PORESPHERE™ AL-H ist ein hochreines Aluminiumoxid–Siliciumdioxid-Gel, das speziell für eine effiziente Feuchtigkeitsadsorption entwickelt wurde. Durch den gezielten Zusatz von Aluminiumoxid erhält es eine deutlich robustere Struktur und eine leicht erhöhte Hydrolysebeständigkeit im Vergleich zu Desiccant-Perlen aus reinem Siliciumdioxid. Dennoch behält es seine hydrophilen Eigenschaften und damit seine hervorragenden Adsorptionseigenschaften bei.
Typ H eignet sich besonders für Anwendungen, bei denen eine sehr hohe mechanische Stabilität und eine zuverlässige Feuchtigkeitskontrolle unter feuchten Bedingungen entscheidend sind – etwa bei der Druckluftaufbereitung, in Offshore- und maritimen Anwendungen oder in der Industrie für Spezialprozesse.
Im Gegensatz zu PORESPHERE™ AL-W ist AL-H aufgrund seines geringeren Aluminiumoxidgehalts nicht für den direkten Kontakt mit Wasser geeignet.
Mikrostruktur & Porenstruktur
PORESPHERE™ AL-H ist ein speziell entwickeltes, weitporiges Silicagel, das auf einem amorphen, dreidimensionalen Netzwerk aus Siliciumdioxid (SiO₂) basiert. Im Unterschied zu herkömmlichem Silicagel enthält es etwa 3,4 % Aluminiumoxid (Al₂O₃), welches die chemische Zusammensetzung und Oberflächenpolarität gezielt verändert. Das Material weist eine verbreiterte Porenstruktur mit einem hohen Anteil an Mesoporen (2–50 nm) auf. Dadurch ist es etwas weniger hydrophil als Typ N, bietet jedoch eine höhere mechanische Festigkeit.
Neben der Adsorption über Hydroxylgruppen (–OH) kann Wasser auch durch Kapillarkondensation in den größeren Poren gebunden werden.
Die lokale Bildung von Si–O–Al-Bindungen (Aluminolgruppen) neben den üblichen Si–O–Si-Brücken (Silanolgruppen) führt zu energetisch stabileren, chemisch widerstandsfähigeren Heteroatom-Bindungen. Dadurch wird sowohl die hydrothermale als auch die mechanische Stabilität verbessert und die Lebensdauer des Materials verlängert.
Die Veränderung der Porenstruktur verschiebt die Verteilung in Richtung mittlerer und größerer Poren (Meso- und Makroporen) innerhalb der Granulate. Diese verringern mechanische Spannungen, erhöhen die Bruchfestigkeit und Hydroresistenz und ermöglichen eine schnelle Wasseraufnahme in großen Mengen.
Somit ist PORESPHERE™ AL-H ideal für anspruchsvolle Feuchtigkeitsbedingungen geeignet, bei denen hohe strukturelle Stabilität und zuverlässige Adsorption gefordert sind – beispielsweise in der Gas- und Drucklufttrocknung oder in Offshore-Anwendungen. Die Perlen können unter hohem Druck und bei großen Durchflussraten eingesetzt werden, was jedoch die Lebensdauer leicht verkürzen kann.
Adsorptionsverhalten
PORESPHERE™ AL-H zeichnet sich durch physikalische Adsorption (Physisorption) an seiner Oberfläche aus. Dabei binden sich Wassermoleküle über Dipol-Dipol-Wechselwirkungen und Wasserstoffbrücken an die Silanolgruppen (Hydroxylgruppen) des Silicagels. Die Adsorptionskapazität hängt stark von der spezifischen Oberfläche, der Porengrößenverteilung und der chemischen Zusammensetzung des Materials ab.
Da der Aluminiumoxidanteil relativ gering ist, übernehmen die Silanolgruppen weiterhin die Hauptrolle bei der Bindung der Wassermoleküle. Diese stark polaren Gruppen ziehen Wasser effektiv an und sorgen für eine hohe Aktivität bei niedriger bis mittlerer Luftfeuchtigkeit. Aufgrund der weiten Poren ist dieser Effekt bei niedriger Luftfeuchte jedoch weniger ausgeprägt und zeigt sich erst bei höheren Feuchtigkeitswerten deutlich.
Die wenigen vorhandenen Aluminolgruppen stabilisieren zusätzlich die Oberfläche der Trocknungskugeln, reduzieren mechanische Spannungen in den Porenwänden und erhöhen die hydrothermale Beständigkeit. Dadurch wird ein struktureller Abbau des Materials bei höherer relativer Feuchte teilweise verhindert.
