Влияние структуры пористого тела на адсорбцию. Практическое значение адсорбции газов и паров

Влияние на адсорбцию природы адсорбента и адсорбата. Хемосорбция.

Химическая адсорбция иди хемосорбция обусловлена силами химической природы между адсорбентом и адсорбатом. Энергия взаимодействия при хемосорбции составляет 40 - 400 кДж/моль, т.е. на один – два порядка больше чем при физической адсорбции (10 – 40 кДж/моль). Хемосорбция, как правило, мономолекулярна.

Хемосорбция обычно приводит к образованию на поверхности химически устойчивого соединения. При сильной хемосорбции вместо адсорбированного вещества может десорбироваться другое соединение.

Нередко физическая адсорбция предшествует хемосорбции. Типичным примером является адсорбция кислорода на угле. При температурах -150 – -200 ⁰С кислород адсорбируется обратимо благодаря физическим взаимодействиям; теплота адсорбции равна – 15 кДж/моль. При комнатной температуре часть кислорода адсорбируется уже необратимо, а теплота адсорбции составляет – 290 кДж/моль. Благодаря взаимодействию поверхностных атомов углерода с кислородом резко уменьшается прочность их связи с другими атомами углерода, поэтому легче отрывается кислородное соединение углерода (СО₂ и СО), чем кислород.

В отличие от адсорбции на ровной поверхности адсорбция на пористых телах существенно зависит от структуры пористого тела, от его пористости и размера пор. Положительная адсорбция на пористых телах возможна при наличии достаточного сродства между адсорбентом и адсорбатом для обеспечения смачивания.

Чтобы увеличить адсорбцию подбирают адсорбенты, полученные из веществ, имеющих большое сродство к данному адсорбату. Микропористая структура обеспечивает резкое увеличение адсорбционного потенциала вследствие перекрытия поверхностных сил. Поэтому для увеличения адсорбционной способности изменяют структуру поверхности, превращая ее в микропористую структуру. Примером является активирование углей.

Чем меньше размер пор, тем при более низких давлениях они заполняются. Избирательность абсорбции определяется прежде всего природой подлежащих разделению газов и паров. При малых давлениях решающим фактором, определяющим избирательность адсорбции является сродство к поверхности адсорбента. Чем больше различие в сродстве адсорбируемых газов с поверхностью, тем легче их разделить. Для микропористых адсорбентов дополнительную роль играет молекулярно-конденсационный фактор. Чем меньше давление, при котором газ начинает конденсироваться, тем он лучше будет адсорбироваться на микропористом адсорбенте.

Основная роль макропор в адсорбенте заключается в транспорте молекул адсорбата к микропорам. Удельная поверхность (поверхность вещества, отнесенная к единице массы) выступает в роли термодинамического параметра дополнительно к температуре и давлению. Эффект увеличения удельной поверхности проявляется, например, при извлечении поверхностно-активных веществ с помощью эмульгаторов или пенообразователей. При этом резко возрастает межфазная поверхность и соответственно увеличивается количество извлекаемого вещества. Механическим путем снимают всплывающую пену, а с ней и извлекаемое ПАВ.

При адсорбции на пористых телах появляется стадия переноса вещества внутри пор, для которой характерен, главным образом, диффузионный механизм. Часто эта стадия определяет время установления адсорбционного равновесия.

Адсорбция газов и паров часто применяется для извлечения отдельных компонентов из газовых смесей и для полного разделения смесей. Так, например, для очистки воздуха от отравляющих газов в противогазах используются активные угли. Даже при малых концентрациях их (несколько грамм на 1 куб. метр) степень извлечения путем адсорбции на активных углях достигает 95 – 99%. Адсорбционный способ используют также для очистки воздуха от сероуглерода, сероводорода и дрегих агрессивных, вредных газов.

Улавливание различных промышленных выбросов имеет не только технико-экономическое значение, но и обуславливает создание необходимых санитарных условий жизни.

Дата добавления: 2014-01-05