Адсорбция – характеристики в химии, условия и диффузия
4.3
Средняя оценка: 4.3
Всего получено оценок: 182.
4.3
Средняя оценка: 4.3
Всего получено оценок: 182.
Адсорбция – самопроизвольный процесс на поверхности или в объеме твердого тела. Изучение этого процесса входит в школьный курс химии. Так что такое адсорбция, и какие виды адсорбентов существуют?
Характеристики адсорбции
Адсорбция – концентрирование веществ на поверхности или в объеме микропор твердого тела – адсорбента. Поглощаемое вещество, находящееся в газовой и жидкой фазе, называется адсорбтивом, а после перехода его в адсорбированное состояние – адсорбатом.
Адсорбция является частным случаем сорбции, а процесс, обратный адсорбции называется десорбция
Различают физическую адсорбцию и хемосорбцию. Процессы адсорбции избирательны и обычно обратимы. Благодаря их обратимости возможно выделение поглощенных веществ из адсорбентов (процесс десорбции).
- микропоры, имеющие размеры, соизмеримые с размерами молекул (эффективные радиусы – радиусы эквивалентных модельных адсорбентов с цилиндрическими порами – составляют преимущественно 0,5-1,0 нм, верхняя граница 1,5 нм, суммарный объем микропор промышленных адсорбентов обычно не превышает 0,5 см3/г)
- переходные поры, иногда называемые мезопорами (эффективные радиусы составляют примерно от 1,5 до 100-200 нм, удельная поверхность – поверхность адсорбента, отнесенная к единице его массы, – 10-400 м2/г)
- макропоры (эффективные радиусы больше 100-200 нм, удельная поверхность 0,5-2 м2 /г, объем макропор у активных углей – 0,2-0,8 см3/г)
Все адсорбенты в соответствии с преобладающим размером пор можно подразделить на три класса: макропористые, переходнопористые, микропористые
Виды промышленных адсорбентов
К основным видам промышленных адсорбентов относятся активные угли, силикагели, активная окись алюминия, цеолиты, природные глинистые породы, пористые стекла.
Поскольку промышленные адсорбенты отличаются разнообразием пористой структуры, то это и определяет особенности механизма переноса в пористом теле. В крупных порах, когда диаметр пор больше средней длины свободного пробега молекул адсорбента, преимущественным видом переноса является нормальная или объемная диффузия.
Активные угли – пористые углеродные адсорбенты. Их получают из торфа, бурого и каменного угля, антрацита, древесного материала (дерева, древесного угля, опилок), отходов кожевенной промышленности, веществ животного происхождения. Угли, отличающиеся высокой механической прочностью производят из кокосовой скорлупы и других орехов, из косточек плодов. Отличительные свойства активных углей – гидрофобность и горючесть.
Силикагель – один из наиболее распространенных минеральных адсорбентов, обладающих хорошо развитой пористостью. Его основными преимуществами является низкая температура регенерации (110-200 градусов), низкая себестоимость при промышленном производстве, высокая механическая прочность. По своей химической природе силикагель – это гидратированный аморфный кремнезем (nSiO2*mh3O). По внешнему виду это прозрачные или матовые, бесцветные или светло-коричневые твердые зерна.
Цеолиты – алюмосиликаты, содержащие в своем составе оксиды щелочных и щелочноземельных металлов, отличающихся строго определенной структурой пор, в условиях обычной температуры заполненные молекулами воды. При нагревании цеолиты выделяют воду, кипят.
Рис. 3. Цеолиты.Что мы узнали?
В данной статье дается информация о том, что такое адсорбция, раскрывается суть понятий «адсорбент», «адсорбтив», «адсорбат». Также приводится подробное описание промышленных адсорбентов.
Тест по теме
Доска почёта
Чтобы попасть сюда – пройдите тест.
Алия Егинбаева
10/10
Оценка доклада
4.3
Средняя оценка: 4.3
Всего получено оценок: 182.
А какая ваша оценка?
