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Herstellung hochaktiver Gele Vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung
von Mitteln zur Adsorption von Wasserdämpfen. Es. ist bekannt, daß Kieselsäuregele
ein gutes Adsorptionsvermögen für Wasserdampf bei niedrigen Partialdrucken besitzen.
Die Erfindung strebt an, die Wirksamkeit der Adsorbentien zu erhöhen.
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Es wurde gefunden, daß die Adsorptionsfähigkeit der Kieselsäuregele
für Wasserdampf dadurch erhöht wird, daß sie mit einem Entwässerungsmittel, wie
starke Schwefelsäure, Metaphosphorsäure, entwässertes Kupfersulfat, Aluminiumsulfat
u. dgl., imprägniert werden. Das feinporöse Gel läßt sich auf verschiedene Weise
mit dem Entwässerungsmittel beladen. Einmal wird das körnige warme Endgel bei über
15o° mit einer heißen Lösung des Imprägnierungsmittels, dessen Temperatur etwa 65°
beträgt, zusammengebracht. Die Mischung läßt man einige Zeit, etwa 15 Minuten oder
länger, stehen und entfernt die überschüssige Lösung aus dem Gel. Danach wird das
Gel bei etwa 2oo° C annähernd 3 Stunden getrocknet. Bei niedrigen Temperaturen arbeitet
die Trocknung natürlich länger. Mit dieser Maßnahme wird die teilweise Entwässerung
des Imprägniermittels und Entfernung der überschüssigen Feuchtigkeit aus dem Gel
bezweckt. Die Trocknung und Aktivierung, die bei 315 bis 370° während 3 Stunden
durchgeführt wird, können in einem Arbeitsgang zusammengefaßt werden. Hierdurch
wird die möglichst weitgehende Entwässerung des aufgenommenen Imprägnierungsmittels
und die Herabsetzung der Restfeuchtigkeit des Geles auf annähernd 3 bis q. 0/" erreicht.
In diesem Zustand entfaltet das Gel seine größte adsorptive Wirkung.
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Das Kiesels äuregel und die Imprägnierungslösung werden heiß zusammengebracht,
da hierbei der Zerfall der körnigen Mässe -auf ein Mindestmaß beschränkt wird.
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Bei Verwendung von Schwefelsäure als Imprägniermittel empfiehlt es
sich,- mit konzentrierter Säure zu arbeiten. Kieselsäuregele mit einem Gehalt von
5'1, Schwefelsäure, bezogen auf ioö°/oige Säure, haben sich sehr gut bewährt. Wenn
man -die Gele mit anderen Mitteln imprägniert, erweist es sich als zweckmäßig, das
Gel mit 5 bis i o % seines Trockengewichts zu beladen, doch braucht man sich nicht
auf diese Mengenverhältnisse zu beschränken. Um das Gel mit diesen Ent wässerungsmitteln
"zu tränken, wird es körnig in eine genügend konzentrierte Lösung des Mittels eingetragen.
Wenn man von einer Kupfersulfatlösung ausgeht, verwendet man
am
besten eine solche, die 30 °4 CU S O4# 5 Hz O enthält, so daß das Gel nach der Imprägnierung
einen Gehalt von io °/o des Sulfats auf-,veist. Kupfersulfat eignet sich ausgezeichnet
zum Imprägnieren solcher Gele, die zur Aufnahme von Wasserdampf bestimmt sind. Diese
Verbindung enthält gewöhnlich 5 M01. Kristallwasser und wird bei ungefähr i55° wasserfrei.
Im wasserfreien oder teilweise entwässerten Zustande ist Kupfersulfat ein vorzügliches
Entwässerungsmittel, da es Wasser aufnimmt, bis der angegebene Kristallwassergehalt
erreicht ist. Kupfersulfat zersetzt sich bei ungefähr 65o° in Kupferoxyd und Schwefeltrioxyd.
Dieser Wärmegrad liegt weit oberhalb der zur Reaktivierung des Kupfersulfats erforderlichen
Temperatur. Aus diesem Grunde ist Kupfersulfat für den vorliegenden Zweck besonders
geeignet.
