Вещества, применяемые в качестве адсорбента

Применяемые пористые тв. вещества с развитой внутренней поверхностью.

Поры в составе адсорбента по своему диаметру делятся на микропоры, мезопоры и макропоры.

От преобладающего размера пор зависит характер адсорбции.

Поверхность крупных пор (макропор) очень мала. На ней может адсорбироваться небольшое количество молекул. В основном они выполняют транспортную функцию.

Размеры мезопор, как правило, значительно превышают размеры адсорбируемых молекул и в процессе адсорбции образуются слои поглощенного материала.

В случае нескольких слоев процесс носит название полимолекулярная адсорбция. Если образуется один слой – мономолекулярная адсорбция.

Микропоры имеют размер сопоставимый с размерами молекул.

Одной из основных характеристик адсорбента явл. поглотительная способность (активность адсорбента), кот. показывает сколько вещества может поглотить единица массы (или объема) адсорбента [г/г, г/дм³, моль/г и т.д.].

Поглотительная способность зависит от температуры и давления. Максимально возможная поглотительная способность наз. равновесная активность.

В промышленности в качестве адсорбентов применяют активные (активированные) угли, минеральные адсорбенты (силикагели, цеолиты), а также синтетические ионообменные смолы (иониты).

Активные угли

получают путем сухой перегонки различных углеродсодержащих веществ.

Для повышения пористости полученную после перегонки массу подвергают активации путем прокаливания при температурах до 900 °C, а также удаление продуктов перегонки путем экстрагирования, окисления и т.д.

Для активации также применяют добавки кислот, щелочей, солей, выносимых перед обугливанием.

Одна из важных характеристик адсорбентов – удельная поверхность S_уд.

Для активных углей S_уд=600-1700 м²/г.

Адсорбенты подвергают грануляции диаметром от 1 до 5 мм.

Насыпная плотность материала находится в пределах ρ=200-500 кг/м³.

Наиболее широко активные угли применяют для адсорбции органических веществ, в частности для рекуперации (“возврата”) орг. растворителей.

Недостаток активных углей – низкая термическая стойкость.

Силикагели

представляют собой продукты обезвоживания геля кремниевой кислоты, получаемые обработкой силиката натрия минеральными кислотами.

Удельная поверхность силикагелей составляет 400-800 м²/г, насыпная плотность ρ=300-800 кг/м³. Применяется в основном для осушки газов.

Преимущество силикагелей – высокая термостойкость и механическая прочность.

Лекция №10 (10 мая 2023)

Характеристики адсорбентов и их виды

Цеолиты –

эти адсорбенты представляют собой природные или синтетические материалы, кот. являются водными алюмосиликатами катионов элементов 1-ой и 2-ой групп периодической системы. В промышленности в основном применяются искусственные или синтетические цеолиты.

Можно выделить группу цеолитов, обладающих однородной структурой пор, размеры которых соизмеримы с размерами адсорбируемых молекул.

Эти цеолиты характеризуются молекулярно-ситовым действием, кот. заключается в способности не адсорбировать молекулы, размер которых превышает размер пор цеолита.

Такими свойствами обладают и некоторые природные цеолиты. Молекулярно-ситовое действие часто используют в промышленности для разделения некоторых веществ, например УВ-ов нормального (линейного) и разветвленного строения.

Еще одним широко используемых свойством явл. высокая поглотительная способность по отношению к воде, поэтому цеолиты широко используют для осушки газов и жидкостей, в т.ч. для глубокой осушки газов.

Иониты

эта группа также представлена неорганическими и органическими веществами природного и синтетического происхождения.

К природным ионитам относятся цеолиты, глинистые материалы, ископаемые угли и т.д.

К синтетическим ионитам относят плавленые цеолиты и молекулярные сита, ионообменные смолы, активированные минералы и органические вещества.

Иониты не растворяются в воде, обладают подвижными ионами, способными обмениваться на ионы того же заряда, находящимися в растворе электролита, контактирующим с ионитом.

Иониты, содержащие кислые активные группы, наз. анионитами, они обмениваются с раствором подвижными анионами.

Иониты, содержащие основные активные группы и обменивающиеся подвижными катионами наз. катионитами.

Существуют также амфотерные иониты, способные обмениваться катионами и анионами одновременно.

Например, реакция анионного обмена:

Анионный обмен

Катионный обмен

Механизм ионного обмена определяется структурой и свойствами ионита. Например, иониты с кристаллической решеткой содержат в ее углах ионы, удерживаемые электростатическими силами. Под действием этих сил и происходит ионный обмен.

Ряд ионитов характеризуется способностью к набуханию в водной среде, кот. сопровождается значительным повышением давления.

В настоящее время в промышленности наибольшее распространение получили ионно-обменные смолы, кот. отличаются высокой обменной емкостью, избирательностью к отдельным ионам, механической прочностью и химической стойкостью.

Кроме того, ионно-обменные смолы в зависимости от состава активных групп обладают самыми разнообразными свойствами.