PORESPHERE™ AL-H zeichnet sich durch eine physikalische Adsorption (Physisorption) an der Oberfläche und durch einen Zusatz an Aluminiumoxid (Al₂O₃) aus. Die Wassermoleküle werden über Dipol-Dipol-Wechselwirkungen und Wasserstoffbrückenbindungen an die Silanolgruppen (Hydroxylgruppen) des Silicagels gebunden. Die Adsorptionskapazität hängt dabei stark von der spezifischen Oberfläche, der Größenverteilung der Poren und der chemischen Zusammensetzung des Materials ab.

Der Alumina-Anteil ist gering, sodass die Silanolgruppen weiterhin die Hauptrolle bei der Bindung der Wassermoleküle spielen. Diese stark polaren Gruppen ziehen Wassermoleküle normalerweise effektiv an und sorgen für eine hohe Aktivität bei niedriger bis mittlerer Luftfeuchtigkeit. Durch die weiten Poren ist dieser Effekt bei PORESPHERE™ AL-H bei niedrigen Luftfeuchten jedoch noch nicht ausgeprägt und setzt erst später ein. Gleichzeitig stabilisieren die wenigen Aluminolgruppen die Oberfläche der Trockenperlen, reduzieren mechanische Spannungen in den Porenwänden und erhöhen die hydrothermale Stabilität. Dadurch wird ein Zerfall der Struktur bei höheren relativen Luftfeuchten im Zweifel zumindest teilweise verhindert.  

Durch seine weite Porenstruktur bietet AL-H eine hohe Adsorptionsrate und kann schnell viel Wasser aufnehmen, erreicht dabei aber auch schneller seine Gleichgewichtsbeladung und muss wieder regeneriert werden. Die Porenstruktur (engporig/weitporig) ist hierbei auch das Haupt Differenzierungsmerkmal zum PORESPHERE™ AL-N.

Temperatur Abhängigkeit:

Die Adsorptionsleistung von PORESPHERE™ AL-N variiert mit der Umgebungstemperatur:

• <20°C: Die Anfangsadsorption fällt etwas schwächer aus, da die Oberfläche weniger stark polarisiert ist. 
• 20–60°C: AL-H arbeitet stabil und behält seine Adsorptionsleistung weitgehend bei.  
• >60°C: Vergleichsweise hohe Kapazität, da Kapillarkondensation in den Mesoporen die Bindung von Wasser unterstützt.

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Abhängigkeit von Luftfeuchtigeit:

• <20% rF: Die Adsorptionsleistung bei AL-H ist geringer, da die stark polaren Zentren fehlen, die z.B.das AL-N auszeichnen
• 20–60% rF: Die Beladung steigt kontinuierlich an – sowohl die OH-Gruppen als auch die Mesoporen tragen nun zur Wasseraufnahme bei. 
• >60% rF: Hier entfaltet Typ H seine volle Stärke: Kapillarkondensation in den Mesoporen ermöglicht die Aufnahme großer Wassermengen, ohne dass die Struktur der Trockenperlen geschädigt wird. 
  

Regeneration:

Da die Adsorption auf physikalischen Prinzipien beruht (Physisorption), ist sie auch wieder reversibel. Silicagel ist durch eine Temperaturerhöhung vollständig regenerierbar. Bei diesem Prozess werden die gebundenen Wassermoleküle 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 in Kieselsäure-Perlen ist ein rein physikalischer Prozess, der reversibel ist. Dieser Vorgang wird als Regeneration bezeichnet. Unser PORESPHERE™ AL-N kann bei einer Temperatur von 140°C regeneriert werden. Dabei muss das Granulat über mehrere Stunden konstant erwärmt werden. Temperaturen unterhalb von 100°C reichen nicht aus, um die Trockenperlen vollständig zu regenerieren, während Temperaturen über 180°C die Struktur der Poren beschädigen können. Je nach Anwendung und Reinheitsanforderung stehen dabei unterschiedliche Regenerationsverfahren zur Option.   

Thermische Regeneration von Silicagel

Die thermische Regeneration von Silicagel kann entweder durch Heißluft – zum Beispiel in Öfen – oder bei besonders empfindlichen Prozessen mithilfe von Inertgasen wie Stickstoff (N₂) oder Argon (Ar) erfolgen. Beim Erhitzen des beladenen Silicagels werden die Wassermoleküle aus den Poren und von der Oberfläche gelöst. Ohne die Unterstützung eines Trägergases besteht jedoch die Gefahr, dass die Moleküle erneut adsorbiert werden: Zwar verlassen sie die Poren, verbleiben jedoch in der unmittelbaren Umgebung und können kurz darauf wieder aufgenommen werden. Ein kontinuierlicher Inertgasstrom sorgt dafür, dass die freigesetzten Wassermoleküle effizient aus dem Adsorberbett abtransportiert werden. Gleichzeitig reduziert das Inertgas den Partialdruck, wodurch auch tief in den Poren gebundene Feuchtigkeit zuverlässig entfernt wird.

Der Einsatz von Inertgasen bietet zudem Vorteile in Prozessen mit brennbaren Gasen, Lösungsmitteln oder empfindlichen Chemikalien, da Sauerstoff in diesen Szenarien zu Oxidation, Zersetzung oder sogar Explosionsgefahr führen könnte. Stickstoff und Argon sind chemisch inert, reagieren weder mit dem Silicagel noch mit den adsorbierten Molekülen und gewährleisten so eine kontaminationsfreie und sichere Regeneration. Besonders trockener Stickstoff mit niedriger absoluter Feuchte kann den Wasserdampf besonders effizient aufnehmen und abführen.

Typische Anwendungsbereiche der thermischen Regeneration sind industrielle Trockenanlagen und die Gasaufbereitung, bei denen eine zuverlässige Feuchtigkeitskontrolle und die langfristige Nutzung des Materials entscheidend sind. In technischen Adsorbern erfolgt die Regeneration häufig im Wechsel- oder Zweikammerbetrieb, wie es beispielsweise bei Drucklufttrocknern üblich ist. Während eine Kammer Feuchtigkeit adsorbiert, wird die andere Kammer erhitzt und mit einem Teil der bereits getrockneten Luft durchströmt, wodurch sie regeneriert wird. Dieses kontinuierliche Verfahren stellt sicher, dass stets trockene Luft zur Verfügung steht, ohne dass der Prozess unterbrochen wird.

Neben der klassischen thermischen Regeneration gibt es weitere Verfahren, die je nach Prozessanforderung und Materialempfindlichkeit spezifische Vorteile bieten.

Vakuumregeneration:

Bei der Vakuumregeneration wird der Druck im Adsorberbett reduziert. Dadurch schwächt sich die Bindung der Wassermoleküle an die Porenoberflächen, sodass Feuchtigkeit bereits bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen verdampft. Dieses Verfahren ist besonders energieeffizient und materialschonend, eignet sich daher ideal für temperaturempfindliche Anwendungen. Der Nachteil liegt im höheren technischen Aufwand, da Vakuumpumpen und druckfeste Systeme erforderlich sind.