1.2 Применение процессов сорбции в промышленности

Адсорбционные процессы – наиболее распространенный способ очистки газов от газо­вых примесей. В них используется явления различной растворимости газов, химиче­ские реакции, когда в адсорбционной жидкости (обычно вода) применяются такие реа­генты, которые образуют с улавливаемым компонентом химическое соединение.

Адсорбционные методы очистки газов основаны на способности мелкопористых ад­сорбентов (активные угли, силикагели, алюмогели, пористые стекла и т.п.) улавливать их газовой фазы при соответствующих условиях те или иные вредные компоненты.

Сорбционные методы используются для улавливания из сточных вод: цианидов, меди, цинка, хрома, фенола [7].

Адсорбционная очистка нефтепродуктов, осуществляется для обеспечения их заданно­го группового состава, улучшения физико-химических свойств и эксплуатационных характеристик [8].

Типичные адсорбционные процессы очистки газов и паров, извлечения ценных примесей, гетерогенного катализа, хроматографического анализа смесей и другие процес­сы, происходящие на поверхности твердых тел, широко используются в самых различ­ных отраслях народного хозяйства и требуют глубокого и внимательного изучения. [9].

1.3 Сорбционные методы удаления токсичных веществ из организма

С 1960-х годов сорбционные методы используют для прижизненного удаления токсических веществ из биологических жидкостей. С этой целью через слой сорбента пропускают кровь, плазму и лимфу. Соответственно эти процессы называют гемо-, плазмо- и лимфодиффузией. Иногда их называют гемо-, плазмо- и лимфосорбцией. Гемосорбция была первым методом, использованным для лечения отравлений. Техника этой процедуры достаточно проста: цельную кровь, взятую из артериальной системы организма, пропускают через колонку с адсорбентом, после чего вновь возвращают в организм.

Недостатком гемосорбции является прямой контакт сорбента с клеточными части­цами крови (эритроцитами, тромбоцитами, лейкоцитами) в результате чего некоторые виды адсорбентов могут вызвать травму клеток. Поэтому применяют смешанные методы очистки. Чисто сорбционный характер очистки сохраняется, если через сорбент пропускать не цельную кровь, а бесклеточную среду – плазму.

2 ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ [14-17]: теория, методика проведения работ и обработки практических результатов; контрольные вопросы [11]

1. Адоробция из растворов на границе раздела твердое тело – жидкость (г–ж)

2.1.1 Молекулярная адсорбция

Адсорбция неэлектролитов и слабых электролитов на границе раздела т-ж носит молекулярный характер и подчиняется уравнению Гиббса. Если растворенное вещество (адсорбтив) адсорбируется в большем количестве, чем растворитель, то адсорбция его положительна. При большей адсорбции растворителя адсорбция отрицательна. Поэтому изотерма адсорбции из растворов кажущаяся.

Для адсорбции из растворов установлен ряд закономерностей. Адсорбция органи­ческих веществ одного и того же гомологического ряда подчиняется правилу Траубе. На пористых адсорбентах наблюдается обращение привила Траубе; адсорбция падает с ростом длины цепи, так как с возрастанием размера молекул уменьшается доступная для адсорбции площадь адсорбента; крупные молекулы не могут попасть в узкие поры адсор­бента. При адсорбции на границе т-ж по правилу уравнивания полярностей, сформули­рованному Ребиндером, вещество адсорбируется на границе раздела фаз только в том слу­чае, если в результате его присутствия в поверхностном слое разность полярностей фаз уравнивается.

Для измерения адсорбции в одинаковые объемы растворов адсорбируемого вещест­ва разной концентрации вносят точную навеску адсорбента. Затем определяют равновес­ную концентрацию после адсорбции. Количество адсорбированного вещества вычисляют как разность начальной и равновесной концентрации в данном объеме раствора. В раз­бавленных растворах адсорбцию растворителя обычно не учитывают.

Рисунок 1 – Изотерма абсорбции на границе раздела т-ж (а) и графическое опреде­ление констант в уравнении Фрейндлиха – Бедекера (б)

По экспериментальным данным строят кривую – изотерму адсорбции, выражающую зависимость массы адсорбированного вещества от равновесной концентрации его в рас­творе. Массу адсорбированного вещества относят не к единице поверхности, а к единице массы адсорбента (рисунок 1). Вид изотермы, получаемой при образовании мономолекулярного слоя на непористых адсорбентах, хорошо соответствует уравнению Лэнгмюра. Адсорб­ция на пористых адсорбентах из разбавленных растворов описывается эмпирическим уравнением, предложенным Бедекером и Фрейндлихом:

,

где –масса адсорбированного вещества на единицу массы адсорбента ммолъ/г; с – равновесная концентрация, ммолъ/л; k – константа, соответствующая массе адсорбированного вещества при равновесной концентрации, равной единице; n – константа (n = 0,1 – 0,5).

Чтобы найти k и n, уравнение логарифмируют

Наносятся значения по оси ординат, a lgс – по оси абсцисс, получают прямую линию (рисунок 1, б). Отрезок ОА, отсекаемый прямой на ординате, дает значение lgk, а тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс (tg) – n. Уравнение применимо для растворов адсорбтива средних концентраций.