Что такое адсорбция простыми словами?

ВВЕДЕНИЕ

Тема реферата «Абсорбционные, адсорбционные и хемосорбционные методы очистки отходящих газов» по дисциплине «Технология очистки и утилизации газовых выбросов».

Абсорбционный метод реализует процессы, происходящие между молекулами газов и жидкостей. Если отсутствует взаимодействие между распыливающейся жидкостью и орошаемым газом, то эффективность поглощения компонентов из паровоздушной смеси определяется только равновесием пар-жидкость.

Адсорбционные методы используют для очистки газов с невысоким содержанием газообразных и парообразных примесей. В отличие от абсорбционных методов они позволяют проводить очистку газов при повышенных температурах.

Различают физическую и химическую адсорбцию (хемосорбцию).

Проблемы адсорбции и решения

Адсорбция также может быть нежелательным свойством, поскольку соединение при низкой концентрации может полностью адсорбироваться на стенках контейнера, так что при высоких разведениях не обнаруживается никаких следов аналита . Таким образом, для получения точных результатов аналитики используют как можно более инертные материалы, такие как политетрафторэтилен (ПТФЭ) (известный под различными торговыми названиями, такими как « Тефлон »), или предварительно обрабатывают контейнеры, например, путем силанизации стекла. ( диоксид кремний инактивация с диметилдихлорсиланом ).

Приложения

Процесс разделения

Физисорбция твердых веществ используется для разделения и очистки газов, а также для отделения растворенных веществ от жидкостей. В случае газов процесс адсорбционного разделения представляет собой циклический процесс, во время которого адсорбция газа твердым телом или жидкостью при заданных давлении и температуре происходит попеременно с последующей его десорбцией. В зависимости от используемого метода десорбции процесс разделения может быть:

Адсорбция при переменном давлении (PSA): десорбция происходит при более низком давлении;
Адсорбционно-модулированная температура (ATM) (адсорбция с колебанием температуры, TSA, на английском языке): десорбция происходит при более высокой температуре.
адсорбция в жидкой фазе с последующим элюированием путем изменения pH и / или ионной силы
адсорбция в жидкой фазе на активированном угле с последующей регенерацией в печи (например, обесцвечивание глюкозных сиропов)

Другие приложения

Другие практические применения, связанные с адсорбцией, включают:

гетерогенный катализ : адсорбция явление является первым шагом реакции , требующие использование катализатора твердого вещества. Это явление может затем играть главную роль в кинетике в химической реакции ;
адсорбционной хроматографии ;
измерение удельной поверхности пористых твердых тел и порошков;
стабилизация коллоидов ;
членство ;
аккумулирование тепла (за счет адсорбции цеолитами).

Примечания и ссылки

↑ и (ru) Ф. Рукероль, Ж. Рукероль, KSW Sing и др., «Адсорбция порошками и пористыми твердыми телами: принципы, методология и приложения», Academic Press, 2- е издание, 2014 г.

↑ и Л. М. Сан, Ф. Менье, Н. Броду, М. Х. Манеро, «Адсорбция — теоретические аспекты», Технические методы , J2730 V2, 2016.

П. Ле Клоар, «Адсорбция при очистке воздуха», Технические методы , G1770 V1, 2003.

↑ и (en) Дж. Рукероль, Д. Авнир, К. У. Фэйрбридж, Д. Х. Эверетт и др. , « Рекомендации по определению характеристик пористых твердых тел », Чистая и прикладная химия , том 66, номер 8, 1994, с. 1739–1758.

(де) Кайзер, Генрих, Über die Verdichtung von Gasen an Oberflächen in ihrer Abhängigkeit von Druck und Temperatur , Annalen der Physik und Chemie , том 248, номер 4, 1881 г., стр. 526–537. DOI: 10.1002 / andp.18812480404 .

CW Scheele «Chemische Adhandlung von der luft und dem feuer» (1777)

Chemische Annalen том 2 Т. Ловица Крелля, страница 36 (1788)

NT Соссюра «Beobachtungen über die Absorption der gasarten durch verschiedene körper» Annalen der Physik Гилберта, том 47, страницы 113-183

↑ и З. А. Домбровски «Адсорбция — от теории к практике» «Достижения в области коллоидов и интерфейсной науки», том 93, страницы 135-224 (2001)

↑ и С. Брунауэр, PH Эммет, Э

Теллер «Адсорбция газов в многомолекулярных слоях», Журнал Американского химического общества, том 60 (2), страницы 309-319 (1938)

NR Laine, FJ Vastola, PL Walker «Важность активной площади поверхности в реакции углерода и кислорода» Journal of Physical Chemistry, том 67, страницы 2030-2034 (1963)

Дж. Крини «Нетрадиционные недорогие адсорбенты для удаления красителей — обзор» BioresourceTechnology, том 97 (9), страницы 1061-1085

