Giebel Desiccants Logo

Versandkostenfreie Lieferung in DACH (Deutschland, Österreich & Schweiz)

Silica Gel

Was ist Silicagel?

Silicagel ist eines der am häufigsten eingesetzten Trockenmittel. Es besteht zu 99% aus Siliziumdioxid (SiO2). Hergestellt wird es durch die Dehydrierung eines Hydrogels, das aus einer Reaktion von Natriumsilikat und einer Säure entsteht. Silicagel besitzt eine amorphe, ungeordnete Microstruktur und somit eine breite Porenradienverteilung. Aufgrund seiner Polarität gehört Silicagel zu den hydrophilen Adsorbenzien – was sich durch Affinität zu Dipolmolekülen wie z.B. H2O ausdrückt. Der hydrophile Charakter entsteht insbesondere durch die SIOH Gruppen (Silanol) auf der Oberfläche der Nanopartikel. Silicagel ist chemisch neutral und gegen nahezu alle Säuren beständig.

Engporiges & weitporiges Silicagel

Silicagel wird in engporige und weitporige Sorten unterschieden. Engporiges Silicagel hat eine höhere Wasseraufnahme bei niedrigem Partialdruck, während weitporiges Silicagel eine etwas kleinere innere Oberfläche aber zugleich größere Poren besitzt. Beide Silicagele nehmen Wassermoleküle bei hohen Dampfdrücken mehrschichtig durch Kapillarkondensation auf. Engporiges Silicagel wird in der Luftentfeuchtung häufiger eingesetzt. Dank der größeren spezifischen Oberfläche und der höheren Anzahl an Silanolgruppen ist es hydrophiler. Weitporiges Silicagel dient hingegen als “Puffergel” zum Auffangen von Wassertröpfchen.

 

Silicagele im Vergleich

Silicagel Orange-Grün

Silicagel Orange-Grün

  • Korngröße 3-5mm
  • Wasseraufnahme >370ml/kg
  • Farbwechsel bei 10-20% Beladung
  • Schüttdichte 0,75-0,85kg/l
  • Porenvolumen 0,35-0,45ml/g
  • Bruchfestigkeit >200N
  • Spezifische Oberfläche 600-800qm/g
  • Abriebrate <2%
  • Regenerationtemperatur 120°C
Silicagel Orange-Farblos

Silicagel Orange-Farblos

  • Korngröße 3-5mm
  • Wasseraufnahme >370ml/kg
  • Farbwechsel bei 20-25% Beladung
  • Schüttdichte 0,75-0,85kg/l
  • Porenvolumen 0,35-0,45ml/g
  • Bruchfestigkeit >200N
  • Spezifische Oberfläche 600-800qm/g
  • Abriebrate <2%
  • Regernerationstemperatur 120°C
Silicagel Weiß

Silicagel Engporig

  • Korngröße 0,5-1,5mm, 1-3mm, 2-5mm
  • Wasseraufnahme >370ml/kg
  • Kein Farbindikator
  • Schüttdichte 0,75-0,85kg/l
  • Porenvolumen 0,35-0,45ml/g
  • Bruchfestigkeit >200N
  • Spezifische Oberfläche 600-800qm/g
  • Abriebrate <1%
  • Regernerationstemperatur 150-175°C
Silicagel Weiß Weitporig

Silicagel Weitporig

  • Korngröße 2-5mm
  • Wasseraufnahme >900ml/kg
  • Kein Farbindikator
  • Schüttdichte 0,38-0,45kg/l
  • Porenvolumen 0,85-1,0ml/g
  • Bruchfestigkeit >200N
  • Spezifische Oberfläche 350-450qm/g
  • Abriebrate <1%
  • Regernerationstemperatur 150-175°C
Silicagel Weiß Wasserresistent

Silicagel Wasserresistent

  • Korngröße 3-5mm
  • Wasseraufnahme >370ml/kg
  • Kein Farbindikator
  • Schüttdichte 0,60-0,70kg/l
  • Porenvolumen 0,35-0,45ml/g
  • Bruchfestigkeit >70N
  • Spezifische Oberfläche 550-650qm/g
  • Abriebrate <1%
  • Regernerationstemperatur 150-175°C

