Die Aluminiumatome im Gitter des CAGESPHERE™ 5A-Molekularsiebs erzeugen eine negative Ladung, die von Calciumionen (Ca²⁺) ausgeglichen wird. Diese Kationen wirken als aktive Adsorptionsstellen und ziehen stark polare Moleküle wie Wasser oder Kohlenstoffdioxid an. Polare Bereiche des Moleküls werden von den Ca²⁺-Ionen angezogen, während Moleküle, die Wasserstoffbrücken ausbilden können, gleichzeitig Bindungen zu den Sauerstoffatomen im Zeolith eingehen. Dies führt zu einer stabilen Bindung innerhalb der Poren und ermöglicht eine schnelle Adsorption. Unpolare Moleküle oder solche, die größer als 5Å sind, können die Poren nicht passieren und werden daher kaum adsorbiert.

Abhängigkeit von Temperatur

Die Adsorptionsreaktion ist exotherm, das heißt bei steigenden Temperaturen nimmt die Adsorptionskapazität von Molekularsieb ab. Höhere Temperaturen beschleunigen zwar die Diffusion in die Poren, gleichzeitig wird aber die Bindung an die Kationen schwächer, was in einer geringeren Gleichgewichtsbeladung resultiert. 

<20°C: Die Adsorption ist stark und die Gleichgewichtsbeladung kann je nach Bedingungen seine maximale Kapazität erreichen.

20–50°C: Die Adsorption ist weiterhin effektiv, die Bindungen im Gitter werden jedoch schwächer. Das Material kann immer noch moderat beladen werden.

>50°C: Die Adsorption ist deutlich verlangsamt, da die Reaktion thermodynamisch ungünstig ist. Die Beladung ist ebenfalls gering, da nicht viel Wasser aufgenommen werden kann. 

Abhängigkeit von Luftfeuchtigkeit

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

<20% rF: Da nur wenig Wassermoleküle in der Umgebung vorhanden sind, ist auch die Adsorption langsam und das Material sättigt sich nur langsam, trocknet die Umgebungsluft jedoch sehr präzise. 

20-60% rF: Die Beladung steigt proportional zur Luftfeuchte und die Adsorption wird schneller. 

60% rF: Die Adsorption ist sehr schnell, da viele Moleküle in der Umgebung vorhanden sind, die Trockenperlen sind dafür aber rasch gesättigt.

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™ 3A 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™ 3A 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.