АДСОРБЦИЯ • Большая российская энциклопедия
АДСО́РБЦИЯ (от лат. ad – на и sorbeo – поглощать), поглощение вещества из газовой фазы или жидкого раствора поверхностным слоем твёрдого тела или жидкости. Явление А. вызывается наличием адсорбц. cилового поля, создаваемого за счёт нескомпенсированности межмолекулярных cил в поверхностном слое. Вещество, создающее такое поле, называется адсорбентом, вещество, молекулы которого могут адсорбироваться, – адсорбтивом, уже адсорбиров. вещество – адсорбатом. Процесс, обратный А., – десорбция. А. – частный случай сорбции. Применение адсорбц. процессов датируется кон. 18 в., когда независимо и практически одновременно появились три публикации: итал. натуралист Ф. Фонтана и К. Шееле в 1777 описали поглощение газов древесным углем, в 1785 Т. Е. Ловиц обнаружил способность таких углей обесцвечивать растворы винных кислот, поглощая органич. примеси.
Физич. А. вызывается силами молекулярного взаимодействия. Осн. вклад в энергию взаимодействия вносят дисперсионные силы. Их величина приблизительно постоянна для адсорбентов любой химич. природы, поэтому вызываемое этими силами взаимодействие носит неспецифич. характер. Иногда дисперсионное взаимодействие усиливается электростатическим – ориентационным и индукционным. Электростатич. взаимодействие зависит от химич. природы адсорбтива, следовательно, является специфическим. Специфич. взаимодействие может усиливаться за счёт образования водородных связей между адсорбиров. молекулами и полярными группами, находящимися на поверхности адсорбента (напр., водородные связи образуются при А. воды и спиртов на силикагеле, поверхность которого покрыта гидроксильными группами). Теплота физич. А. составляет, как правило, 8–25 кДж/моль. Физич. А. можно обратить, понизив давление газа или концентрацию растворённого вещества. Физич. А. не вызывает изменений индивидуальных свойств молекул адсорбата. Поглощение вещества может быть обусловлено образованием химич. связи между молекулами адсорбата и поверхностным слоем адсорбента. Такое поглощение называется хемосорбцией. Хемосорбция необратима, её теплота св. 80 кДж/моль. При хемосорбции молекулы адсорбата образуют поверхностные химич. соединения с адсорбентом.
Равновесная адсорбция
Если скорости А. и десорбции равны, то это свидетельствует об установлении адсорбц. равновесия. Кривые зависимости равновесной А. от концентрации или давления адсорбтива при постоянной темп-ре называются изотермами А. Наиболее простая изотерма А. представляет собой прямую, выходящую из начала координат, где на оси абсцисс отложено давление адсорбтива $p$ (или концентрация $c$), по оси ординат – величина адсорбции $a$. Эта область А. называется областью Генри: $a=Γp, Γ$ – коэф. Генри.
И. Ленгмюром была предложена (1914–1918) теория мономолекулярной локализов. А. (молекулы адсорбата не передвигаются по поверхности) при следующих допущениях: поверхность однородна, т. е. все адсорбц. центры имеют одинаковое сродство к молекулам адсорбтива; молекулы адсорбата не взаимодействуют друг с другом. Уравнение Ленгмюра имеет вид: $a=a_{макс}bp/(1+bp)$ или $p=a/b(a_{макс}-a)$, где $a$ – количество адсорбиров. вещества, $a_{макс}$ – предельная величина А. в плотном монослое, $p$ – давление адсорбтива, $b$ – адсорбц. коэф. Полимолекулярная, или многослойная, А., при которой молекулы пара, адсорбируясь, образуют плёнку толщиной в неск. монослоёв, описывается уравнением Брунауэра – Эммета – Теллера (уравнение БЭТ, 1938):$$a=\frac{a_{макс}Cp/p_0}{(1-p/p_0)[1+(C-1)p/p_0},$$где $p_0$ – давление насыщенного пара при темп-ре А. , $C$ – константа. Уравнение БЭТ применяют для определения удельной поверхности адсорбентов.
В 1914 М. Полани предложена потенциальная теория А., согласно которой вблизи поверхности адсорбента существует потенциальное адсорбц. поле, убывающее с расстоянием от поверхности; давление адсорбтива, равное вдали от поверхности $p$, вблизи неё возрастает и на некотором расстоянии достигает значения $p_0$, при котором адсорбтив конденсируется.
