Absorpcja substancji przez powierzchnię adsorbentu nazywa się. Aparaty absorpcyjne i adsorpcyjne. Adsorpcja fizyczna i chemiczna
Absorpcja to proces separacji polegający na selektywnej absorpcji gazów lub par przez pochłaniacze cieczy - adsorbenty.
Podczas absorpcji fizycznej zaabsorbowany gaz (absorpcyjny) nie oddziałuje chemicznie z absorbentem. Jeśli absorbent tworzy związek chemiczny z absorbentem, wówczas proces ten nazywa się chemisorpcją.
Absorpcja fizyczna jest odwracalna. Ta właściwość procesów absorpcyjnych polega na uwalnianiu z roztworu pochłoniętego gazu – desorpcji.
Połączenie absorpcji i desorpcji umożliwia ponowne wykorzystanie absorbentu (absorbenta) i wyizolowanie zaabsorbowanego składnika w czystej postaci.
Przykładami wykorzystania procesów absorpcyjnych w technologii i inżynierii chemicznej może być separacja gazów węglowodorowych w rafineriach ropy naftowej, produkcja kwasu solnego, wody amoniakalnej, oczyszczanie spalin w celu wychwytywania cennych produktów czy neutralizacja emisji gazów, itp.
adsorpcja
Adsorpcja to wzrost stężenia substancji rozpuszczonej na granicy faz (faza stała-ciecz, faza skondensowana-gaz) w wyniku nieskompensowanych sił oddziaływań międzycząsteczkowych przy rozdzielaniu faz. Adsorpcja jest szczególnym przypadkiem sorpcji, procesem odwrotnym do adsorpcji - desorpcji.
Podstawowe koncepcje
Zaabsorbowana substancja, która nadal znajduje się w większości fazy, nazywana jest adsorbatem, a zaabsorbowana substancja – adsorbatem. W węższym znaczeniu adsorpcja jest często rozumiana jako pochłanianie zanieczyszczeń z gazu lub cieczy przez ciało stałe (w przypadku gazu i cieczy) lub ciecz (w przypadku gazu) - adsorbent. W tym przypadku, podobnie jak w ogólnym przypadku adsorpcji, zanieczyszczenie koncentruje się na granicy faz adsorbent-ciecz lub adsorbent-gaz. Proces odwrotny do adsorpcji, czyli przeniesienia substancji z granicy faz do objętości fazy, nazywany jest desorpcją. Jeżeli szybkości adsorpcji i desorpcji są równe, wówczas mówi się o ustaleniu równowagi adsorpcji. W stanie równowagi liczba zaadsorbowanych cząsteczek pozostaje stała przez dowolnie długi czas, jeśli warunki zewnętrzne (ciśnienie, temperatura i skład układu) pozostają niezmienione.
adsorpcja fizyczna
Adsorpcja jest spowodowana niespecyficznymi (czyli niezależnymi od natury substancji) siłami van der Waalsa. Szczególnym przypadkiem jest adsorpcja skomplikowana przez oddziaływanie chemiczne między adsorbentem a adsorbatem. Zjawiska tego rodzaju nazywane są chemisorpcją i adsorpcją chemiczną. Adsorpcja „zwykła” w przypadku, gdy wymagane jest podkreślenie natury sił oddziaływania nazywana jest adsorpcją fizyczną.
Adsorpcja jest zjawiskiem uniwersalnym i wszechobecnym, zachodzącym zawsze i wszędzie tam, gdzie występuje granica faz. Największe znaczenie praktyczne ma adsorpcja środków powierzchniowo czynnych oraz adsorpcja zanieczyszczeń z gazu lub cieczy przez specjalne wysoce efektywne adsorbenty. Adsorbentami mogą być różne materiały o dużej powierzchni właściwej: węgiel porowaty (najczęstszą postacią jest węgiel aktywny), żele krzemionkowe, zeolity, a także niektóre inne grupy naturalnych minerałów i substancji syntetycznych.
Adsorpcja (zwłaszcza chemisorpcja) jest również ważna w katalizie heterogenicznej. Przykład instalacji adsorpcyjnych podano na stronie instalacje azotowe.
Instalacja adsorpcyjna nazywana jest adsorberem.
Krystalizacja
Krystalizacja - otrzymanie (powstanie) substancji w postaci krystalicznej. Spośród trzech głównych przypadków powstawania kryształów – podczas sublimacji, ze stanu stopionego, z roztworów – największe znaczenie ma ostatni. Zwykle używaj:
- 1. Powolne odparowywanie rozpuszczalnika.
- 2. Poprzez dodanie trzeciej substancji, która miesza się z rozpuszczalnikiem i zmniejsza rozpuszczalność w nim skrystalizowanej substancji; do roztworu dodaje się środek strącający (zwykle gorący), aż do pojawienia się zmętnienia i pozostawiony do odstania; na przykład wodę dodaje się do roztworu alkoholowego, eter naftowy do roztworu eterowego, alkohol do fenolu itp.
- 3. Schłodzenie nasyconego gorącego roztworu; substancję rozpuszcza się w odpowiednim rozpuszczalniku z ogrzewaniem i mieszaniem, a rozpuszczalnik pobiera się tylko trochę więcej niż jest to konieczne do rozpuszczenia i sączy się na gorąco (najlepiej przez lejek grzewczy); kryształy oddzielają się podczas chłodzenia.
Odpoczynek i powolne chłodzenie sprzyjają wzrostowi kryształów, ale rozmiar kryształów zależy również od natury substancji. Jeśli chcesz uzyskać więcej kryształów, niż jest to możliwe po schłodzeniu do temperatury pokojowej, użyj mieszaniny chłodzącej, ale jako rozpuszczalnika konieczne jest użycie cieczy, które nie zamarzają w niskiej temperaturze. dwusiarczek węgla, alkohol, eter, eter naftowy. Często możliwe jest wywołanie K. substancji, która została uwolniona w postaci oleju, wprowadzając do niej („zarażając”) kryształ tej substancji, a czasem nawet chemicznie zbliżoną do niej substancję. Struktura. Pocieranie ścianki naczynia pałeczką szklaną również przyspiesza lub powoduje krystalizację.Krystalizację stosuje się w celu oczyszczenia substancji lub uzyskania jej świeżo skrystalizowanej z określoną ilością rozpuszczalnika "krystalizacyjnego" - wody, alkoholu, chloroformu itp.
