻ | Trinkwasser |
Arsenat | H₂AsO₄⁻, HAsO₄²⁻ | Trinkwasser |
Arsenit | As(III) | Trinkwasser |
Phosphate | PO₄³⁻ und verwandte | Regenwasser, industrielle Abwässer |
Chromat | CrO₄²⁻, HCrO₄⁻ | Industrielle Abwässer |
In Gasphase | ||
Wasser | H₂O | Industrielles Trocknen |
Schwefelwasserstoff | H₂S | Abgas, Süßung von Erdgas, Raffinerieabgase |
Schwefeldioxid | SO₂ | Abgas, Rauchgas, Prozessgas |
Fluorwasserstoff | HF | Alkylierungseinheiten, Fluorchemie, H₂O₂-Produktion |
Salzsäure | HCl | Reformierung, Raffinerie-, Prozessgas |
Sauerstoffe | Alkohole, Aldehyde usw. | Gasströme |
Mercaptane | R–SH | Erdgas, Raffineriestrom |
Was macht es anders als Molekularsiebe?
Beide Materialien werden als Adsorbens verwendet, unterscheiden sich jedoch darin, wie und welche Moleküle sie adsorbieren können.
Aktiviertes Aluminiumoxid = „chemischer Magnet“ für bestimmte polare/ionische Substanzen, mit einem schwammartigen Porennetzwerk.
Molekularsieb = „molekularer Türsteher“ mit präzise dimensionierten Türen, die nur bestimmte Moleküle hereinlassen.
Aktiviertes Aluminiumoxid | Molekulare Siebe | |
|---|---|---|
Porenstruktur | Breite Verteilung von Mikro-, Meso- und Makroporen | Einheitliche, streng definierte Porengrößen (z.B. 3Å, 4Å, 5Å, 10Å) |
Selektivität | Oberflächenchemie (polare und ionische Substanzen) | Größenbasierte Trennung |
Wasseraffinität | Am besten bei moderater bis hoher Luftfeuchtigkeit | Am besten bei sehr niedrigen Feuchtigkeitswerten (tiefes Trocknen) |
Mechanische Eigenschaften | Hohe mechanische Festigkeit | Weniger mechanische Festigkeit |
Thermische Eigenschaften | Verwendbar bis 150 °C | Verwendbar bis 250 °C |
Als Katalysatorträger.
In vielen industriellen Katalysatoren ist der aktive Bestandteil teuer und wird nur als dünne, hochdispergierte Schicht benötigt. Der Träger (Unterstützung) ist das feste Rückgrat, das:
die aktive Phase an Ort und Stelle hält
sie über die innere Oberfläche verteilt
mechanische Festigkeit und thermische Stabilität verleiht
Aktiviertes Aluminiumoxid ist einer der häufigsten Träger aus genau diesen Gründen.
Warum wird es verwendet?
Hohe Oberfläche
Oberflächen von bis zu 400 m² bieten Mikro-, Meso- und Makroporen mit vielen Ankerstellen für Metallvorläufer während der Imprägnierung.
Gute thermische & mechanische Stabilität
Hält seine Struktur und Oberfläche bis 700 – 800 °C und widersteht der Sinterung besser als andere Oxide.
Es ist mechanisch robust genug, um hohen Druckabfällen, Vibrationen, thermischen Zyklen und Abrieb standzuhalten.
Einstellbare Oberflächenchemie
Die Oberfläche von γ‑Aluminiumoxid hat sowohl saure als auch basische Stellen. So kann sie mit aktiven Phasen interagieren und bestimmte Oxidationszustände oder Dispersionen stabilisieren.
Sie kann auch modifiziert werden, um die Acidität/Alkalinität für spezifische Reaktionen einzustellen.
Compatible with many active phases
Activated alumina works well with: noble metals (Pt, Pd, Rh, Ru), base metals (Ni, Co, Mo, W, Cu) and metal oxides (TiO₂, V₂O₅, CeO₂, etc.)
Spezielle Imprägnierungen.
Ähnlich wie bei der Verwendung als Katalysatorträger kann aktiviertes Aluminiumoxid mit Kaliumpermanganat (KMnO₄) imprägniert werden, das als Oxidationsmittel wirkt.
Die Kugeln bilden eine poröse Struktur mit großer Oberfläche, an der das Kaliumpermanganat haften kann. Es reagiert chemisch mit vielen reduzierenden und leicht oxidierbaren Gasen.
Lila
Frisches Granulat, bereit zur Oxidation unerwünschter Substanzen.
Braun
Das Kaliumpermanganat hat bereits eine chemische Reaktion durchlaufen. Das Granulat muss ausgetauscht werden.
Adsorption
Schadstoffe wie Ethylen, Formaldehyd, H₂S, Mercaptane, SO₂ und einige VOCs diffundieren in die Poren der Aluminiumoxid-Kugeln und werden an der inneren Oberfläche adsorbiert.
Diese Stoffe sind beispielsweise bei der Kühllagerung von Obst, der Raumluftreinigung oder in industriellen Abluftsystemen von Bedeutung.
Oxidation durch KMnO₄
Sobald der Schadstoff dem Permanganat nahe genug kommt, findet eine chemische Oxidationsreaktion statt.
KMnO₄ wird reduziert, während der Schadstoff zu weniger schädlichen Produkten oxidiert wird.
Bildung fester / harmloser Produkte
Das reduzierte Mangan fällt größtenteils als braunes MnO₂ an.
Weitere Produkte sind typischerweise CO₂, H₂O und einige Kaliumsalze.
Kein Granulat, sondern Pulver.
GIEBEL aktiviertes Aluminiumoxid ist in zwei Formen erhältlich: als Granulat (Kugeln) und als Pulver.
Kugeln |
Pulver | |
Form | Kugeln, normalerweise 3 – 5 mm | Feines Pulver, ca. 10 µm |
Oberfläche | Überwiegend intern | Intern + hohe externe Oberfläche |
Druckabfall | Entwickelt für minimalen Druckverlust | Nicht anwendbar für Adsorptionsbetten |
Anwendungen | Luft- & Gasentwässerung, Wasseraufbereitung, Entfernung von Schadstoffen | Dispersionen, Beschichtungen, Formulierungen, Katalysatorherstellung |
