Зависимость адсорбции газов

ОТ СВОЙСТВ АДСОРБЕНТА

Рассмотренные особенности адсорбции газов на твердых адсорбентах свидетельствуют о том, что определяющим в этом виде адсорбции является состояние поверхности адсорбента.

Все адсорбенты подразделяются на две принципиально разные группы:

1)адсорбенты с гладкой поверхностью (непористые адсорбенты);

2)пористые адсорбенты.

При одинаковой степени измельчения пористые адсорбенты имеют гораздо большую удельную поверхность, чем непористые, и, кроме того, адсорбция на них может сопровождаться капиллярной конденсацией.

НЕПОРИСТЫЕ АДСОРБЕНТЫ

Адсорбция на непористых адсорбентах зависит в основном:

1. от сродства адсорбента к адсорбтиву. Это сродство тем сильнее, чем резче выражена склонность к образованию определенных связей. Так, графитированная сажа неполярна, поэтому на ней сильнее адсорбируются неполярные органические соединения.

На поверхности ионных кристаллов (полярные адсорбенты) лучше адсорбируются полярные вещества. На поверхности оксидов обычно имеются гидрокеильные группы, способные образовывать водородные связи, поэтому они прочно удерживают воду, спирты, амины и т. д.;

2. от дисперсности адсорбента. Вы помните, что чем меньше размер частицы, тем больше ее удельная поверхность S_уд. В промышленности получают высокодисперсные порошки с удельной поверхностью порядка сотен квадратных метров на 1 г вещества, однако, из–за их легкой вспыливаемости их чаще используют в качестве наполнителей полимеров, лаков и смазок.

Отметим наиболее распространенные непористые адсорбенты: оксиды (TiO₂, SiO₂), соли (ZnSO₄, BaSO₄), графитированная сажа[5], белая сажа[6], аэросил[7].

ПОРИСТЫЕ АДСОРБЕНТЫ

Пористые тела – это твердые тела, внутри которых имеются поры, обусловливающие наличие внутренней межфазной поверхности.

Адсорбция на пористых телах, так же как на непористых, требует достаточного сродства между адсорбентом и адсорбтивом. Однако кроме этого она зависит:

1. от размеров пор;

2. от пористости.

В зависимости от размеров пор пористые адсорбенты подразделяют на

а) макропористые, r_пор >100–200 нм, S_уд = 0,5–2,0 м²/г, поры играют роль транспортных каналов;

б) переходнопористые (капиллярно-пористые), r_пор в пределах 1,5–100 нм, S_уд в пределах 10–500 м²/г. На стенках этих пор при малых давлениях происходит полимолекулярная адсорбция паров, которая с увеличением давления заканчивается капиллярной конденсацией. Из промышленных адсорбентов к ним относятся силикагели, алюмогели, алюмосиликагели.

в) микропористые (размеры пор соизмеримы с размерами адсорбированных молекул), r_пор в пределах 0,5–1,5 нм, S_УД в пределах 500–1000 м²/г. Противоположные стенки пор так близко расположены друг к другу, что их силовые поля перекрываются и адсорбция происходит во всем объеме пор. К ним относятся цеолиты и активные угли.

Пористость (П) – это отношение объема пор V_п к общему объему тела V_общ:

т. е. пористость определяет объем пор, приходящихся на единицу объема тела, т.е. долю пустот в его структуре.

Пористость может измеряться в долях или процентах. Пористость определяет удельную поверхность адсорбента – чем она больше, тем больше емкость адсорбента.

Структура пористого тела в значительной мере влияет на кинетику адсорбции, так как появляется стадия переноса вещества внутри пор. Часто эта стадия определяет время установления равновесия. К числу наиболее распространенных пористых адсорбентов относятся активные угли (их получают из каменного угля, торфа, дерева, животных костей, ореховых косточек и др., причем лучшими считаются угли, полученные из скорлупы кокосовых орехов или абрикосовых косточек), силикагели и алюмогели (гидратированные SiO₂ и А1₂О₃), цеолиты.

Цеолиты (от греч. цео – кипеть, литое – камень) получили свое название за способность эффективно поглощать воду, которая при нагревании испаряется, производя впечатление кипящего камня. Цеолиты являются молекулярными ситами, адсорбирующими лишь определенные компоненты из газовых смесей. Цеолиты представляют собой природные и синтетические алюмосиликаты, имеющие трубчатые полости строго определенного Для каждого класса диаметра в диапазоне 0,4–1,1 нм.