W niektórych przypadkach, aby wyizolować substancję w chemicznie indywidualnej postaci, uciekają się do K. jej najprostszych dobrze skrystalizowanych pochodnych: soli, acetylu, benzenu i innych pochodnych. Bardzo rzadko zdarza się na przykład tworzenie dobrze skrystalizowanego podwójnego związku obojętnej substancji organicznej. związki glukozy i chlorku sodu: 2C6H12O6 + MaCl + HgO. Niektóre substancje, takie jak białka, można otrzymać w postaci krystalicznej przez wysalanie (patrz). Oczyszczając substancję K. (często wielokrotnie) wychodzą z założenia, że krystalizującą substancję można oddzielić od zanieczyszczenia na skutek nierównej rozpuszczalności w odpowiednim rozpuszczalniku. W niektórych przypadkach możliwe jest uzyskanie czystej substancji tylko przez frakcjonowanie K. Istnieją przypadki mieszanin nierozłącznych przez krystalizację i tworzenie mieszanych kryształów - K. zwykle przeprowadza się w krystalizatorach - cienkościennych niskich szklankach - lub w filiżankach - Otrzymane kryształy są uwalniane z ługu macierzystego przez przemywanie na lejku Buchnera lub rozprowadzane na nieszkliwionym talerzu porcelanowym lub bibule filtracyjnej, pochłaniając ług macierzysty i, w razie potrzeby przecisnąć między liśćmi filtrując. papier.
Przez zagęszczanie ługu macierzystego lub przez dodanie do niego środka strącającego, lub przez połączone działanie obu, można otrzymać dalsze porcje kryształów. Przy wyborze rozpuszczalnika należy pamiętać, że nie wpływa on chemicznie na krystalizowane substancje i nie zawiera zanieczyszczeń szkodliwych dla K. oraz że w przypadku K. przez ochłodzenie gorącego roztworu rozpuszczalność substancji w gorącym rozpuszczalniku różni się dość ostro od rozpuszczalności w zimnym. Najczęstszymi rozpuszczalnikami są woda, alkohole etylowy, metylowy i amylowy, eter, benzen, chloroform, aceton, kwas octowy, eter naftowy, fenol, pirydyna, dwusiarczek węgla, H2SO4 i inne.
W przypadku mikroskopu substancja krystalizuje się na szkiełku podstawowym, ponieważ nawet przy ostrożnym przeniesieniu na szkiełko kryształy ulegają uszkodzeniu. Kroplę stężonego roztworu badanej substancji nanosi się na szkiełko, przykrywa szkiełkiem nakrywkowym i pozostawia na powietrzu lub, jeżeli substancja łatwo rozpływa się w eksykatorze, a utworzone kryształy bada się pod mikroskopem.
Jeśli absorpcja jest procesem fizycznym, któremu nie towarzyszą inne procesy fizyczne lub chemiczne, zwykle jest zgodna z prawem dystrybucji Nernsta:
„w równowadze stosunek stężeń trzeciego składnika w dwóch stanach ciekłych jest stały.”;
Objętość stałej K N zależy od temperatury i nazywana jest współczynnikiem dystrybucji. Ta równość jest prawdziwa pod warunkiem, że stężenia nie są zbyt wysokie i jeśli cząsteczki „x” nie zmieniają swojego kształtu w żadnym innym z dwóch stanów. Jeśli taka cząsteczka ulega asocjacji lub dysocjacji, to ta równość nadal opisuje równowagę między „x” w obu stanach, ale tylko dla tej samej formy – stężenia wszystkich pozostałych form muszą być obliczone z uwzględnieniem wszystkich innych równowag.
W wielu ważnych technologicznie procesach zamiast procesu fizycznego, takiego jak absorpcja dwutlenku węgla przez wodorotlenek sodu, stosowana jest absorpcja chemiczna - takie procesy nie są zgodne z prawem dystrybucji Nernsta.
Dla niektórych przykładów tego efektu można rozważyć ekstrakcję, w której składnik można wyekstrahować z jednej ciekłej fazy roztworu i przenieść do innej bez reakcji chemicznej. Przykładami takich roztworów są gazy szlachetne i tlenek osmu.
Spinki do mankietów
Fundacja Wikimedia. 2010 .
