2. Кількісні характеристики адсорбції. [2]

Для визначення кількості адсорбованої речовини необхідно експериментально знайти тиск газу або концентрацію адсорбтива в судині, в якій відбувається адсорбція, до і після адсорбції. Дуже часто кількість адсорбованої речовини визначають по збільшенню ваги адсорбенту. Слід відмітити, що визначення кількості адсорбованої речовини викликає часто великі труднощі, що завжди мають місце, коли мала величина є різницею двох великих. Аби зменшити помилку вимірювань, визначення зазвичай проводять, застосовуючи як адсорбент пористі тіла з великою питомою поверхнею, що зв'язують велику кількість адсорбтива. Проте це у свою чергу має той недолік, що на адсорбції може позначатися діаметр пір адсорбенту. Порівняно великі молекули адсорбтива не зможуть проникати у вузькі капіляри адсорбенту і досягнута межа адсорбції буде фіктивною величиною, що не характеризує адсорбційну взаємодію адсорбтива з адсорбентом. При малих радіусах пір може відбуватися зріджування адсорбтива (капілярна конденсація) і отримують завищені значення кількості адсорбованої речовини.

Кількісно адсорбція може бути виражена з допомогою декількох величин:

1. Величиною а, що є кількістю адсорбтива, що знаходиться в одиниці маси адсорбенту. Цю величину зазвичай вимірюють у моль/г.

2. Величиною α, що показує кількість адсорбованої речовини, що доводиться на одиницю поверхні адсорбенту. Ця величина є ніщо інше, як поверхневу концентрацію адсорбтива. Одиницями вимірювання її є моль/м² і ммоль/см².

3. Введеною Гіббсом величиной Г, що є надлишок числа молів адсорбтива в об'ємі поверхневого шару площею 1 см² по порівнянню з числом його молів в тому ж об'ємі, якби на міжфазній межі не відбувалося зміни концентрації адсорбтива. При малих концентраціях адсорбтива гібб- сівская адсорбція Г близька до поверхневої концентрації α, при великих концентраціях адсорбтива величина Г відрізняється від α. У випадках, коли по тих або інших причинах концентрація адсорбтива в поверхневому шарі менше його концентрації в об'ємі, величина Г негативна, а саме явище називається негативною адсорбцією.

Адсорбцію можна характеризувати:

1. залежністю кількості адсорбованої речовини а від температури при постійних рівноважних тисках р або концентраціях с; графіки а = f(T) при р = const називаються ізобарами, а при с = const — ізопікнами адсорбції;

2. залежністю рівноважного тиску (або концентрації) від температури при постійній кількості адсорбованої речовини; графіки р = f(T) і с =f(T) при а = const називаються ізостерам.

3) залежністю кількості адсорбованої речовини а від рівноважного тиску (або концентрації) при постійній температурі; графіки а = f(p) або а = f (с) при Т = const називаються ізотермамиадсорбції. Ізотерми мають особливо велике значення при вивченні адсорбції.

3. 

ВЛАСТИВОСТІ ДЕЯКИХ АДСОРБЕНТІВ. [2]

Як тонкопористі адсорбенти найчастіше застосовують деревне вугілля, тваринне (кістковий) вугілля, силікагель, природні силікати, алюмогель і алюмосилікагель. З вугілля для адсорбції застосовують вугілля, отримане з твердих деревних порід, оскільки вугілля, отримане з м'яких порід, наприклад, з соснової деревини, вельми крихке і легко розсипається. Кращі сорти вугілля для адсорбції отримують з шкаралупи кокосових горіхів і абрикосових кісточок. Крім того, для адсорбції зазвичай застосовується активне вугілля.

Звичайне вугілля (вугілля-сирець) має порівняно невелику адсорбційну здатність, оскільки його питома поверхня порівняно невелика і пори в значній мірі заповнені смолами і продуктами неповного згорання, що утворюються при о триманні вугілля. Активування вугілля полягає в термічній обробці, в результаті якої його питома поверхня збільшується, при цьому продукти неповного згорання частково згорають, частичо випаровуються. Термічну обробку вугілля, щоб уникнути великих втрат в результаті згорання, проводять в атмосфері водяної пари або двоокису вуглецю (при 750—950°С). Органічні речовини, що містяться у вугіллі, а частково і саме вугілля реагують з водяною парою і двоокисом вуглецю з утворенням СО і Н₂. Оскільки ці процеси ендотермічні, активування в атмосфері пари або двоокису вуглецю легко зупинити в той момент, коли згорять непотрібні органічні речовини і це не торкнеться основної частини вугілля.

Вугілля як адсорбент застосовується для заповнення протигазів, рекуперації розчинників, рафінування цукру, знебварвлення багатьох рідин, очищення повітря промислових підприємств, а також використовується в медицині.

Вугілля є неселективним адсорбентом, бо на має здатності поглинати окремі речовини не поглинаючи інші.

Іншим адсорбентом, що часто застосовується на практиці, є силікагель — гідратований двоокис кремнію, приготований у вигляді дуже пористого тіла або порошку. Силікагель зазвичай отримують, вводячи розчин силікату натрію при сильному перемішуванні в 5—10%-ний розчин хлористоводневої кислоти. Пористий силикагель, що утворився, подрібнюють і промивають водою. Потім шматочки силікагелю сушать при температурі близько 500°С, подрібнюють до частинок потрібних розмірів і для видалення пилу відсівають. Питома поверхня приготованого таким чином силікагеля складає 400—500 м²/г. Капіляри силікагелю декілька ширше, ніж капіляри активного вугілля, і однорідніші по розмірах.

Силікагель відрізняється від вугілля меншою адсорбційною здатністю при дуже низькому тиску і здатністю селективно поглинати пари води. Тому його зазвичай застосовують для висушування газів. Силікагель є селективним сорбентом для поглинання води та окремих газів.

Останнім часом широке застосування як адсорбенти отримали молекулярні сита. Прикладом таких сит є цеоліти, кристали яких побудовані з кремне- та алюмокисневих тетраедрів-, що чередуються і містять пори з діаметром від 4 до 7,5 Ǻ залежно від типу цеоліту. Рихлі просторові грати цеолітів здатні поглинати і утримувати достатньо малі молекули, тоді як великі молекули в ці грати проникнути не можуть. На цьому і заснована молекулярно-ситова дія цеолітов, які використовують для висушення, розділення сумішей парів і виділення розчиненої речовини з розчинів. Зокрема, висушення органічних розчинників за допомогою цеолітів засноване на тому, що молекули води (діаметр 2,75 Ǻ) легко проникають у вузькі пори кристалів цеоліту, тоді як великі за розмірами молекули розчинника в такі пори не потрапляють.

Істотною перевагою пористих кристалів целітів є висока однорідність їх пір по розмірах. Целіти є селективними сорбентами.