Адсорбенты обычно разделяют на непористые (радиусы кривизны поверхностей которых весьма велики и стремятся к бесконечности) и пористые. Пористые адсорбенты содержат микро-, супермикро-, мезо- и макропоры (см. Пористость). В макропорах А. крайне мала, её обычно не учитывают при оценке адсорбц. свойств адсорбентов. Характерная особенность А. в микро- и супермикропорах – повышение энергии А. 2]$, где $W$ и $W_0$ – текущая и предельная величины А. пара в единице объёма, $A$ – дифференциальная мольная работа адсорбции, $A=RT\ln(p_0/p)$, $R$ – универсальная газовая постоянная, $T$ – абсолютная темп-ра, $E_0$ – характеристич. энергия адсорбции стандартного пара (обычно бензола или азота), $β$ – коэф. подобия, аппроксимируемый отношением парахоров адсорбируемого и стандартного веществ.
Уравнение Дубинина – Радушкевича применимо для описания изотерм А. в интервале относит. равновесных давлений от 5·10–4 до 0,4 на адсорбентах с однородной микропористой структурой, т. е. адсорбентах, в которых отсутствуют супермикропоры. Т. к. в адсорбц. технике микропористые адсорбенты получили наибольшее распространение, ТОЗМ применяется не только в физико-химич. исследованиях, но и в инженерных расчётах.
Кинетика и динамика адсорбции
Элементарный акт А. осуществляется практически мгновенно. Поэтому временны́е зависимости А. лимитируются в осн. механизмом диффузии вещества к месту А. Диффуз. процессы определяются концентрацией адсорбтива, темп-рой, химич. природой и пористой структурой адсорбента, концентрацией др. веществ в объёме и на поверхности. А. в порах протекает значительно медленнее, чем на открытой поверхности. А. из жидких растворов происходит с меньшей скоростью, чем из газовых смесей. Зависимость величины А. от времени называют кинетической кривой А.
Кинетику А. в потоке газа изучают, используя единичные гранулы адсорбента и слой толщиной в одну гранулу. На практике обычно применяют слои адсорбента, толщина которых существенно превышает слой в одно зерно, т. е. изучают А. в динамич. условиях. При изучении динамики А. через слой адсорбента пропускают газовый или жидкостный поток, содержащий адсорбируемые вещества, и измеряют нарастание концентрации адсорбируемого вещества за слоем адсорбента как функцию времени. Появление за слоем поглощаемого вещества называется проскоком, время до проскока – временем защитного действия. Зависимость концентрации данного компонента за слоем от времени – выходная кривая, из анализа которой получают полную информацию об эффективности адсорбц. процесса.
Технологическое оформление адсорбционных процессов
Широко распространены установки с неподвижным слоем адсорбента, осн. узлом которых являются адсорберы – полые колонны, заполненные адсорбентом. Газовый или жидкостный поток, содержащий адсорбируемые компоненты, пропускается через шихту (слой адсорбента) до проскока адсорбтива; затем поток направляется в др. адсорбер. Целевые компоненты, поглощённые шихтой, извлекаются путём регенерации адсорбента (нагреванием адсорбера, вытеснением водяным паром и др.). Высокой производительностью характеризуются адсорбц. установки с псевдоожиженным («кипящим») слоем адсорбента, в которых газовый поток поступает в адсорбер снизу, приводя адсорбент во взвешенное состояние, что сокращает время А. и десорбции. Применяются установки с движущимся слоем адсорбента. В них адсорбент под действием силы тяжести медленно опускается, из нижней части адсорбера потоком воздуха направляется в вертикальную трубу, смонтированную параллельно адсорбц. колонне, и поднимает зёрна адсорбента в верхнюю часть колонны. Газовый поток, содержащий пары адсорбиров. веществ, поступает в ср. часть адсорбера и движется вверх к адсорбенту. В верхней части колонны непрерывно происходит А., в нижней – регенерация адсорбента. Широко используются т. н. короткоцикловые установки: при А. газ подаётся в адсорбер под значит. давлением, десорбция происходит из-за сброса давления, затем вновь давление поднимают.
В качестве адсорбентов применяют вещества с развитой поверхностью: активир. угли, силикагели, оксид алюминия, цеолиты; из непористых адсорбентов – технич. углерод (сажа) и высокодисперсный SiO2 (аэросил). См. также Сорбенты.
