PORESPHERE™ AL-W zeigt ein charakteristisches physikalisches Adsorptionsverhalten an polarisierten Oberflächen, ohne dass chemische Bindungen entstehen (Physisorption). Durch die jeweils partiell negativ und positiv geladenen Teilchen in den Silanol- und Aluminolgruppen und den daraus entstehenden Dipolcharakter werden stark polare Wassermoleküle gezielt an der Oberfläche angezogen. 

Durch die größere Anzahl an Mesoporen im Vergleich zu engporigem Typ A kann Wasser schnell in das Innere der Perlen diffundieren, was zu einer schnellen Adsorption führt. Die maximale Gleichgewichtsbeladung ist zwar etwas geringer, dafür eignet sich dieses Silicagel besonders für hohe Luftfeuchte oder Prozesse, die schnelle Trocknung erfordern. Silanolgruppen binden Wassermoleküle stark, während die zusätzlich vorhandenen Aluminolgruppen die Struktur der Trockenperlen besonders unter hoher Feuchte stabilisieren und somit ein robustes und verlässliches Adsorptionsverhalten gewährleisten. 

Temperatur Abhängigkeit:

Die Adsorptionskapazität von PORESPHERE™ AL-W ist wie bei jedem anderen Silicagel temperaturabhängig. Bei niedrigen Temperaturen (<20 °C) ist die maximale Aufnahmefähigkeit hoch, die Adsorptionsgeschwindigkeit jedoch geringer. 

Im mittleren Bereich zwischen 20–60 °C entsteht ein optimaler Kompromiss: Die Diffusion in den Mesoporen wird schneller, während die Kapazität noch ausreichend hoch bleibt. 

Oberhalb von 60 °C sinkt die Gleichgewichtsbeladung, die Adsorptionsgeschwindigkeit steigt jedoch, was den Prozess beschleunigt, aber die endgültige Wasseraufnahme reduziert.

Abhängigkeit von Luftfeuchtigeit:

​Die Adsorption hängt ebenfalls stark von der relativen Luftfeuchtigkeit (rF) ab: 

• <20% rF: Wassermoleküle reagieren vorrangig mit den Silanol- und Aluminolgruppen an der Oberfläche. Kleine Poren werden zuerst besetzt, wodurch die Adsorptionsgeschwindigkeit relativ langsam ist.
• 20–60% rF: Wasser dringt zunehmend in die Mesoporen ein, die Adsorption verläuft schneller und gleichmäßiger.
• >60% rF: Die Mesoporen füllen sich rasch, größere Wassermengen können schnell aufgenommen werden, sodass die Adsorption rasch das Gleichgewicht erreicht.

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-W 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.

Durch seine robuste Alumina Struktur hält das PORESPHERE™ AL-W selbst wiederholten Regenerationsvorgängen solide stand und zerfällt nicht. 

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.