Silicagel Alumina

  • Korngröße 2-5mm
  • Wasseraufnahme >370ml/k
  • Kein Farbindikator
  • Schüttdichte 0,8kg/l
  • Porenvolumen 0,4ml/g
  • Bruchfestigkeit >200N
  • Spezifische Oberfläche 750qm/g
  • Abriebrate <2%
  • Regernerationstemperatur 140°C

Porenverteilung & Innere Oberfläche

Bei engporigen, mikroporösem Silicagel liegt der Schwerpunkt der Porenradienverteilung bei 1-2 nm (10-20 Å). Bei weitporigem, mesoporösem Silicagel liegt die Porenverteilung bei 2-20 nm (20-200 Å). Die innere Oberfläche kommt bei Silicagel im wesentlichen durch die sehr feinen Mikroporen (0,8-2,0 nm) zustande und repräsentiert die Adsorptionskapazität. Die weiten Makroporen (> 50,0 nm) dienen vor allem dem Transport des Adsorptivs im Adsorbens.

Porenverteilung von Silicagel
Porenverteilung engporiges und weitporiges Silicagel

Gleichgewichtsbeladung

Die Beladung eines Adsorbens wird durch seine Isotherme bei einer festen Temperatur beschrieben. Die Kombination engporiges Silicagel-Wasser entspricht einem konvexen Isothermentyp. Die Isotherme weist einen steilen Anstieg auf. Die Monomolekularbelegung des Silicagels ist bei ca. 30% abgeschlossen, danach findet eine mehrschichtige Belegung der Adsorbensoberfläche sowie Kapillarkondensation statt. Bei einer Adsorptionskapazität von ca. 35% nimmt es ein Plateau ein und steigt nur noch leicht an. Mit zunehmender Temperatur sinkt die Gleichgewichtsbeladung merklich ab.

Adsorptionsisothermen von eng- & weitporigem Silicagel
Adsorptionsisothermen engporiger und weitporiger Silicagele
Isotherme Kurven von Engporigem Silicagel
Isothermen engporiges Silicagel bei 20°C, 40°C, 60°C, 80°C und 120°C

Adsorptionskinetik

Entscheidend für die Verwendung von Silicagel als Trocknungsmittel ist die Bindungsenergie und die Beladungskapazität. Für die 1. Molekülschicht beträgt die Bindungsenergie 5.140 kJ/kmol. Mit zunehmender Beladung auf multimolekularer Ebene sinkt dieser Wert stark ab. Dies resultiert in einer Verlangsamung der Wasseraufnahme in einer Silicagelschüttung.

Die Sorptionsgeschwindigkeit wird durch den Diffusionskoeffizient ausgedrückt. Bei Erhöhung des effektiven Diffusionskoeffizienten richtet sich die Durchbruchskurve einer durchströmten Silicagelschüttung auf und die Massenübergangszone verkürzt sich, wodurch das Silicagel optimaler genutzt wird. Bei dem Stoffsystem Silicagel-Wasser beträgt der effektive Diffusionskoeffizient zwischen 0,5-1,5 x 10-10 m2/s.

Adsorbtionskinetik Kurve
Verlangsamung der Adsorptinsgeschwindigkeit mit zunehmender Beladung

Adsorption weiterer Stoffe

Silicagele adsorbieren neben Wasser auch andere Stoffe. Dabei spielt der sterische Effekt (Siebwirkung) aufgrund der ungleichmäßigen und trichterförmigen Poren keine wichtige Rolle. Hingegen wirken sich der Gleichgewichts- und der kinetische Effekt beim Silicagel stärker aus. Für eine optimale Adsorbensauswahl sollten die Stoffe und deren Diffusionskoeffizienten gegenüber Silicagel bekannt sein.