Адсорбция в природе и технологии
А. играет важную роль во мн. природных (напр., обогащение почв, образование вторичных рудных месторождений) и биологич. (функционирование клеточных мембран) процессах. Адсорбц. технологии широко применяют для очистки, осушки, разделения газовых и жидких смесей: очистки пром. выбросов и сточных вод, в т. ч. выбросов атомных электростанций, детоксикации загрязнённых почв, кондиционирования питьевой воды, разделения нефтей, извлечения драгоценных металлов из растворов и пульп, получения обогащённого кислородом воздуха, очистки лекарственных препаратов. Адсорбенты используют как наполнители при произ-ве полимеров, носители в катализе, в хроматографии, а также в медицине для извлечения вредных веществ, попавших в желудочно-кишечный тракт организма (энтеросорбция) или для очистки крови (гемосорбция). Явление А. используется при крашении тканей, в полиграфич., пищевой пром-сти, в радиоэлектронной технике и др.
Что такое адсорбция? – Международное общество адсорбции
Что такое адсорбция? | Адсорбенты |
Что такое адсорбция?
Использование твердых веществ для удаления веществ из газообразных или жидких растворов широко применялось с библейских времен. Этот процесс, известный как адсорбция , включает не более преимущественное выделение веществ из газообразной или жидкой фазы на поверхность твердого субстрата . С первых дней использования костяного угля для обесцвечивания сахарных растворов и других пищевых продуктов, до более позднего внедрения активированного угля для удаления нервно-паралитических газов с поля боя и до тысяч применений сегодня явление адсорбции стало полезным инструментом для очистки и разделение.
Явления адсорбции действуют в большинстве естественных физических, биологических и химических систем, а процессы адсорбции с использованием твердых веществ, таких как активированный уголь и синтетические смолы, широко используются в промышленности и для очистки воды и сточных вод.
Процесс адсорбции заключается в отделении вещества от одной фазы с последующим его накоплением или концентрированием на поверхности другой. Адсорбирующая фаза представляет собой адсорбент, а материал, сконцентрированный или адсорбированный на поверхности этой фазы, представляет собой адсорбат. Таким образом, адсорбция отличается от абсорбции, процесса, при котором материал, перенесенный из одной фазы в другую (например, жидкость), проникает во вторую фазу, образуя «раствор». Термин сорбция является общим выражением, охватывающим оба процесса.
Физическая адсорбция вызывается главным образом силами Ван-дер-Ваальса и электростатическими силами между молекулами адсорбата и атомами, составляющими поверхность адсорбента. Таким образом, адсорбенты характеризуются в первую очередь поверхностными свойствами, такими как площадь поверхности и полярность.
Большая удельная поверхность предпочтительна для обеспечения большой адсорбционной способности, но создание большой площади внутренней поверхности в ограниченном объеме неизбежно приводит к появлению большого количества пор малого размера между адсорбционными поверхностями. Размер микропор определяет доступность молекул адсорбата к внутренней адсорбционной поверхности, поэтому распределение микропор по размерам является еще одним важным свойством, характеризующим адсорбционную способность адсорбентов. В частности, такие материалы, как цеолит и углеродные молекулярные сита, могут быть специально разработаны с точным распределением пор по размерам и, следовательно, настроены для конкретного разделения.
Полярность поверхности соответствует сродству с полярными веществами, такими как вода или спирты. Таким образом, полярные адсорбенты называются «гидрофильными», а алюмосиликаты, такие как цеолиты, пористый оксид алюминия, силикагель или алюмосиликат, являются примерами адсорбентов этого типа. С другой стороны, неполярные адсорбенты, как правило, «гидрофобны». Типичными неполярными адсорбентами являются углеродсодержащие адсорбенты, полимерные адсорбенты и силикалит. Эти адсорбенты имеют большее сродство к нефти или углеводородам, чем к воде.
Текст, адаптированный:
Slejko, F.L., Technology Adsortion , Marcel Dekker, New York, 1985.
M. Suzuki, Adsortion Engineering , Else, Amsterdampion. в ссылках ниже или через страницу ссылок.
Адсорбенты
Адсорбент – это разделяющий агент, используемый для выражения различий между молекулами в смеси: адсорбционное равновесие или кинетика.