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Das Imprägniermittel läßt sich dem Gel auch in einer Vorstufe des
Herstellungsverfahrens zuführen. Wenn man zur Herstellung eines Kieselsäuregels
Natronwasserglas und Säure in den richtigen Konzentrationsünd Mengenverhältnissen
innig mischt, erhält man ein Sol. Die Viskosität des Soles nimmt allmählich zu,
und nach einiger Zeit erstarrt die ganze Masse zu einem homogenen gallertigen Körper,
dem Hydrogel, das in Stücke gebrochen, gewaschen und getrocknet wird. Das Hydrogel
enthält vor dem Trocknen annähernd 9o °/o Wasser und nach dem Trocknen ungefähr
3 bis 12 %. Das ausgewaschene Hydrogef wird in eine Lösung des Imprägniermittels
eingetaucht und bleibt in d'er Lösung 11, Stunde oder länger, bis letzteres
in der gewünschten Menge aufgenommen ist. Dann wird die Masse getrocknet. Zu diesem
Zweck leitet man Luft von i2o° über das zerkleinerte Gel und erhöht nach einiger
Zeit die Temperatur langsam auf 300 bis 400°. Das Endprodukt stehlt ein feinporiges
hartes Öl dar und kann noch weiter während annähernd 3 Stunden auf 315 bis
370° erhitzt werden, um es vollständig zu aktivieren.
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Eine bestimmte, für alle Fälle gültige Vorschrift für die Lösungskonzenitration
läßt sich nicht geben. Es erwies sich zweckmäßig, zur Erzielung eines harten, mit
5 °/o Kupfersulfat imprägnierten Geles das Hydrogel in eine Kupfersulfatlösung mit
einem Gehalt von 4,5 °/o an Cu SO" # 5 H20 einzutauchen und in ihr
i bis 2 Stunden zu belassen.
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Um das warme getrocknete Gei mit Metaphosphorsäure zu beladen, wird
es in eine Orthophosphorsäurelösung getaucht und wie oben behandelt. Bei dem nachfolgenden
Erhitzen geht die Orthophosphorsäure in Metaphosphorsäure über.
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Außer Kieselsäure kann man für diesen Zweck auch die Oxyde des Wolframs,
Titans, Zinns, Aluminiums u. dgl. benutzen. Bei richtiger Herstellung sind die Gele
so fein porös, daß man die Lückendimensionen nicht messen kann. Als Anhaltspunkt
für das Vorliegen der richtigen porösen Struktur dient der Betrag des Wasserdampfes,
den das poröse Material bei niedrigen Partialdrucken aufnimmt. Ein unimprägniertes,
für den vorliegenden Zweck geeignetes Gel soll Poren von einer solchen Größenordnung
haben, daß das Gel bei 30° nicht weniger als io °1o seines Trockengewichtes festhält,
wenn es sich mit Wasserdampf bei einem Partialdruck von 22 mm Quecksilber im Gleichgewicht
befindet. Die stärkst aktiven Gele adsorbieren bis 41 °h unter den angegebenen Bedingungen,
während die imprägnierten Gele noch mehr Wasser aufnehmen. Die in der angegebenen
Weise behandelten und imprägnierten Gele eignen sich vorzüglich zum Trocknen von-Gasen,
und zwar trocknen sie auch Gase, die nür sehr wenig Feuchtigkeit enthalten. Zu diesem
Zweck leitet man das zu trocknende Gas über das imprägnierte Gel, wobei letzteres
die Gasfeuchtigkeit während einer verhältnismäßig langen Zeit vollständig aufnimmt.
Demgemäß lassen sich diese Gele auch zum Trocknen von Luft, etwa Gebläseluft, verwenden.
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Imprägnierte Gele leisten auch gute Dienste in einer Adsorptionskälteanlage,
für die man z. B. eine Salzlösung als Kältemittel und imprägnierte Gele als Adsorbentien
benutzt. In diesem Fall verläuft die Adsorption bei so niedrigen Partialdrucken,
daß außer Kieselsäuregel und anderen Gelen keine Stoffe durch Adsorption derart
schnell den gewünschten Kältegrad erzeugen. Das imprägnierte Gel nimmt in den Kälteanlagen
mehr Wasser auf als nichtimprägniertes. Um das Gel für industrielle Zwecke dienstbar
zu machen, muß es bei mehrfacher Reaktivierung konstant bleiben. Das nach dem vorliegendem
Verfahren hergestellte Gel läßt sich nach Aufnahme des Wasserdampfes durch Erhitzen
wiederholt aktivieren, ohne, daß das Adsorptionsvermögen abnimmt.