Die Aluminiumatome im Gitter des CAGESPHERE™ 4A-Molekularsiebs erzeugen eine negative Ladung, die von Natriumionen (Na⁺) ausgeglichen wird. Diese Kationen wirken gleichzeitig als aktive Adsorptionsstellen und ziehen stark polare Moleküle wie Wasser an. Diese werden dabei von den Na⁺-Ionen im Gitter angezogen, wobei Bereiche mit negativer Ladung im Molekül eine elektrostatische Wechselwirkung mit den Kationen eingehen. Gleichzeitig können Moleküle, die Wasserstoffbrücken ausbilden können, diese Bindungen mit den Sauerstoffatomen im Zeolith eingehen. Dies führt zu einer stabilen Bindung innerhalb der Poren und ermöglicht eine schnelle Adsorption. Unpolare oder zu große Moleküle werden währenddessen kaum adsorbiert, da die Porenöffnung von 4Å nur kleine Moleküle passieren lässt. 

Abhängigkeit von Temperatur

Die Adsorption verläuft exotherm: bei steigender Temperatur nimmt die Adsorptionskapazität ab.

• <20°C: Adsorption ist stark und die Gleichgewichtsbeladung kann nahe der maximalen Kapazität liegen. 
• 20–50°C: Adsorption verläuft immer noch effektiv, die Bindungen an den Na⁺-Kationen werden schwächer und die Beladung ist moderat hoch. 
• >50°C: Die Adsorption ist deutlich reduziert und die Gleichgewichtsbeladung gering, da die Reaktion mit höheren Temperaturen thermodynamisch weniger begünstigt ist.  

Abhängigkeit von Luftfeuchtigkeit

Eine hohe Luftfeuchtigkeit bedeutet eine hohe Beladung mit Feuchtigkeit. Niedrige Luftfeuchtigkeit resultiert in einer langsameren, aber dafür präzisen Adsorption. 

<20% rF: Wenige Wassermoleküle befinden sich in der Umgebung, wodurch eine langsame Adsorption folgt. Das Material sättigt sich langsam, liefert dafür aber sehr trockene Luft. 

20-60% rF: Die Beladung steigt proportional zur Luftfeuchte und das Material wird schneller beladen. 

>60% rF: Die Adsorption ist durch viel Feuchtigkeit in der Umgebung schnell. Gleichzeitig erreicht es auch schnell seine Sättigung. 

Regeneration:

Da die Adsorption auf physikalischen Prinzipien beruht (Physisorption) und die Reaktion exotherm abläuft, ist sie auch wieder reversibel. CAGESPHERE™ Molekularsiebe sind durch eine Temperaturerhöhung vollständig regenerierbar. Bei diesem Prozess werden die gebundenen Wassermoleküle und anderen Stoffe wieder aus den Poren freigesetzt und eine lange Einsatzdauer mit zuverlässiger Performance kann gewährleistet werden. Mehr Informationen dazu im Reiter weiter rechts. 

Die Adsorption von Wassermolekülen ist ein rein physikalischer Prozess, der vollständig reversibel ist. Da das CAGESPHERE™ 4A sehr robust ist, sind über 1000 Regenerationszyklen ohne signifikanten Verlust der Adsorptionskapazität kein Problem. Dieser Vorgang wird als Regeneration bezeichnet und kann durch verschiedene Methoden ausgelöst werden: 

Thermische Regeneration: 

Unser CAGESPHERE™ 4A kann bei einer Temperatur von 300°C regeneriert werden. Dabei muss das Granulat über mehrere Stunden konstant erwärmt werden. Temperaturen unterhalb von 200°C reichen nicht aus, um die benötigte endotherme Reaktion auszulösen, die das Molekularsieb vollständig regeneriert. Temperaturen über 350°C können dagegen das Material und seine Kristallstruktur beschädigen und sollten vermieden werden. Die reine thermische Regeneration ist sehr effektiv, benötigt aber einen hohen Energieaufwand. 

Oft wird zur Regeneration ein Inertgasstrom genutzt. Dieser hat die Aufgabe, den Prozess zu beschleunigen, indem er die gelösten Wassermoleküle direkt abträgt und so eine Resorption vermeidet. Ansonsten könnten sich die nun freien Wassermoleküle direkt wieder am Molekularsieb anlagern. Zusätzlich senkt sich durch den Einsatz von Inertgas der Partialdruck an den Poren und die Feuchtigkeit kann noch effektiver aus dem Trockengranulat gelöst und abtransportiert werden. Durch den Gasstrom kann die Prozesstemperatur etwas gesenkt werden, was in Folge langfristig das Material schützt. 

Druckwechsel- oder Vakuum-Regeneraion: 

Bei der Druckwechseladsorption (PSA) wird der Umgebungsdruck so weit gesenkt (teils bis ins Vakuum), sodass adsorbiertes Wasser einfacher aus den Poren verdampft. Bei einer Drucksenkung auf 0,1 bar sinkt der Siedepunkt von Wasser bereits von 100°C auf 50°C. Der Partialdruck über dem Zeolith sinkt damit und das Gleichgewicht verschiebt sich hin zur Desorption. Diese Methode ist deutlich energieeffizienter, birgt aber das Risiko, dass die Regeneration insbesondere nach einer hohen Sättigung länger dauert und nicht immer vollständig ist. 

Kombinierte Verfahren: 

Hier wird eine Kombination aus leicht erhitzter Luft/Inertgas und Unterdruck genutzt. Der Effekt ist eine schnelle und vollständige Regeneration, die häufig bei industriellen Gas- oder Flüssiggas-Trocknern eingesetzt wird. So wird im Gesamten die Zykluszeit und der Energieverbrauch optimiert.