 

Adsorptionsgleichgewichte binärer Gase:

Gemisch Inertgas Temperatur [°C] Druck [bar]
Stärker gebunden Schwächer gebunden
CO O2 0;100 1
CO2 O2,CO 100 1
H2O C6H6 N1 (1bar) 50 0,001-0,030
C2H4 C2H4 0-40 0,3-19,2
C3H8 C2H4,C3H8 0-40 1
C3H6 C2H4,C3H8 0-40;25 1
i-C4H10 n-C4H10 25 1
C6H6 n-C6H14 Luft (1bar) 70-130 0-0,01
CH3OH nC6H6, H2O N2 (1bar) 50 0,001-0,030
CH3OH C6H6 25 1

Adsorptionsgleichgewichte ternärer Gase:

Gemisch (Bindungskräfte abnehmend) Inertgas Temperatur [°C] Druck [bar]
C3H6 / C3H8 / C2H4 25 1
CH3OH / H2O / C6H6 ON2 (1bar) 50 0,001-0,030

Farbindikatoren

Zur optischen Anzeige der Beladung mit Wasserdampf wird Silicagel mit einem Indikator eingefärbt. Häufig werden pH-Indikatoren eingesetzt. Bei der Adsorption von Wasser an der Oberfläche des Silicagels, ändert sich der pH-Wert. Diese Änderung verursacht eine Farbveränderung des Indikators. Weiterhin kommen Eisensalze und das Schwermetall Kobalt(II)chlorid zum Einsatz.

 

Silicagel Farbindikator Bedenklichkeit
Orange-Grün Methylviolett (pH-Indikator) Unbedenklich
Orange-Farblos Phenolphthalein (pH-Indikator)
Eisen(III)-chlorid (Eisensalz)
Bedenklich
Unbedenklich
Blau-Rosa Kobalt(II)-chlorid (Schwermetall) Bedenklich
Weiß - Unbedenklich

Regeneration

In der Praxis wird als häufigste Regenerationsmethode die Temperaturerhöhung angewendet. Bei der Desorption von Wasserdampf aus Silicagel muss die Temperatur über 100°C liegen. Empfohlen wird eine Regenerationstemperatur zwischen 150°C bis 175°C. Besitzt das Silicagel einen Farbindikator würde er bei diesen Temperaturen beschädigt werden. Daher wird für Silicagel mit Farbindikator eine Regenerationstemperatur von 121°C bis maximal 140°C angegeben.

Alterung von Silicagel

Wird engporiges, farbloses Silicagel mit einer Temperatur von 150°C regeneriert, verringert sich die Gleichgewichtsbeladung nach 100 Zyklen um ca. 20% und der Halbwertdiffusionskoeffizient um 32%. Nach etwa 100 Zyklen erreichen die Gleichgewichtsbeladung und der Diffusionskoeffizient einen Grenzwert, der bis zu 500 Zyklen nicht mehr wesentlich unterschritten wird. Nach ca. 500 Adsorptions-Desorptions-Zyklen nimmt die spezifische Oberfläche von Silicagel von ca. 700 m²/g auf ca. 380 m²/g und somit um fast 45% ab. Die Verringerung der Gleichgewichtsbeladung kommt durch eine Verminderung des Porenvolumens und einer Abnahme der spezifischen Oberfläche zustande.

Entsorgung

Unsere GIEBEL Silicagele können im Hausmüll entsorgt werden. Wir verwenden ausschließlich schwermetallfreie Farbindikatoren. So sind unsere Silicagele gemäß der Gesetzgebung der Europäischen Union (Verordnung EG Nr. 1272/2008) als nicht gefährliche Stoffe eingestuft bzw. nach den EG Richtlinien 67/548/EWG und 1999/45/EG nicht kennzeichungspflichtig.
Wichtig: Für Silicagele, die mit dem Farbindikator Cobalt(II)-Clorid versehen sind, gelten andere Entsorgungsrichtlinien! Der Farbindikator gilt als krebserregend und möglicherweise erbgutverändernd.

×

 

Hallo!

Klick auf einen der untenstehenden Kontakte um den WhatsApp Chat zu starten

× Wie können wir dir helfen?