Durch die weitporige Struktur besitzt AL-H eine hohe Adsorptionsgeschwindigkeit und kann große Wassermengen schnell aufnehmen. Allerdings erreicht es seine Gleichgewichtsbeladung auch schneller und muss daher häufiger regeneriert werden. Die Porenweite (eng/weit) stellt zugleich das Hauptunterscheidungsmerkmal zu PORESPHERE™ AL-N dar.
Temperaturabhängigkeit
| Temperatur / C° | |
| < 20 | Adsorption etwas schwächer, da die Oberfläche bei niedrigen Temperaturen weniger aktiv ist. |
| 20 – 60 | Stabile Leistung; Adsorptionsverhalten bleibt konstant. |
| > 60 | Adsorption etwas schwächer, da die Oberfläche bei niedrigen Temperaturen weniger aktiv is |
Abhängigkeit von der Luftfeuchtigkeit
| Relative Feuchtigkeit | |
| < 20%RH | Geringe Wasseraufnahme wegen weniger stark polarer Zentren. |
| 20 – 60%RH | Allmähliche Zunahme der Adsorption – sowohl Oberflächengruppen als auch Poren tragen bei. |
| > 60%RH | Maximale Leistung – große Poren füllen sich durch Kapillarkondensation, ohne die Struktur zu beschädigen. |
Regeneration
Die Adsorption von Wasser in Silicagel ist ein rein physikalischer und vollständig reversibler Prozess, der als Regeneration bezeichnet wird. PORESPHERE™ AL-H kann bei einer Temperatur von etwa 140 °C regeneriert werden, wobei die Granulate mehrere Stunden lang auf dieser Temperatur gehalten werden müssen. Temperaturen unter 100 °C reichen für eine vollständige Regeneration nicht aus, während Temperaturen über 180 °C die Porenstruktur schädigen können. Abhängig von der Anwendung und den Reinheitsanforderungen stehen verschiedene Regenerationsmethoden zur Verfügung.
Thermische Regeneration
Die thermische Regeneration von Silicagel kann entweder mit Heißluft (z. B. in Öfen) oder – bei besonders sensiblen Prozessen – mit inerten Gasen wie Stickstoff (N₂) oder Argon (Ar) durchgeführt werden. Beim Erhitzen werden die adsorbierten Wassermoleküle aus den Poren und von der Oberfläche freigesetzt. Ohne die Unterstützung eines Trägergases besteht jedoch die Gefahr, dass diese Moleküle erneut adsorbiert werden: Sie verlassen zwar die Poren, verbleiben aber in unmittelbarer Nähe und können kurz darauf wieder aufgenommen werden.
Ein kontinuierlicher Strom aus inertem Gas sorgt dafür, dass die freigesetzten Wassermoleküle effizient aus dem Adsorberbett entfernt werden. Gleichzeitig senkt das Inertgas den Wasserdampf-Partialdruck und ermöglicht so die zuverlässige Entfernung auch tief in den Poren gebundener Feuchtigkeit.
Der Einsatz inerer Gase bietet zudem Vorteile bei Prozessen mit brennbaren Gasen, Lösungsmitteln oder empfindlichen Chemikalien, da Sauerstoff zu Oxidation, Zersetzung oder sogar Explosion führen könnte. Stickstoff und Argon sind chemisch inert, reagieren weder mit dem Silicagel noch mit den adsorbierten Molekülen und gewährleisten dadurch eine saubere und sichere Regeneration. Besonders trockenes Stickstoffgas mit sehr geringer absoluter Feuchte kann Wasserdampf äußerst effizient aufnehmen und abführen.
Typische Einsatzgebiete der thermischen Regeneration sind industrielle Trocknungsanlagen und Gasaufbereitungsprozesse, bei denen eine zuverlässige Feuchtigkeitskontrolle und eine langfristige Materialnutzung entscheidend sind. In technischen Adsorbern erfolgt die Regeneration häufig im Wechsel- oder Doppelkammersystem – wie etwa in Drucklufttrocknern: Während eine Kammer Feuchtigkeit adsorbiert, wird die andere durch einen Teil der bereits getrockneten Luft erhitzt und regeneriert. Dieses kontinuierliche Verfahren gewährleistet eine ununterbrochene Versorgung mit trockener Luft.
Vakuumregeneration
Bei der Vakuumregeneration wird der Druck im Adsorberbett reduziert. Dadurch wird die Bindung zwischen Wassermolekülen und der Porenoberfläche geschwächt, was das Verdampfen der Feuchtigkeit bereits bei relativ niedrigen Temperaturen ermöglicht. Dieses Verfahren ist besonders energieeffizient und materialschonend und eignet sich daher ideal für temperaturempfindliche Anwendungen.
Der Nachteil liegt im höheren technischen Aufwand, da Vakuumpumpen und druckbeständige Systeme erforderlich sind.