Synonimy:Zobacz, czym jest „Sorpcja” w innych słownikach:
Sorpcja- - ogólna nazwa zjawiska i procesów przenoszenia masy, w których zachodzi absorpcja ciała stałego lub cieczy (sorbentu) substancji (sorbentu) z otoczenia. [Usherov Marshak A. V. Konkretna nauka: leksykon. Moskwa: Materiały budowlane RIF. 2009 ... Encyklopedia terminów, definicji i wyjaśnień materiałów budowlanych
- (z łac. sorbeo pochłaniam) pochłanianie przez ciało stałe lub płyn dowolnej substancji z otoczenia. Główne rodzaje sorpcji to adsorpcja, absorpcja i chemisorpcja. Ciało pochłaniające nazywa się sorbentem, wchłanianym przez sorbinian (sorbinian). ... ... Wielki słownik encyklopedyczny
- (z łac. sorbeo pochłaniam), absorpcja telewizyjna. ciało lub ciecz (sorbent) ciecz w va lub gaz (sorbinian) z otoczenia. Absorpcja w VA z fazy gazowej przez całą objętość ciekłego sorbentu tzw. absorpcja, absorpcja w warstwie powierzchniowej ... ... Encyklopedia fizyczna
Adsorpcja, chemisorpcja, absorpcja, sorpcja, absorpcja, absorpcja chemiczna Słownik rosyjskich synonimów. sorpcja rzeczownik, liczba synonimów: 7 absorpcja (5) ... Słownik synonimów
sorpcja- - zdolność jednej substancji do wchłaniania (koncentrowania) innej. Chemia ogólna: podręcznik / A. V. Zholnin Sorpcja to ogólna nazwa zjawisk i procesów przenoszenia masy, w których ciało stałe lub ciecz pochłania substancję z ... ... Terminy chemiczne
Proces wchłaniania przez całą masę (absorpcja) lub powierzchnię (adsorpcja) ciała stałego lub cieczy substancji z otoczenia. Do interakcji międzykomórkowych (komórka wirusa, limfocyt makrofaga itp.) Termin ten ma zastosowanie w przypadku dodania ... ... Słownik mikrobiologii
Proces, w którym ciało pochłania gazy, opary lub substancje rozpuszczone z otoczenia. Obejmuje absorpcję i adsorpcję, którym może również towarzyszyć chem. oddziaływanie zaabsorbowanej substancji z absorbentem ... ... Encyklopedia geologiczna
SORPCJA- fizyczne. chemia procesy absorpcji gazów, oparów i rozpuszczonych substancji przez ciała stałe lub ciecze, zwane (patrz). Rozróżnij następujące typy S.: (patrz); (Zobacz Zobacz); kapilara (patrz), a także wymiana jonowa S., gdy jest selektywna ... ... Wielka encyklopedia politechniczna
I; I. [od łac. sorbere absorbować] Phys., chem. Absorpcja przez jakiś rodzaj ciała stałego lub cieczy. substancji ze środowiska. ◁ Sorpcja, och, och. C th procesy. C. pompa. * * * sorpcja (z łac. sorbeo pochłaniam), wchłanianie przez ciało stałe lub ... ... słownik encyklopedyczny
sorpcja- ▲ absorpcja w kierunku, stan skondensowany, na zewnątrz, medium sorpcja selektywna absorpcja przez ciało stałe lub ciecz do l. substancji ze środowiska. sorbent. absorpcja sorpcja objętościowa. absorbent. absorbować. adsorpcja ... ... Słownik ideograficzny języka rosyjskiego
Książki
- Sorpcja jonowymienna substancji biologicznie czynnych, Demin A., Chernova I., Shataeva L.. Monografia poświęcona jest najnowszym osiągnięciom w dziedzinie syntezy wysokoprzepuszczalnych sieci polielektrolitowych o morfologii fraktalnej i wysokiej hydrofilowości powierzchni porów. Porównanie…
Adsorpcja to uniwersalna metoda, która umożliwia niemal całkowite wydobycie zanieczyszczeń z ośrodka gazowego lub ciekłego. W przemyśle chemicznym, w szczególności w pompach paliwowych, metoda adsorpcyjna jest szeroko stosowana do płynnego oczyszczania i osuszania strumieni technologicznych, poprawy jakości surowców i produktów oraz jest jedną z metod ochrony środowiska.
Adsorpcja to stężenie substancji na powierzchni lub w objętości ciała stałego. W procesie adsorpcji biorą udział co najmniej dwa składniki. Nazywa się substancję stałą, na powierzchni lub w objętości której substancja pochłonięta jest skoncentrowana adsorbent. Substancja wchłonięta w fazie gazowej lub ciekłej to tzw adsorbent, a po przejściu w stan zaadsorbowany, adsorbować. Każde ciało stałe ma powierzchnię i dlatego jest potencjalnie adsorbentem. Jednak w technologii stosuje się stałe adsorbenty o rozwiniętej powierzchni wewnętrznej. Rozwój powierzchni wewnętrznej ciała stałego uzyskuje się poprzez stworzenie specjalnych warunków podczas jego syntezy lub w wyniku dodatkowej obróbki.
Z termodynamicznego punktu widzenia adsorpcja objawia się spadkiem energii swobodnej Gibbsa (G). Jak wszystkie procesy, którym towarzyszy spadek energii Gibbsa, adsorpcja jest procesem spontanicznym. Przejście substancji z fazy gazowej lub ciekłej do stanu zaadsorbowanego wiąże się z utratą co najmniej jednego stopnia swobody (trójwymiarowy objętościowy gaz lub faza ciekła dwuwymiarowa faza powierzchniowa), co prowadzi do zmniejszenia entropia układu (S). Ponieważ entalpia (Н) jest powiązana z energią i entropią Gibbsa równaniem Н = G + TS, maleje podczas adsorpcji, a zatem adsorpcja jest procesem egzotermicznym.
Zjawiska adsorpcji dzielą się na dwa główne rodzaje: adsorpcję fizyczną i chemisorpcję (sorpcję opartą na siłach oddziaływania chemicznego). adsorpcja fizyczna spowodowane siłami oddziaływań molekularnych: dyspersyjnymi i elektrostatycznymi. Siły dyspersyjne mają główny udział w energii interakcji cząsteczek. Zatem cząsteczki dowolnego adsorbentu mają fluktuujące dipole i kwadrupole, co powoduje chwilowe odchylenia rozkładu gęstości elektronowej od rozkładu średniego. Gdy cząsteczki adsorbentu zbliżają się do atomów lub cząsteczek adsorbentu, ruch fluktuujących dipoli nabiera systematycznego i ściśle uporządkowanego charakteru, co prowadzi do pojawienia się przyciągania między nimi. W wielu przypadkach siły dyspersyjne są wzmacniane przez siły elektrostatyczne – orientacyjne i indukcyjne. Siły orientacji powstają podczas oddziaływania cząsteczek polarnych z powierzchnią zawierającą ładunki elektrostatyczne (jony, dipole), a siły indukcji są spowodowane zmianą struktury elektronowej adsorbentu i cząsteczek adsorbentu pod wpływem wzajemnego oddziaływania.