Адсорбенты в основном представляют собой микропористые материалы с высокой удельной поверхностью (200 – 2000 м2/г)
Наиболее часто используемые:
Глинозем (сушка)
Силикагель (сушка)
Цеолитовые молекулярные сита (разделение газа и жидкости, сушка)
высокоспецифичный, одиночный размер пор
можно настроить: катионы + структура
Тип A или LTA
X и Y или FAUjasites
Морденит, другие природные цеолиты
Силикалиты или ZSMx (гидрофобные, углеродоподобные)
Заказные мезопористые материалы
MCM-41, MCM-48, …
Активный уголь (разделение газа и жидкости, защитные слои)
Углеродные молекулярные сита (узкое распределение пор)
Прочее: столбчатые глины)
смолы, полимеры (биологические, ионы, крупные молекулы)
Репрезентативные коммерческие газофазные адсорбционные сепараторы
Газовые сепараторы (b) | |
Разделение (а) | Адсорбент |
Нормальные парафины, изопарафины, ароматические соединения | Цеолит |
N2/O2 | Цеолит |
О2/N2 | Угольное молекулярное сито |
CO, Ch5, CO2, N2, A, Nh4/h3 | Цеолит, активированный уголь |
Ацетон/вентиляционные потоки | Активированный уголь |
C2h5/вентиляционные потоки | Активированный уголь |
h3O/этанол | |
Очистка газа (с) | |
Разделение (а) | Адсорбент |
H3O/содержащий олефин крекинг-газ, природный газ, воздух, синтез-газ и т.![]() | Кремнезем, оксид алюминия, цеолит |
CO2/C2h5, природный газ и т. д. | Цеолит |
Органические вещества/вентиляционные потоки | Уголь активированный, прочие |
Соединения серы/природный газ, водород, сжиженный нефтяной газ (СНГ) и т. д. | Цеолит |
Растворители/воздух | Активированный уголь |
Запахи/воздух | Активированный уголь |
NOx/N2 | Цеолит |
SO2/вентиляционные потоки | Цеолит |
Hg/хлор-щелочные газовые выбросы | Цеолит |
a Адсорбаты перечислены первыми
b Концентрации адсорбатов около 10 мас. % или выше в корме
c Концентрация адсорбата в исходном материале обычно составляет менее примерно 3 мас. %.
Репрезентативные коммерческие жидкофазные адсорбционные сепараторы
Жидкостные сепараторы (b) | |
Разделение (а) | Адсорбент |
Нормальные парафины/изопарафины, ароматические соединения | Цеолит |
п-ксилол/о-ксилол, м-ксилол | Цеолит |
Моющие олефины/парафины | Цеолит |
смесь п-диэтилбензола/изомера | Цеолит |
Фруктоза/глюкоза | Цеолит |
Очистка жидкостей (с) | |
Разделение (а) | Адсорбент |
h3O/органические соединения, кислородсодержащие органические соединения, хлорорганические соединения и т.![]() | Кремнезем, оксид алюминия, цеолит |
Органические вещества, окисленные органические вещества, хлорированные органические соединения и т. д./ч3О | Активированный уголь |
Запах, вкус тела/питьевая вода | Активированный уголь |
Соединения серы/органические соединения | Цеолит, прочие |
Различные продукты ферментации/стоки ферментера | Активированный уголь |
Обесцвечивание нефтяных фракций, сахарных сиропов, растительных масел и т. д. | Активированный уголь |
а Адсорбаты указаны первыми
b Концентрация адсорбата около 10 мас. % или выше в сырье
c Концентрация адсорбата в сырье обычно составляет менее примерно 3 мас.%.
Адсорбция | Определение, типы и факты
- Развлечения и поп-культура
- География и путешествия
- Здоровье и медицина
- Образ жизни и социальные вопросы
- Литература
- Философия и религия
- Политика, право и правительство
- Наука
- Спорт и отдых
- Технология
- Изобразительное искусство
- Всемирная история
- В этот день в истории
- Викторины
- Подкасты
- Словарь
- Биографии
- Резюме
- Популярные вопросы
- Инфографика
- Демистификация
- Списки
- #WTFact
- Товарищи
- Галереи изображений
- Прожектор
- Форум
- Один хороший факт
- Развлечения и поп-культура
- География и путешествия
- Здоровье и медицина
- Образ жизни и социальные вопросы
- Литература
- Философия и религия
- Политика, право и правительство
- Наука
- Спорт и отдых
- Технология
- Изобразительное искусство
- Всемирная история
- Britannica объясняет
В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы. - Britannica Classics
Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica. - Demystified Videos
В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы. - #WTFact Видео
В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти. - На этот раз в истории
В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.
- Студенческий портал
Britannica — лучший ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д. - Портал COVID-19
Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня. - 100 женщин
Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю.