2. Адсорбенты и их краткая характеристика

Принцип действия адсорбционного насоса основан на температурной обратимости физической адсорбции, т.е. поглощении газа твердым адсорбентом при снижении температуры (при охлаждении адсорбента) и выделении его при повышении температуры адсорбции. Последний процесс называется регенерацией.

В качестве адсорбента в насосах применяют пористые вещества с сильно развитой внутренней поверхностью. Все адсорбенты, используемые в адсорбционных насосах, можно разделить на три основные группы: углеводородные адсорбенты (активные угли), цеолиты (молекулярные сита) и силикагели. Для физической адсорбции существенно влияние пористой структуры адсорбента на адсорбируемость различных веществ. По этой характеристике все типы адсорбентов разделяют на два предельных структурных типа (класса) в зависимости от особенностей их пористой структуры.

Адсорбенты первого структурного типа – с мелкими порами (микропоры). Размеры пор соизмеримы с диаметром адсорбируемых молекул. В этом случае поля адсорбционных сил, создаваемых противоположными стенками, перекрываются, адсорбционные потенциалы повышаются, увеличивается теплоты адсорбции, что приводит к возрастанию величины адсорбции.

У адсорбентов второго структурного типа поры более крупные. В них отсутствует эффект повышения адсорбционных потенциалов. Эти адсорбенты характеризуются главным образом величиной удельной поверхности, т.е. поверхность одного грамма адсорбента (F_ад , м²/г). К адсорбентам первого структурного типа относятся цеолиты, некоторые модификации активных углей и тонкопористые силикагели. Ко второму структурному типу относятся широкопористые силикагели и алюмогели, а также активные угли.

Активные угли. Адсорбционные свойства активных углей определяются их пористой структурой. По размерам поры обычно разделяют на три основные разновидности: микропоры, переходные поры и макропоры. Все эти виды пор характерны для активных углей.

Наиболее тонкопористыми являются газовые угли (для адсорбции газов при низких относительных давлениях). Размер пор < 10 , F_ад~1500 м²/г. Для адсорбции паров и газов при высоких относительных давлениях используются так называемые рекуперационные угли. Эти угли имеют в основном переходные поры ,размер которых порядка 50...100 , F_ад~500 м²/г. Для адсорбции сред с крупными структурными частицами (например, коллоидные растворы или вещества с крупными молекулами) используются так называемые обесцвечивающие угли. Они отличаются крупнопористой структурой. Размер пор >100 , F_ад~300 м²/г.

Цеолиты – это обезвоженные кристаллы алюмосиликатов. Промышленностью выпускаются в форме небольших однородных гранул. Пористая структура цеолитов отличается строгой регулярностью. Кристаллики цеолита, имеющие размер порядка нескольких микрон, обычно таблетируют в гранулы с добавкой 10...15% связующих веществ. Размеры пор: 11,4...6,6 . Максимальная адсорбционная способность по азоту составляет 120...140 л. мм рт.ст./г.

Силикагели – высокомолекулярное соединение типа (SiO₂)_n . Скелет силикагелей состоит из сферических частиц, сросшихся между собой в местах контакта.

Силикагель обладает повышенной способностью адсорбирования полярных молекул (особенно воды). Поэтому силикагель известен как хороший осушитель.