Практическое использование сорбции газов

В 1915 г. Н.Д. Зелинский создал противогаз, который применялся во время первой мировой войны для защиты от отравляющих веществ. В качестве адсорбента был использован активированный уголь, способный не только прочно задерживать токсичные пары и газы, содержащиеся в отравленной атмосфере, но и задерживать их достаточно быстро. За время пути через противогазовую коробку, наполненную углем, вдыхаемый человеком воздух должен быть полностью очищен от примесей. Отравляющие пары и газы, имеющие более высокую адсорбционную способность по сравнению с компонентами воздуха, занимали большую часть поверхности пор угля, вытесняя с нее молекулы кислорода и азота. После насыщения поверхности пор угля адсорбция прекращается и далее наступает «проскок» через коробку противогаза токсичных компонентов.

Тонко размолотые вещества ─ порошки долго не слеживаются при хранении, т.е. в них не образуются комки. Это объясняется тем, что порошки обладают высокой адсорбционной способностью к газам, т.к. имеют большую удельную энергию. Рассмотрим, например, порошок сажи, занимающий вместе с воздухом объем один литр. Каждая крупинка сажи окружена тонкой воздушной оболочкой. Если бы удалось оторвать воздух от крупинок сажи, и придвинуть их вплотную друг к другу, то оказалось бы, что крупинки займут 5% исходного объема, а адсорбированный воздух ─ 95%. Оказывается, этот воздух сильно сжат, при атмосферном давлении он займет объем, равный 2,5литра. Такие плотные воздушные оболочки не позволяют крупинкам слипаться в комочки при хранении. Наличие оболочек сжатого воздуха объясняет тот факт, что порошкообразные вещества ─ сахар, мука, топливо и многие другие легко воспламеняются и сгорают мгновенно.

Из опыта известно, что порошки, например какао или кофе в холодной воде необходимо долго размешивать, чтобы исчезли комки. Воздушные пленки мешают смачиванию крупинок. Однако если добавить горячую воду, смачивание происходит намного быстрее, т.к. молекулы газов начинают двигаться более оживленно и легче покидают поверхность крупинок. Таким образом, при низких температурах поверхность порошков и пористых веществ способна удерживать большое количество газов и паров. Этой температурной зависимостью пользуются в различных технологических процессах. Например, рекуперация ─ это извлечение паров ценных летучих веществ из смеси их с другими парами или газами. Для этого подбирают адсорбент, который из смеси паров преимущественно поглощает только один сорт вещества. После насыщения адсорбента этим паром и окончания капиллярной конденсации адсорбент переносят в другую емкость и нагревают. При этом ускоряется десорбция извлекаемых паров. Например, в виноделии из отходящих газов бродильных чанов рекуперировали спирты. Оставшийся углекислый газ таким же способом очищали от других примесей и использовали его для газирования напитков. Кроме того, рекуперации подвергаются: вентиляционный воздух, отходящие печные газы и другие газовоздушные смеси. При этом извлекают бензин, бензол, эфир. Ацетон и спирт рекуперируют из природного газа.

Адсорбция паров воды на твердых адсорбентах лежит в основе осушки газов в различных целях: повышения теплотворной способности природного газа, предотвращения образования ледяных «пробок» в трубопроводах, обеспечения сухой атмосферы в производственных помещениях и т.д.

«Отходящие» газы промышленности выбрасывают в атмосферу множество токсичных веществ в виде пыли, дыма, тумана, а также газообразных и парообразных примесей. В частности, оксиды азота, SO₂, CO, CO₂, H₂S, CL₂ и др. удаляют в результате абсорбции их водой или водными щелочными растворами в процессе барботажа струи отходящего газа. Те же газы, а также пары ртути, углеводородов могут поглощаться пористыми адсорбентами. Однако такой способ удаления токсичных газов из запыленного воздуха крайне неэффективен.