Адсорбция

Адсорбция – самопроизвольный процесс на поверхности или в объеме твердого вещества. Изучение этого процесса включено в школьный курс химии. Так что же такое адсорбция и какие типы адсорбентов существуют?

Характеристики адсорбции

Адсорбция – концентрация веществ на поверхности или в объеме микропор твердого тела – адсорбента. Поглощенное вещество, находящееся в газовой и жидкой фазе, называется адсорбентом, а после перехода в адсорбированное состояние — адсорбатом.

Различают физическую адсорбцию и хемосорбцию. Адсорбционные процессы селективны и обычно обратимы. Благодаря их обратимости возможно выделение поглощенных веществ из адсорбентов (процесс десорбции). Физическая адсорбция обусловлена ​​силами молекулярного взаимодействия. Если происходит химическая реакция адсорбата с адсорбентом, этот процесс называется хемосорбцией.

Большинство промышленных адсорбентов имеют внутреннюю структуру, включающую поры различного размера. В зависимости от размера поры делятся на три типа:

• микропоры, имеющие размеры, соответствующие размерам молекул (эффективные радиусы — радиусы эквивалентных модельных адсорбентов с цилиндрическими порами — составляют преимущественно 0,5-1,0 нм, верхний предел — 1,5 нм, общий объем микропор промышленных адсорбентов обычно не превышает 0 см3/г)
• переходные поры, иногда называемые мезопорами (эффективные радиусы варьируются примерно от 1,5 до 100-200 нм, удельная поверхность — поверхность адсорбента на единицу массы — 10-400 м2/г)
• макропоры (эффективные радиусы более 100–200 нм, удельная поверхность 0,5–2 м2/г, объем макропор активированного угля – 0,2–0,8 см3/г)

Виды промышленных адсорбентов

К основным типам промышленных адсорбентов относятся активированный уголь, силикагели, активированный оксид алюминия, цеолиты, природные глинистые породы и пористые стекла.

Поскольку промышленные адсорбенты характеризуются разнообразием пористой структуры, это определяет свойства механизма транспорта в пористом теле. В крупных порах, когда диаметр пор превышает длину свободного пробега адсорбирующих молекул, преобладающим типом переноса является нормальная или объемная диффузия.

Активированный уголь – это пористые угольные адсорбенты. Их получают из торфа, бурого и каменного угля, антрацита, древесного материала (древесина, уголь, опилки), отходов кожевенной промышленности и веществ животного происхождения. Древесный уголь высокой механической прочности производят из скорлупы кокосовых орехов и других орехов, а также из семян фруктов. Характерными свойствами активированных углей являются гидрофобность и горючесть.

Силикагель — один из наиболее распространенных минеральных адсорбентов с хорошо развитой пористостью. Его основные преимущества – низкая температура регенерации (110-200 градусов), низкие затраты при промышленном производстве, высокая механическая прочность. По своей химической природе силикагель представляет собой гидратированный аморфный кремнезем (nSiO2*mH2O). По внешнему виду это прозрачные или матовые, бесцветные или светло-коричневые твердые зерна.

Цеолиты — алюмосиликаты, содержащие оксиды щелочных и щелочноземельных металлов, характеризующиеся строго определенной пористой структурой, заполненные молекулами воды при обычных температурах. При нагревании цеолиты выделяют воду и кипятят.