W przeciwieństwie do adsorpcji fizycznej, chemisorpcja indywidualność adsorbentu i adsorbentu nie jest zachowana. Kiedy cząsteczki adsorbentu zbliżają się do powierzchni adsorbentu, elektrony wchodzących w interakcję składników ulegają redystrybucji z utworzeniem wiązania chemicznego. Jeśli adsorpcję fizyczną można porównać z kondensacją, to chemisorpcję uważa się za proces chemiczny zachodzący na granicy faz.
Adsorpcję fizyczną i chemisorpcję można rozróżnić na podstawie liczbowej wartości ciepła adsorpcji. Ciepło adsorpcji składników gazów przemysłowych jest współmierne do ciepła ich skraplania i nie przekracza 85-125 kJ/mol. Ciepło chemisorpcji jednego mola substancji osiąga kilkaset kJ. Chemisorpcja z reguły przebiega z małą szybkością, ta okoliczność jest często wykorzystywana do jej rozpoznania. Ponadto chemisorpcja może przebiegać w wysokich temperaturach, gdy adsorpcja fizyczna jest znikoma. Podczas chemosorpcji charakterystyczna jest ostra, nagła zmiana zdolności absorpcyjnej wyekstrahowanego składnika podczas przejścia od adsorbentu o jednym rodzaju chemicznym do adsorbentu o innym rodzaju. Podczas chemisorpcji zaadsorbowane cząsteczki nie mogą poruszać się po powierzchni adsorbentu, ich pozycja jest stała, a taką adsorpcję nazywamy zlokalizowaną. Adsorpcja fizyczna może być zlokalizowana lub nie zlokalizowana. Zwykle wraz ze wzrostem temperatury cząsteczki stają się ruchliwe i zmienia się charakter procesu: zlokalizowana adsorpcja staje się nie zlokalizowana.
Wykład nr 20
Adsorpcja nazywają absorpcję gazów, par i cieczy przez ciała stałe porowate, zwane adsorbentami; nazywa się adsorbowaną substancją w gazie lub cieczy adsorbent, a po przejściu do fazy adsorbentu, adsorbować. Stosowane w praktyce adsorbenty mają silnie rozwiniętą powierzchnię wewnętrzną (do 1000 m 2 /g), która powstaje w wyniku specjalnej obróbki lub syntezy materiałów stałych.
Mechanizm procesu adsorpcji różni się od mechanizmu absorpcji, ponieważ ekstrakcja substancji odbywa się za pomocą absorbera stałego, a nie cieczy.
Adsorpcja dzieli się na dwa rodzaje: fizyczną i chemiczną. adsorpcja fizyczna Wynika to głównie z powierzchniowych sił van der Waalsa, które przejawiają się w odległościach znacznie większych niż rozmiary adsorbowanych cząsteczek, dlatego na powierzchni adsorbentu zatrzymywanych jest zwykle kilka warstw cząsteczek adsorbatu. Na adsorpcja chemiczna zaabsorbowana substancja wchodzi w interakcję chemiczną z adsorbentem z utworzeniem na jego powierzchni konwencjonalnych związków chemicznych.
Siły przyciągania powstają na powierzchni adsorbentu, ponieważ pole sił powierzchniowych atomów i cząsteczek nie jest równoważone przez siły oddziaływania sąsiednich cząstek. Zgodnie z naturą fizyczną, siły oddziaływania między cząsteczkami absorbowanej substancji i adsorbentem są głównie dyspersyjne, powstające w wyniku ruchu elektronów w zbliżających się cząsteczkach. W wielu przypadkach adsorpcji duże znaczenie mają siły elektrostatyczne i indukcyjne oraz wiązania wodorowe.
Wypełnienie powierzchni adsorbentu adsorbatem częściowo równoważy siły powierzchniowe iw efekcie zmniejsza napięcie powierzchniowe (swobodna energia powierzchniowa). Adsorpcja jest więc procesem samorzutnym, któremu towarzyszy spadek energii swobodnej i entropii układu.
Procesy adsorpcji są selektywne i odwracalne. Nazywa się odwrotny proces adsorpcji desorpcja, który służy do uwalniania wchłoniętych substancji i regeneracji adsorbentu.
Najbardziej racjonalne jest stosowanie adsorpcji do oczyszczania mieszanin o niskim stężeniu substancji ekstrahowalnych. W takim przypadku czas trwania aparatu adsorpcyjnego wzrasta - adsorber– na etapie prawidłowej adsorpcji przed przejściem do desorpcji.
Typowymi przykładami adsorpcji są osuszanie gazów i cieczy, rozdzielanie mieszanin węglowodorów, odzyskiwanie rozpuszczalników, oczyszczanie emisji z wentylacji i ścieków itp. W ostatnim czasie znaczenie adsorpcji znacznie wzrosło, zwłaszcza w związku z rozwiązywaniem problemów środowiskowych i problemów uzyskiwania substancji o wysokiej czystości.
8.1. Główne adsorbenty przemysłowe i ich właściwości
Głównymi adsorbentami przemysłowymi są ciała porowate o dużej objętości mikroporów. O właściwościach adsorbentów decyduje rodzaj materiału, z którego są wykonane oraz porowata struktura wewnętrzna.
W adsorbentach przemysłowych główna ilość wchłoniętej substancji jest sorbowana na ściankach mikroporów ( R < 10–9 м). Роль переходных пор (10–9 < R < 10–7 м) и макропор (R> 10-7 m) ogranicza się głównie do transportu zaadsorbowanej substancji do mikroporów.
Adsorbenty charakteryzują się swoimi wchłanianie, Lub adsorpcja, umiejętność określone przez maksymalne możliwe stężenie adsorbentu na jednostkę masy lub objętości adsorbentu. Wartość zdolności absorpcyjnej zależy od rodzaju adsorbentu, jego porowatej struktury, rodzaju absorbowanej substancji, jej stężenia, temperatury, a dla gazów i par - od ich ciśnienia cząstkowego. Maksymalna możliwa zdolność absorpcyjna adsorbentu w danych warunkach jest umownie nazywana aktywność równowagi.
Ze względu na skład chemiczny wszystkie adsorbenty można podzielić na: węgiel I niewęglowe. Adsorbenty węglowe są aktywny(aktywowane) węgle, materiały z włókien węglowych i niektóre paliwa stałe. Adsorbenty niewęglowe obejmują żele krzemionkowe, aktywny tlenek glinu, żele tlenku glinu, zeolity i skały ilaste.
Węgle aktywne, składające się z wielu przypadkowo ułożonych mikrokryształów grafitu, są zwykle używane do pochłaniania substancji organicznych w oczyszczaniu i separacji cieczy i gazów (par). Adsorbenty te otrzymuje się przez suchą destylację szeregu substancji zawierających węgiel (drewno, węgiel, kości zwierzęce, pestki owoców itp.) w celu usunięcia substancji lotnych. Następnie węgiel jest aktywowany, np. kalcynowany w temperaturze 850–900 °C, co prowadzi do uwolnienia porów z substancji żywicznych i powstania nowych mikroporów. Aktywację przeprowadza się również poprzez ekstrakcję żywic z porów rozpuszczalnikami organicznymi, utlenianie tlenem atmosferycznym itp. Bardziej jednolitą strukturę węgli uzyskuje się aktywując je metodami chemicznymi: traktując je gorącymi roztworami soli (np. siarczanami, azotanami itp.) lub kwasy mineralne (siarkowy, azotowy itp.).
Powierzchnia właściwa węgli aktywnych jest bardzo duża i wynosi 6×105-17×105 m2/kg, a ich gęstość nasypowa 200-900 kg/m3. Węgle aktywne stosuje się w postaci cząstek o nieregularnych kształtach o wielkości 1–7 mm, cylindrów o średnicy 2–3 mm i wysokości 4–6 mm oraz proszku o wielkości cząstek mniejszej niż 0,15 mm. Ostatni rodzaj węgla aktywnego służy do rozdzielania roztworów.
Głównymi wadami węgli aktywnych są ich łatwopalność i niska wytrzymałość mechaniczna.
Żel krzemionkowy - odwodniony żel kwasu krzemowego () - służy do adsorpcji związków polarnych. Znajduje zastosowanie w procesach suszenia gazów i cieczy, w separacji substancji organicznych w fazie gazowej oraz w chromatografii. Żel krzemionkowy otrzymuje się przez traktowanie roztworu krzemianu sodu (rozpuszczalnego szkła) kwasem siarkowym (czasami kwasem chlorowodorowym) lub kwaśnymi roztworami soli. Otrzymany żel przemywa się wodą i suszy do końcowej zawartości wilgoci 5–7%, ponieważ żel krzemionkowy ma największą zdolność adsorpcji przy tej zawartości wilgoci. Powierzchnia właściwa żelu krzemionkowego wynosi 4×105-7,7×105 m2/kg, gęstość nasypowa 400-800 kg/m3. Wielkość cząstek o nieregularnym kształcie zmienia się w dość szerokim zakresie - od 0,2 do 7 mm.
Zaletą żeli krzemionkowych jest ich niepalność oraz większa wytrzymałość mechaniczna niż węgle aktywne. Wadą żeli krzemionkowych w porównaniu z węglami aktywnymi, oprócz ich mniejszej powierzchni właściwej, jest gwałtowny spadek zdolności absorpcji par substancji organicznych w obecności wilgoci.
Pod względem właściwości sorpcyjnych żel krzemionkowy ściśle przylega do alumożele otrzymywany przez obróbkę cieplną wodorotlenku glinu w temperaturze 600–1000 °C. Pory otrzymanego sorbentu (92%) mają średnicę 1–3 nm, powierzchnię właściwą 2×10 5 –4×10 5 m2/kg; gęstość nasypowa takiego sorbentu wynosi 1600 um. Alumogele stosowane są do osuszania gazów, oczyszczania roztworów wodnych i olejów mineralnych, stosowane jako katalizatory i ich nośniki.
Zeolity to naturalne lub syntetyczne minerały, które są wodnymi glinokrzemianami zawierającymi tlenki metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych. Adsorbenty te wyróżniają się regularną strukturą porów, których wymiary są współmierne do rozmiarów absorbowanych cząsteczek. Cechą zeolitów jest to, że powierzchnie adsorpcyjne są połączone okienkami o określonej średnicy, przez które mogą przenikać tylko mniejsze cząsteczki. Jest to podstawa do rozdzielania mieszanin z cząsteczkami o różnej wielkości, co było powodem nazwania zeolitów sita molekularne.
Do separacji mieszanin gazowych stosuje się zeolity w postaci kulek lub granulek o wielkości od 1 do 5 mm, a do separacji mieszanin ciekłych - w postaci drobnoziarnistego proszku.
Zeolity są szczególnie szeroko stosowane do głębokiego suszenia gazów i cieczy, oczyszczania i rozdzielania mieszanin substancji o zbliżonych masach cząsteczkowych, a także jako katalizatory i ich nośniki.
Aby oczyścić ciecze z różnych zanieczyszczeń, jako adsorbenty stosuje się naturalne skały ilaste. W celu ich aktywacji gliny te poddaje się działaniu kwasu siarkowego lub chlorowodorowego i otrzymuje się adsorbent o powierzchni właściwej porów rzędu (1,0÷1,5)·10 5 m 2 /kg. Ponadto niektóre rodzaje torfu mogą być używane do oczyszczania płynów.
Należy zauważyć, że adsorbenty charakteryzują się również aktywnością statyczną i dynamiczną. Pod aktywność statyczna rozumieć ilość substancji zaabsorbowanej przez jednostkę masy lub objętości adsorbentu od początku adsorpcji do ustalenia równowagi. Ten rodzaj działalności określany jest w warunkach statycznych, tj. bez ruchu mieszaniny gazów lub roztworu. Gdy mieszanina przechodzi przez warstwę adsorbentu, po pewnym czasie adsorbent przestaje całkowicie absorbować wyekstrahowany składnik, a składnik ten „wycieka” wraz z późniejszym wzrostem stężenia składnika w mieszaninie pozostawiając warstwę do stanu równowagi został osiągnięty. Nazywa się ilość substancji pochłoniętej przez jednostkę masy lub objętości adsorbentu przed przebiciem dynamiczna działalność adsorbent. Aktywność dynamiczna jest zawsze mniejsza niż statyczna, więc ilość adsorbentu zależy od jego aktywności dynamicznej.
