In diesem Anwendungshinweis wird erläutert, was Tonerden sind, wie sie als Dampfsperre eingesetzt werden und wie eine BET-Oberflächenmessung als Indikator für ihre Leistung verwendet werden kann.
Tonerde ist besser bekannt als Aluminium-III-Oxid. Poröses Aluminiumoxid wird durch Sintern des Materials bei hohen Temperaturen hergestellt. Aluminiumoxid in Form von Pellets wird in Wissenschaft und Industrie häufig verwendet, um unerwünschtes Wasser und andere Dämpfe abzufangen. Übliche industrielle Anwendungen für Aluminiumoxid-Dampfabscheider sind Kompressoren und Vakuumpumpen. Die Verwendung dieser Ableiter ermöglicht es, dass Luft oder Gase mit dem erforderlichen Massendurchsatz durch den Ableiter in das Gerät strömen, und, was wichtig ist, die Luft wird trocken und frei von Dampfverunreinigungen zugeführt.
Das Aluminiumoxid-Herstellungsverfahren ermöglicht eine gewisse Kontrolle über die Porosität dieser Kügelchen und die daraus resultierende Oberfläche. Es sind die Porosität und die Oberflächeneigenschaften der Aluminiumoxidkügelchen, die sie als Dampfsperre nützlich machen. Diese Materialien haben in der Regel eine Oberfläche von Hunderten von Quadratmetern pro Gramm, gemessen mit der BET-Oberflächenmethode. Die große verfügbare Oberfläche fängt Dämpfe aus dem Gasstrom effizient ab und adsorbiert oder "bindet" sie im Aluminiumoxid.
Mit der Zeit und dem Gebrauch wird das Aluminiumoxid weniger effizient, da die Oberfläche abnimmt und die Porosität verloren geht. Abrieb zwischen den Pellets kann auch zu deren Zersetzung im Abscheider führen, was einen eingeschränkten Luftstrom und einen Verlust an Effizienz zur Folge hat.
Tonerde kann durch Erhitzen in einem Ofen leicht regeneriert werden; dieser Erneuerungsprozess kann jedoch nicht unbegrenzt durchgeführt werden. Die Charakterisierung des regenerierten Materials und der Vergleich seiner Oberfläche mit der des Neumaterials sind entscheidend, um die weitere Verwendung zu beurteilen und den richtigen Zeitpunkt für die Verwendung einer neuen Charge Aluminiumoxid zu wählen. Die Oberfläche des Aluminiumoxids kann mit dem Gasadsorptionsanalysator Micromeritics TriStar und der Anwendung der bewährten BET-Methode leicht bestimmt werden.
Bei dieser Technik wird die Probe zunächst durch Wärmezufuhr und Evakuierung oder durch einen fließenden Inertgasstrom von Verunreinigungen befreit. Die Probe wird auf dem Gerät bei kryogenen Temperaturen analysiert, und die Stickstoffgasmenge, die für eine einschichtige Bedeckung der verfügbaren Oberfläche erforderlich ist, wird vom TriStar bestimmt.
Zu diesem Zweck wird eine Isotherme aufgenommen, die zeigt, wie der Druck über der Probe mit der von der Probe aufgenommenen Gasmenge variiert. Die Erfassung der gesamten Isotherme ermöglicht es uns, nicht nur die Oberfläche der Probe zu messen, sondern auch ihre Porengrößenverteilung bis zu 300 nm und, falls erforderlich, eine Messung des Gesamtporenvolumens (TPV) zu erhalten.
Die Isothermen in Abbildung 1 für frisches Aluminiumoxid (A) und für gebrauchtes Aluminiumoxid (B) zeigen, dass die Adsorptionskapazität des frischen Aluminiumoxids mit der Verwendung deutlich abnimmt.
Die Oberfläche der Probe kann jedoch einfach und schnell mit der BET-Methode unter Verwendung der zwischen 0,05 und 0,2 Relativdruck gesammelten Daten bestimmt werden. Der Wert für die BET-Oberfläche wird anhand der Werte für die Steigung und den Achsenabschnitt der BET-Transformationskurve zusammen mit der Probenmasse und genau definierten physikalischen Konstanten berechnet, wie in diesem Beispielbericht gezeigt.
Die anschließenden Oberflächenergebnisse(Abbildung 3) können mit den Werten für das neue Material(Abbildung 2) verglichen werden, um eine objektive Entscheidung darüber zu treffen, ob das Aluminiumoxid wiederverwendet oder ersetzt werden soll. In diesem Fall zeigt die Analyse der gebrauchten Probe mit der BET-Methode, dass die verfügbare Fläche um mehr als die Hälfte abgenommen hat und das Aluminiumoxid daher wahrscheinlich ersetzt werden sollte.
