Властивості деяких адсорбентів

Як тонкопористі адсорбенти найчастіше застосовують деревне вугілля, тваринне (кістковий) вугілля, силікагель, природні силікати, алюмогель і алюмосилікагель. З вугілля для адсорбції застосовують вугілля, отримане з твердих деревних порід, оскільки вугілля, отримане з м'яких порід, наприклад, з соснової деревини, вельми крихке і легко розсипається. Кращі сорти вугілля для адсорбції отримують з шкаралупи кокосових горіхів і абрикосових кісточок. Крім того, для адсорбції зазвичай застосовується активне вугілля.

Звичайне вугілля (вугілля-сирець) має порівняно невелику адсорбційну здатність, оскільки його питома поверхня порівняно невелика і пори в значній мірі заповнені смолами і продуктами неповного згорання, що утворюються при отриманні вугілля. Активування вугілля полягає в термічній обробці, в результаті якої його питома поверхня збільшується, при цьому продукти неповного згорання частково згорають, частичо випаровуються. Термічну обробку вугілля, щоб уникнути великих втрат в результаті згорання, проводять в атмосфері водяної пари або двоокису вуглецю (при 750—950°С). Органічні речовини, що містяться у вугіллі, а частково і саме вугілля реагують з водяною парою і двоокисом вуглецю з утворенням СО і Н₂. Оскільки ці процеси ендотермічні, активування в атмосфері пари або двоокису вуглецю легко зупинити в той момент, коли згорять непотрібні органічні речовини і це не торкнеться основної частини вугілля.

Вугілля як адсорбент застосовується для заповнення протигазів, рекуперації розчинників, рафінування цукру, знебварвлення багатьох рідин, очищення повітря промислових підприємств, а також використовується в медицині.

Вугілля є неселективним адсорбентом, бо на має здатності поглинати окремі речовини не поглинаючи інші.

Іншим адсорбентом, що часто застосовується на практиці, є силікагель — гідратований двоокис кремнію, приготований у вигляді дуже пористого тіла або порошку. Силікагель зазвичай отримують, вводячи розчин силікату натрію при сильному перемішуванні в 5—10%-ний розчин хлористоводневої кислоти. Пористий силикагель, що утворився, подрібнюють і промивають водою. Потім шматочки силікагелю сушать при температурі близько 500°С, подрібнюють до частинок потрібних розмірів і для видалення пилу відсівають. Питома поверхня приготованого таким чином силікагеля складає 400—500 м²/г. Капіляри силікагелю декілька ширше, ніж капіляри активного вугілля, і однорідніші по розмірах.

Силікагель відрізняється від вугілля меншою адсорбційною здатністю при дуже низькому тиску і здатністю селективно поглинати пари води. Тому його зазвичай застосовують для висушування газів. Силікагель є селективним сорбентом для поглинання води та окремих газів.

Останнім часом широке застосування як адсорбенти отримали молекулярні сита. Прикладом таких сит є цеоліти, кристали яких побудовані з кремне- та алюмокисневихтетраедрів-, що чередуються і містять пори з діаметром від 4 до 7,5 Ǻ залежно від типу цеоліту. Рихлі просторові грати цеолітів здатні поглинати і утримувати достатньо малі молекули, тоді як великі молекули в ці грати проникнути не можуть. На цьому і заснована молекулярно-ситова дія цеолітов, які використовують для висушення, розділення сумішей парів і виділення розчиненої речовини з розчинів. Зокрема, висушення органічних розчинників за допомогою цеолітів засноване на тому, що молекули води (діаметр 2,75 Ǻ) легко проникають у вузькі пори кристалів цеоліту, тоді як великі за розмірами молекули розчинника в такі пори не потрапляють.

Істотною перевагою пористих кристалів целітів є висока однорідність їх пір по розмірах. Целіти є селективними сорбентами.

3. Адсорбція на межі тверде тіло — розчин.

Адсорбція на межі тверде тіло — розчин ускладнюється присутністю розчинника, молекули якого можуть також адсорбуватися поверхнею адсорбенту. Таким чином, виникає конкуренція між молекулами адсорбтива і розчинника в здібності до адсорбції. На межі тверде тіло — розчин розрізняють два види адсорбції — адсорбція неелектролітів, коли тверде тіло адсорбує молекули адсорбтива, і адсорбцію електролітів, коли адсорбент вибірково поглинає з розчину один з видів іонів електроліту.

Вплив природи середовища. При значній величині поверхневого натягнення розчинника здатність його до адсорбції буде низка і адсорбуватися будуть молекули розчиненої речовини. Звідси витікає, що адсорбція на твердому тілі краще протікає з водних розчинів, ніж з розчинів з органічними розчинниками, поверхневе натягнення яких відносно невелике.

Чим краще адсорбтив розчиняється в даному розчиннику, тим гірше йде в цьому середовищі адсорбція. Це положення лежить в основі правила Траубе. Так, коли адсорбція жирної кислоти відбувається на гідрофільному адсорбенті (наприклад, силікагелі) з органічного середовища (наприклад, бензолу), адсорбція з подовженням вуглецевого ланцюга кислоти не зростає, а зменшується, оскільки вищі жирні кислоти краще розчиняються в неполярному середовищі.

Вплив властивостей адсорбенту. Природа і пористість адсорбенту роблять сильний вплив на адсорбцію з розчинів. Існує правило, по якому неполярні адсорбенти краще адсорбують неполярні адсорбтиви, а полярні адсорбенти — полярні адсорбтиви.

Пористість адсорбенту, тобто розміри пір, сильно пов'язана з розмірами молекул розчиненої речовини. Чим більші молекули речовини, тим важче потрапити їм у вузькі пори, із-за чого адсорбція знижується. Із збільшенням розміру молекул адсорбтива адсорбція на адсорбентах з вузькими порами зменшується.

Вплив властивостей адсорбтива. П. Ребіндер запропонував правило урівноваження полярностей, згідно якому адсорбція йтиме, якщо полярність речовини С, що характеризується діелектричною проникністю ε, знаходитиметься між полярністю речовин А і В, тобто якщо дотримуватиметься умова ε_А >ε_С>ε_В або ε_А <ε_С<ε_В.

З правила зрівнювання полярностей витікає, що чим більше різниця полярностей між розчинною речовиною і розчином, тобто чим менше розчинність розчиненої речовини, тим краще воно адсорбуватиметься.

Всі полярні гідрофільні речовини (силикагель, глини) добре адсорбують поверхнево-активні речовини з неполярних або слабополярних рідин; всі неполярні гідрофобні речовини (вугілля, графіт, тальк, парафін) добре адсорбують поверхнево-активні речовини з полярних рідин, наприклад з водних розчинів.

Вплив часу і температури. Адсорбція речовини з розчину йде з відносно малою швидкістю, оскільки зменшення концентрації в граничному шарі може поновлюватися дифузією, що відбувається в рідині з відносно малою швидкістю. Для настання адсорбційної рівноваги тому часто застосовують перемішування або струшування системи.

При підвищенні температури адсорбція з розчину зменшується.

Дата добавления: 2014-01-07