Równowaga w adsorpcji
Stężenie równowagowe (kg/kg czystego adsorbentu) zaabsorbowanej substancji w adsorbencie można przedstawić jako funkcję stężenia Z i temperatura T:
lub jako funkcja ciśnienia cząstkowego R i temperatura T w przypadku adsorpcji gazu:
Gdzie Z to stężenie adsorbatu w fazie objętościowej, kg/m3; R jest ciśnieniem cząstkowym czynnika adsorpcyjnego w fazie objętościowej, Pa.
Między koncentracją 
zaadsorbowanej substancji w mieszaninie gazowej i jej ciśnienia cząstkowego R, zgodnie z równaniem Clapeyrona, istnieje bezpośrednia proporcjonalność:
Gdzie R jest stałą gazową, J/(kg K).
Nazywa się zależność lub stałą temperaturę izoterma adsorpcji.
Izotermy adsorpcji są reprezentowane przez krzywe, których kształt determinowany jest głównie przez charakter adsorbatu i adsorbentu oraz jego porowatą strukturę. Z całej gamy postaci izoterm do analizy procesów adsorpcyjnych wyróżnić należy wypukłą i wklęsłą (rys. 8.1). Należy zauważyć, że początkowe odcinki izoterm są liniowe.
Zależności równowagi są opisane szeregiem równań empirycznych i teoretycznych. Najbardziej owocna dla opisu równowagi procesów adsorpcyjnych była teoria objętościowego wypełnienia porów, będąca rozwinięciem potencjalnej teorii adsorpcji.
Pod wpływem potencjału adsorpcyjnego A rozumieć pracę wykonaną przez siły adsorpcji podczas przenoszenia jednego mola adsorbatu z równowagowej fazy gazowej pod wpływem ciśnienia R na powierzchni warstewki adsorpcyjnej, przy czym ciśnienie, powyżej którego przyjmuje się, że jest równe ciśnieniu pary nasyconej adsorbatu PS rozważany T.
Ryż. 8.1. Izotermy adsorpcji wypukłe i wklęsłe
Potencjał adsorpcji wyraża się zależnością
(8.2)
Podczas adsorpcji objętość mikroporów V n jest wypełnione adsorbatem, którego objętość można obliczyć na podstawie równowagowej wartości adsorpcji:
(8.3)
Gdzie M oznacza masę cząsteczkową adsorbatu; V jest objętością molową adsorbatu.
Ustalono, że dla różnych substancji zaadsorbowanych na tym samym adsorbencie stosunek potencjałów adsorpcyjnych przy tych samych wartościach V n stale i równomiernie współczynnik powinowactwa b, czyli stosunek objętości molowych w stanie ciekłym, czyli parachorów, danej substancji wzorcowej, której wartość znajduje się w podręczniku.
Dla wielu mikroporowatych adsorbentów rozkład różnych wypełnionych obszarów objętości adsorpcji ma postać rozkładu Gaussa:
(8.4)
Gdzie W 0 to całkowita objętość mikroporów; mi jest parametrem funkcji dystrybucji.
Łącznie rozwiązując równania (8.2) i (8.3), uwzględniając współczynnik powinowactwa, otrzymano równanie opisujące izotermy adsorpcji dla adsorbentów mikroporowatych o jednorodnej strukturze porowatej (zeolity syntetyczne):
Do adsorbentów o złożonej strukturze mikroporowatej (mikroporowate żele krzemionkowe, węgle aktywne)
(8.6)
gdzie są stałe charakteryzujące adsorbent; T- temperatura.
Oprócz zależności opartych na teorii objętościowego wypełnienia porów, do opisu równowagi adsorpcji wykorzystuje się szereg innych równań, z których najlepiej znane jest równanie Langmuira.
ADSORPCJA(z łac. ad-on, at i sorbeo-absorb), zmiana (zwykle wzrost) stężenia materii przy powierzchni rozdziału faz („absorpcja na powierzchni”). W ogólnym przypadku przyczyną adsorpcji jest nieskompensowany intermol. siły w pobliżu tej powierzchni, tj. obecność adsorpcji pole siłowe. Ciało, które tworzy takie pole, nazywa się. Adsorbent, in-in, cząsteczki to-rogo mogą być adsorbowane, a d sorb t i in om, już zaadsorbowane. w-w-adsorbacie. Odwrotny proces adsorpcji, tzw. desorpcja.
Charakter adsorpcji siły M. bardzo różne. Jeśli są to siły van der Waalsa, wówczas nazywamy adsorpcję. fizyczna, jeśli wartościowość (tj. adsorpcji towarzyszy tworzenie powierzchniowych związków chemicznych), - chemiczna lub chemisorpcja. Wyróżnić. cechy chemisorpcji - nieodwracalność, wysokie efekty termiczne (setki kJ/mol), aktywowany charakter. Między fizycznymi i chemia. adsorpcji istnieje wiele półproduktów. przypadkach (np. adsorpcja spowodowana tworzeniem wiązań wodorowych). Możliwa również różnica. rodzaje fizyczne adsorpcja maks. uniwersalna manifestacja dyspersji intermol. siły przyciągania, ponieważ są one w przybliżeniu stałe dla adsorbentów o powierzchni dowolnej substancji chemicznej. natury (tzw. adsorpcja niespecyficzna). fizyka adsorpcja może być spowodowana elektrostatyką. siły (wzajemnie między jonami, dipolami lub kwadrupolami); podczas gdy adsorpcja jest określana przez chem. charakter cząsteczek adsorpcyjnych (tzw. adsorpcja specyficzna). Oznacza. rola w adsorpcja gra również geometria powierzchni przekroju: w przypadku powierzchni płaskiej mówi się o adsorpcji na powierzchni otwartej, w przypadku powierzchni lekko lub silnie zakrzywionej o adsorpcji w porach adsorbentu.
