- •1. Основные свойства дисперсных систем
- •2. Классификация дисперсных систем
- •3. Методы получения дисперсных систем
- •4. Основные свойства дисперсных систем определяются нескомпенсированной поверхностной энергией
- •Классификация поверхностных явлений
- •6. Поверхностное явление – адсорбция
- •8. Адсорбция на границе жидкость-газ
- •7. Основные адсорбционные уравнения
- •10. Характеристики твердых адсорбентов. Правила подбора
- •11. Основные теории адсорбции на твердых адсорбентах
- •Основные положения теории мономолекулярной адсорбции Ленгмюра
- •12. Основные положения теории полимолекулярной адсорбции бэт
- •13. Адсорбция в растворах электролитов
10. Характеристики твердых адсорбентов. Правила подбора
(выбора) адсорбентов
Углеродные сорбентыполучают из всевозможного сырья, которое при определенных условиях может давать твердый углеродный остаток – ископаемых углей, торфа, древесины, ореховой скорлупы, фруктовых косточек и животных костей.
Лучшими считаются угли, полученные из скорлупы кокосовых орехов и абрикосовых косточек.
Углеродные сорбенты используют в различной форме: в виде порошка с размером частиц до 0,8 мм, гранул более крупного размера, пленок, волокон тканей.
Для повышения адсорбционной способности углеродных сорбентов их дополнительно активируют, выдерживая при повышенной температуре в присутствии паров воды и углекислого газа. В процессе активации выгорает смола, заполняющая поры углей, удельная поверхность адсорбента, а, следовательно, и его адсорбционная способность, возрастают.
Удельная поверхность активированного угля, включая поверхность всех его пор, может достигать 1000 м2/г.
Применение:
– очистка воды, пищевых масс;
– очистки и разделения газов;
– в хроматографии, в медицине. Так, например, углеродные гемосорбенты применяют для очистки крови у больных, а энтеросорбенты - внутрь в целях очистки организма от вредных веществ и микробов.
Цеолиты (в переводе с греческого «кипящий камень» из-за способности вспучиваться при нагревании) – природные и синтетические алюмосиликатные материалы. Кристаллическая структура их образована тетраэдрами [SiO4]4–и [AlO4]5–, объединенными общими вершинами в трехмерный каркас, пронизанный полостями и каналами, в которых находятся молекулы воды и катионы металловI,IIгрупп.
Цеолиты проявляют адсорбционные свойства после удаления воды из их полостей (при нагревании). Цеолиты различных марок имеют строго определенный размер входов в полости и каналы. Поэтому их называют еще «молекулярными ситами» за способность сорбировать лишь определенные компоненты.
Используются для выделения и очистки углеводородов нефти; очистки, осушки и разделения газов (в т.ч. воздуха); осушки фреонов; извлечения радиоактивных элементов.
Силикагель получают высушиванием студня поликремниевой кислоты; по химическому составу – этоSiO2.Товарный силикагель выпускают в виде зёрен или шаровидных гранул;удельная поверхность составляет ~ 500 м2/г.
Силикагели используютдля поглощения паров воды и органических растворителей, адсорбционной очистки неполярных жидкостей, в газовой и жидкостной хроматографии для разделения спиртов, аминокислот, витаминов, антибиотиков и др. Крупнопористые силикагели применяются как носители катализаторов.
Бентониты, или бентонитовые глины(от названия месторождения Бентон, США) – тонкодисперсные глины, состоящие на 60-70 % из минералов группы монтмориллонита (Al2O3∙4SiO2∙H2O).
Применение:
– в пищевой промышленности – для осветления и стабилизации виноматериалов и вин, и частично фруктовых соков, для очистки растительных масел;
– в биотехнологии – для очистки белков, ферментов;
– в косметологии.
Твердые адсорбенты делятся на две группы:
пористые;
непористые.
Пористость адсорбента определяется отношением суммарного объема пор Vпк общему объему адсорбентаVадс
П=Vп/ Vадс.
В зависимости от поперечного размера пор пористые адсорбенты подразделяются на микропористые (< 2 нм), мезопористые (2-50 нм) и макропористые (> 50 нм).
Различают полярные (гидрофильные) и неполярные (гидрофобные) адсорбенты.
Полярные(хорошо смачиваются водой) – силикагель, цеолиты, глины, пористое стекло; неполярные(водой не смачиваются) – активированный уголь, графит, тальк, парафин.
Правила подбора адсорбентов
1. При выборе адсорбента необходимо определить тип адсорбируемого вещества (полярное, неполярное, ПАВ) и среды, из которой производится адсорбция. Полярные вещества хорошо адсорбируются на полярных адсорбентах, неполярные – на неполярных.
Дифильные молекулы ПАВ могут адсорбироваться на любом адсорбенте. При этом они ориентируются своими полярными группами в полярную среду, неполярными – в неполярную.
Для адсорбции из водных растворов применяют неполярные адсорбенты, в противном случае будет сорбироваться растворитель – вода. Наоборот, если адсорбируемое вещество находится в неполярной среде, применяют полярный адсорбент.
Образовавшийся адсорбционный слой может изменить характер поверхности. Например, адсорбция дифильных молекул из водного раствора приводит к гидрофилизацииповерхности угля, вследствие чего уголь приобретает способность смачиваться водой.
Правило Ребиндера (правило уравнивания полярностей): вещество может адсорбироваться на поверхности раздела фаз, если его присутствие в межфазном слое уменьшает разность полярностей этих фаз в зоне их контакта.
2. При выборе адсорбента необходимо учитывать размеры молекул адсорбтива: диаметр пор должен превышать диаметр молекул.