§ 23. Практическое значение адсорбции

 

Твердые адсорбенты применяют для улавливания ценных паров и газов, осветления растворов в производ­стве сахара, глюкозы, многих фармацевтических препа­ратов, нефтепродуктов. Адсорбцией извлекают малые количества веществ, растворенных в больших объемах жидкости, например в технологии получения редких элементов. Важную роль адсорбционные процессы иг­рают в гетерогенном катализе, при крашении волокон, при обогащении полезных ископаемых (флотация).

Моющее действие мыла и других сти­ральных препаратов также основано на ад­сорбции частиц.

Хроматография. Способность избира­тельного и последовательного поглощения адсорбентами растворенных веществ лежит в основе хроматографического метода ана­лиза, заключающегося в разделении слож­ных смесей на составные части. Впервые этот метод был применен русским ботани­ком М. С. Цветом (1903) для разделения зеленого вещества растений — хлорофил­ла — на составные части.

Через стеклянную трубку (адсорбцион­ную колонку), заполненную подходящим адсорбентом, например А1₂О₃, фильтруется раствор, содержащий смесь веществ. При этом вещества, хорошо адсорбирующиеся на данном адсорбенте, концентрируются в верхней части колонки, менее поглощае­мые — в порядке уменьшения адсорбируемости — ниже. Таким образом, по высоте колонки образуются зоны различных компонентов исходной смеси (рис. 29). Соответствующей обработкой можно выделить компоненты из каждой адсорбционной зоны.

Хроматография широко применяется при разделении и очистке лекарственных веществ, витаминов, амино­кислот, углеводородов нефтяных фракции, ионов, близ­ких по свойствам (например, редкоземельных метал­лов). При помощи этого метода были выделены элемен­ты № 99 - эйнштейний, № 100 - фермии и №,101-мендёлеевий. Хроматографический анализ используется также при контроле на некоторых производствах. На­пример, методом хроматографии легко можно обнару­жить искусственную подкраску вин.

В последние годы широкое распространение в техни­ке получила ионообменная адсорбция. В частности, ионообменная адсорбция на ионитах применяется для умягчения и опреснения воды. Ионы Са²⁺ и Mg²⁺ при­дают воде жесткость, для устранения которой исполь­зуют в качестве катионита искусственные алюмосили­каты щелочных металлов — пермутиты. Состав пермутита, применяемого для умягчения воды, может быть приближенно выражен формулой Na₂H₄Al₂Si₂O₁₀. При фильтровании жесткой воды через такой катионит ка­тионы Са²⁺ и Mg²+ из воды обмениваются на катионы натрия (из пермутита), Обменное действие пермутита можно представить схемой

 

Пермутит — Na₂ + Са²⁺ + SO₄^2- = Пермутит — Са + 2Na⁺ + SO₄^2-

Последовательное применение катионитов и анионитов позволяет освободить воду от всех примесей, т. е. осуществить адсорбционную дистилляцию воды, что бо­лее экономично, чем обычная перегонка. Этот процесс можно представить схемой

 

Катионит—Н + Na⁺ + С1^- = Катионит—Na + H⁺ + С1^—

Анионит—ОН + Н⁺ + Сl^- = Анионит—Сl + Н₂О

 

Метод адсорбционной дистилляции открыл реальные возможности опреснения морской воды и воды соленых озер и колодцев.

Ионообменная адсорбция нашла широкое примене­ние в пищевой промышленности. Так, например, в про­изводстве вина с помощью ионитов из него удаляют из­лишнее количество ионов Fe³⁺, Cu²⁺, Ca²⁺, которые вы­зывают помутнение вин. Таким же методом изменяют солевой состав молока. Для коровьего молока характер­но повышенное содержание солей, поэтому оно отлича­ется от женского характером створаживания, зависящим от соотношения казеина и солей кальция. Удаляя с по­мощью ионитов определенное количество солей кальция из коровьего молока, можно так изменить соотношение кальция и казеина, что коровье молоко станет пригод­ным для питания детей раннего возраста. Полученное таким способом молоко называется ионитным. С по­мощью ионитов очищают воду в пивоваренном произ­водстве. Их можно применить и для умягчения воды на предприятиях общественного питания.

Адсорбция широко используется в кулинарной прак­тике. В частности, осветление мясных и рыбных бульо­нов основано на том, что белки икры и яиц (при освет­лении рыбных бульонов) или специальной оттяжки (при осветлении обычных мясных или мясокостных бульо­нов) при нагревании свертываются, образуя пористую массу, которая адсорбирует на своей поверхности взве­шенные частицы, придающие бульону мутность. Яичным белком осветляют также мутные фруктово-ягодные си­ропы для приготовления желе.