Характеристики адсорбентов и их виды

В качестве адсорбентов применяются пористые твердые вещества с большой удельной поверхностью. Адсорбенты характеризуются своей поглотительной или адсорбционной способностью, определяемой концентрацией поглощаемого адсорбата в единице массы или объема адсорбента. Поглотительная способность адсорбента по отношению к данному веществу зависит от температуры и давления, при которых производится адсорбция, и от концентрации поглощаемого вещества. Максимально возможная при данных условиях поглотительная способность адсорбента называется его равновесной активностью.

Адсорбенты можно условно разделить на три группы:

• неполярные твердые вещества, где происходит в основном физическая адсорбция;

• полярные твердые вещества, где происходит химическая адсорбция без изменения химической структуры молекул газа и поверхности адсорбента;

• поверхности с чисто химической адсорбцией, которые десорбируют молекулы газа после химической реакции, либо каталитической, когда поверхность не изменяется, либо некаталитической с атомами адсорбента, при этом требуется их замещение.

В промышленности в качестве поглотителей применяют чаще всего активные угли и минеральные адсорбенты (силикагель, цеолиты и др.), а также синтетические ионообменные смолы (иониты).

Активированный уголь получают путем сухой перегонки различных углеродсодержащих веществ (дерево, кости и др.) или удалением из пор угля смол путем экстрагирования органическими растворителями, окислением кислородом воздуха и др. Удельная поверхность активных углей составляет от 600 до 1700 м²/г. Размер гранул 1-5 мм. Насыпная плотность 260-420 г/л. Применяются обычно для рекуперации летучих растворителей. Недостатком является их горючесть.

Полярными адсорбентами являются кремнезем либо оксиды металлов. Кремнийсодержащими материалами являются силикагель, диамитовые земли и синтетические цеолиты. Эти материалы обладают сродством как к полярным, так и неполярным молекулам и будут лучше адсорбировать полярные молекулы, чем неполярные. Оксиды металлов, активированный глинозем или боксит отличаются несколько большим сродством к полярным молекулам. Поэтому эти материалы обычно используются для удаления из газовых потоков водяных паров.

Силикагели представляют собой продукты обезвоживания геля кремниевой кислоты, получаемые обработкой раствора силиката натрия (растворимого стекла) минеральными кислотами или кислыми растворами их солей. Удельная поверхность силикагелей от 400 до 770 м²/г. Размер гранул колеблется от 0,2 до 7 мм. Насыпная плотность составляет 400-800 г/л. Силикагели не горят и имеют большую механическую прочность по сравнению с активными углями и низкую температуру регенерации.

Цеолиты представляют собой природные или синтетические минералы, являющиеся водными алюмосиликатами катионов 1 и 2 групп периодической системы Д.И. Менделеева. Цеолиты отличаются мелкой и строго регулярной системой пор, высокой поглотительной способностью по отношению к воде и являются высокоэффективными адсорбентами для осушки и очистки газов и жидкостей при высоких температурах, когда силикагель и глинозем теряют свою эффективность. Другой областью их применения является селективная адсорбция таких полярных молекул, как вода, диоксид углерода, аммиак и др., поэтому они применяются для очистки инертных и природных газов, для удаления СО₂ и воды из этилена перед его полимеризацией.

В промышленности применяются в основном синтетические цеолиты. Размер гранул цеолитов составляет 2 - 5 мм, насыпная плотность 600-900 кг/м³.

Иониты представляют собой как природные, так и синтетические неорганические и органические вещества. К природным ионитам относятся цеолиты, глинистые минералы, ископаемые угли и др. Синтетическими ионитами являются плавленые цеолиты, ионообменные смолы, активированные минералы и органические вещества.

Иониты практически нерастворимы в воде, а также в обычных растворителях и обладают подвижными ионами, способными обмениваться на эквивалентное количество ионов (с зарядом того же знака) из раствора электролита, с которым поглотитель контактирует. По характеру обмена различают аниониты, содержащие кислые активные группы, и катиониты, содержащие основные активные группы.