W teorii adsorpcji rozróżnia się statykę (układ adsorbent-adsorbat znajduje się w równowadze termodynamicznej) i kinetykę (równowaga nie istnieje).
Statyka adsorpcji
Ponieważ wtedy system jest w równowadze potencjały adsorbatu i adsorbatu są takie same; entropia adsorbatu spowodowana spadkiem ruchliwości cząsteczek podczas adsorpcji jest mniejsza niż entropia adsorbatu. Dlatego w przypadku obojętnego adsorbentu entalpia jest zawsze ujemna, tj. adsorpcja jest egzotermiczna. Uwzględnienie zmiany entropii adsorbentu może zmienić ten wniosek. Na przykład podczas sorpcji przez polimery in-in, w których polimer pęcznieje, entropia tego ostatniego (w wyniku wzrostu ruchliwości makrocząsteczek) może wzrosnąć do tego stopnia, że adsorpcja staje się endotermiczna. W przyszłości artykuł rozważa tylko egzotermię. adsorpcja .
Są całkowe, różniczkowe, izosteryczne. i średnie ciepło adsorpcji. Całkowe ciepło Q jest równe utracie entalpii (przy V = const - energia wewnętrzna), gdy adsorpcja zmienia się z a 1 na a 2 (w konkretnym przypadku może a 1 \u003d 0): Q \u003d - (H 2 - H 1) Ta wartość jest zwykle odnoszona do masy adsorbentu i jest wyrażana w J/kg.
Istnieje inny mechanizm prowadzący do dodatkowych adsorpcja adsorbentów poniżej ich wartości krytycznych. t-ry na porowatych adsorbentach przy stosunkowo wysokich wartościach p/p s . To jest kondensacja kapilarna. Jeżeli w porach tworzy się wklęsły menisk adsorbatu, to kondensacja zaczyna się w nim przy p/p s<1.
Согласно
ур-нию Кельвина:
gdzie jest napięciem powierzchniowym adsorbatu, V jest jego objętością molową, r jest promieniem krzywizny menisku. Kondensacja kapilarna prowadzi do gwałtownego wzrostu izotermy adsorpcji. W tym przypadku często (choć nie zawsze) obserwuje się tzw. adsorpcja histereza, tj. niedopasowanie adsorpcyjne. i desorbenty. gałęzie izotermy. Z reguły wynika to z faktu, że kształty łąkotek nie pokrywają się podczas adsorpcji i desorpcji.
Korzystając z teorii potencjału, M.M. Dubinin zaproponował i rozwinął teorię objętościowego wypełniania mikroporów (TOZM). Postulowano, że teoria ta ma zastosowanie tylko do adsorbentów mikroporowatych. Cechą takich adsorbentów, w których wymiary liniowe porów wynoszą r1 nm, jest to, że cała objętość ich porów jest „wypełniona” adsorbentami. pole. Dlatego podczas adsorpcji są one wypełniane nie warstwami, ale objętościowo. Wartością w rozpatrywanym przypadku nie jest adsorpcja. potencjału i aż do znaku substancji chemicznej. potencjał adsorpcyjny, mierzony od poziomu substancji chemicznej. potencjał zwykłej cieczy przy tym samym t-re. Cały zestaw porów adsorbentu dzieli się na trzy klasy: mikropory (r0,6 nm), mezopory (0,6 nm-20 nm) i makropory (r20 nm). Adsorpcja w mikroporach zachodzi według schematu TOZM, tj. objętościowo, w mezoporach - poprzez mechanizm wypełniania warstwa po warstwie, uzupełniony kondensacją kapilarną. Makropory podczas adsorpcji. równowaga nie odgrywa żadnej roli.
Wprowadzenie koncepcji rozkładu objętości porów f-tsii na wartości chemiczne. potencjał adsorpcyjny w nich, M.M. Dubinin i L. V. Radushkevich otrzymali równanie na izotermę adsorpcji TOZM, które zwykle zapisuje się jako ślad. formularz: 
gdzie p, E i a 0 są parametrami (a 0 \u003d a dla p \u003d p s). Zależność temperaturowa a 0:
gdzie = -(da 0 /dT); za 0 0 \u003d za 0 w T \u003d T 0. Parametry n i E są praktycznie niezależne od t-ry. W większości przypadków n \u003d 2. Tylko w przypadkach, w których początkowe ciepło adsorpcji jest bardzo duże, n\u003e 2. Aby ponownie obliczyć izotermy adsorpcji z jednego adsorbenta na drugi, w przybliżeniu zakłada się, że E 1 /E 2 P 1 / P \u003d i że a 01 / a 02 V 1 /V 2, gdzie P i jest parachorem, V i jest objętością molową adsorbentu.
Korzystając z założenia, że w rzeczywistym adsorbencie występują pory różnej wielkości i wprowadzając rozkład wartości E z dyspersją równą F. Stekli, zaproponował uogólnienie równania (23), zwane równaniem Dubinina-Stöckliego: 
Kinetyka adsorpcji
Adsorpcja, jak każdy rzeczywisty proces, zachodzi w czasie. Dlatego kompletna teoria adsorpcji powinna zawierać rozdział poświęcony kinetyce adsorpcji. Elementarny akt adsorpcji odbywa się niemal natychmiast (wyjątkiem jest chemisorpcja). Dlatego wyznacza się głównie zależności czasowe adsorpcji. mechanizm dyfuzji, czyli doprowadzenie adsorbentu do miejsca adsorpcji. Jeśli adsorpcja na otwartej powierzchni nie jest natychmiastowa, taki proces zachodzi w zewnętrznym obszarze dyfuzji; w tym przypadku prawa dyfuzji nie są specyficzne dla adsorpcji. W przypadku adsorbentów porowatych oprócz wew. dyfuzji, ważną rolę zaczyna odgrywać vnutr. dyfuzja, tj. przeniesienie adsorbentu w porach adsorbentu przy obecności w nich gradientu stężeń. Mechanizm takiego przenoszenia może zależeć od stężenia adsorbatu i wielkości porów.
Istnieje dyfuzja molekularna, Knudsena i powierzchniowa (Volmer). Dyfuzja molekularna jest przeprowadzana, jeśli długość jest swobodna. zakres cząsteczek w porach jest mniejszy niż rozmiar porów, długość Knudsena jest wtedy, gdy ta długość przekracza rozmiar porów. Podczas dyfuzji powierzchniowej cząsteczki poruszają się po powierzchni adsorbentu bez przejścia do fazy objętościowej. Jednak wartości współczynnika dyfuzje nie są takie same dla różnych mechanizmów dyfuzji. W wielu przypadkach nie jest możliwe dokładne ustalenie eksperymentalne, w jaki sposób zachodzi dyfuzja, a zatem tzw. efektywny współczynnik. dyfuzja opisująca proces jako całość.
Główny eksperymentalny materiałem dotyczącym kinetyki adsorpcji jest tzw. kinetyczny krzywa, tj. f-tion \u003d a / a równa się \u003d f (t) gdzie jest względna adsorpcja równa stosunkowi bieżącej wartości adsorpcji a do a równej jej wartości w czasie t. Interpretacja kinetyki krzywej w najprostszym przypadku przyjmuje się, że ziarno adsorbentu ma całkowicie jednorodną objętościowo strukturę porowatą (model ten nazywany jest quasi-jednorodnym). Oznacza. udoskonalenie modelu quasi-homogenicznego - założenie, że każde ziarno zawiera regiony z większymi i drobniejszymi porami. Dyfuzję w takim ziarnie opisują dwa dec. współczynniki.
W przypadku powierzchni otwartej, biorąc model Langmuira, łatwo uzyskać kinetykę. poziom adsorpcji. Szybkość zbliżania się do równowagi jest różnicą między szybkościami adsorpcji i desorpcji. Zakładając, jak zwykle w kinetyce, że szybkości procesów są proporcjonalne do stężeń reagujących substancji, mamy:
gdzie k ad i k dec są odpowiednio stałymi szybkości. adsorpcja i desorpcja. Zakłada się, że ciśnienie w fazie gazowej jest stałe. Całkując to równanie od t = 0 do dowolnej wartości t, otrzymujemy:
Stąd dla f mamy:= równe. Więc ostatecznie mamy:
gdzie k = k reklam + k dec.
Wpływ t-ry na szybkość adsorpcji wyraża równanie podobne do równania Arrheniusa. Wraz ze wzrostem t-ry k reklamy rośnie wykładniczo. Ponieważ dyfuzja w porach adsorbentu jest związana z pokonaniem aktywacji. bariery, zależności temperaturowe k ads i k des nie są takie same.
Znajomość szybkości dyfuzji jest ważna nie tylko dla teorii adsorpcji, ale także dla obliczeń prom. adsorpcja procesy. W tym przypadku zwykle mają do czynienia nie z pojedynczymi ziarnami adsorbentu, ale z ich warstwami. Kinetykę procesu w warstwie wyrażają bardzo złożone zależności. W każdym punkcie warstwy w danym czasie o wielkości adsorpcji decyduje nie tylko rodzaj równania izotermy adsorpcji i prawa kinetyki procesu, ale także aerodynamika lub hydrodynamika. warunków przepływu gazu lub cieczy wokół ziaren. Kinetykę procesu w warstwie adsorbentu, w przeciwieństwie do kinetyki w pojedynczym ziarnie, nazywa się. dynamiki adsorpcji, ogólny schemat rozwiązywania problemów jest następujący: kompilowany jest system różnic. ur-cja w pochodnych cząstkowych z uwzględnieniem właściwości warstwy, izotermy adsorpcji, charakterystyk dyfuzyjnych (współczynnik dyfuzji, rodzaje przenoszenia masy przez warstwę i wewnątrz ziaren), aero- i hydrodynamicznych. cechy przepływu. Warunki początkowe i brzegowe są ustawione. Rozwiązanie tego układu równań w zasadzie prowadzi do wartości wartości adsorpcji w danym momencie w danym punkcie warstwy. Z reguły analityczny rozwiązanie można otrzymać tylko dla najprostszych przypadków, dlatego takie zadanie rozwiązuje się numerycznie za pomocą komputera.
W eksperymentalnym badaniu dynamiki adsorpcji przez warstwę adsorbentu przepuszcza się strumień gazu lub cieczy o określonych właściwościach i bada się skład wychodzącego strumienia w funkcji czasu. Wygląd zaabsorbowanej in-va dla warstwy tzw. przełomu, a czas do przełomu – czas działania ochronnego. Zależność stężenia tego składnika za warstwą od czasu tzw. krzywa wyjściowa. Te krzywe służą jako główne eksperymentalny materiału, który umożliwia ocenę wzorców dynamiki adsorpcji.
Projektowanie sprzętowe procesów adsorpcyjnych
Istnieje wiele technologii. techniki adsorpcyjne. procesy. Powszechny cykliczny. (okresowe) instalacje ze stałym złożem adsorbentu, osn. węzeł do-rykh - jeden lub kilka. adsorbery wykonane w postaci pustych kolumn wypełnionych adsorbentem granulowanym. Strumień gazu (lub cieczy) zawierający zaadsorbowane składniki przepuszcza się przez złoże adsorbentu aż do przebicia. Następnie adsorbent w adsorberze jest regenerowany, a strumień gazu kierowany jest do innego adsorbera. Regeneracja adsorbentu obejmuje kilka etapów, z których głównym jest desorpcja, tj. uwolnienie wcześniej wchłoniętej materii z adsorbentu. Desorpcję przeprowadza się przez ogrzewanie, rozprężanie w fazie gazowej, wypieranie (na przykład ostrą wodą