ZA Dabrowski, P

Podkoscielny, Z. Hubicki, M .. Barczak «Адсорбция фенольных соединений активированным углем — критический обзор» Chemosphere, том 58, страницы 1049-1070

С. Брунауэр, Л.С. Деминг, В.С. Деминг, Э. Теллер «О теории ван-дер-ваальсовой адсорбции газов» Журнал Американского химического общества, том 62, стр. 1723-1732 (1940)

CH Giles, D. Smith, A. Huitson «Общая обработка и классификация изотерм адсорбции растворенных веществ. I. Теоретический» Journal of Colloid and Interface Science, vol 47 (3), pages 755-765 (1974)

CH Giles, TH MacEwan, SN Nakhwa, D. Smith «Исследования адсорбции. Часть XI. Система классификации изотерм адсорбции раствора и ее использование для диагностики механизмов адсорбции и измерения удельной поверхности твердых тел» журнал Химического общества, страницы 3973-3993 (1960)

К. Салех, П. Гигон «Характеристика и анализ порошков — Физические свойства разделенных твердых тел» Engineering Techniques J2251 V1 (2009)

Л.-М. Сан, Ф. Менье, Н. Броду, М.-Х. Манеро «Адсорбция — теоретические аспекты» Технические методы, J2730 V2 (2016)

J. Pikunic, C. Clinard, N. Cohaut, KE Gubbins, et al. «Структурное моделирование пористого углерода: метод обратного Монте-Карло с ограничениями» Ленгмюр, том 19, страницы 8565-8582

Х. Фрейндлих «Kapillarchemie, eine Darstellung der Chemie der Kolloide und verwandter Gebiete» Akademische Verlagsgesellschaft (1909)

I. Langmuir «Адсорбция газов на плоских поверхностях стекла, слюды и платины» Журнал Американского химического общества, том 40 (9), страницы 1361-1403 (1918)

Р. Сипс «О структуре поверхности катализатора» Journal of Chemical Physics, том 16 (5), страницы 490-495 (1948)

К. Канеко, К. Исии, М. Руике, Х. Кубавара «Происхождение сверхвысокой площади поверхности и микрокристаллической графитовой структуры активированного угля» Углерод, том 30 (7), страницы 1075-1088 (1992)

↑ и EP Barrett, LG Joyner, PH Halenda «Определение объема пор и распределения площадей в пористых субстратах. 1. Вычисления из изотерм азота» Журнал Американского химического общества, том 73 (1), страницы 373-380 ( 1951)

M. Jaroniec «Адсорбция на неоднородных поверхностях: экспоненциальное уравнение для общей изотермы адсорбции» Surface Science, том 50 (2), страницы 553-564 (1975)

Д. Н. Мисра, «Новые изотермы адсорбции для неоднородных поверхностей» Журнал химической физики, том 52, стр. 5499 (1970)

J. Jagiello, M. Thommes «Сравнение методов определения характеристик методом DFT на основе N2, Ar, CO 2. и адсорбция H2 применительно к углям с различным распределением пор по размеру «Carbon, том 42 (7), страницы 1227-1232 (2004)

J. Jagiello «Устойчивое численное решение интегрального уравнения адсорбции» Langmuir, vol 10 (8), pages 2778-2785 (1994)

Джимми Л. Хамфри, Джордж Э. Келлер, Процессы разделения, Методы, выбор, калибровка, Сборник: Техника и инженерия, Dunod / Industries and Technologies, 2001

Измерение изотерм адсорбции

Существует множество методов определения характеристических кривых адсорбции. важные моменты заключаются в следующем:

в состоянии равновесия необходимо измерять два параметра: количество адсорбированного материала и концентрацию или парциальное давление адсорбата;
он должен находиться в равновесии, что может потребовать значительного количества времени: несколько часов в газовой фазе и несколько дней в жидкой фазе. Это часто связано с небольшим размером пор адсорбентов, что приводит к очень значительному снижению скорости диффузии молекул адсорбата к поверхности твердого тела;
во время измерений необходимо точно контролировать температуру.

Методы различаются в зависимости от того, изучается ли адсорбция в газовой фазе или в растворе.

Изотермы адсорбции N ₂ при 77 К для двух активированных углей. Изотерма красного цвета — тип 1 (микропористый углерод), изотерма зеленого цвета — тип 4 (углерод с микропорами и мезопорами). График в логарифмическом масштабе показывает область адсорбции в микропорах, в линейном масштабе — область адсорбции в мезопорах.

Манометрия

Этот метод используется для газовой фазы. Первым шагом является очистка образца путем удаления всего, что может адсорбироваться на его поверхности. Этот шаг, называемый дегазацией, выполняется путем помещения образца в высокий вакуум ( 10-6 мм рт. Ст.) С, при необходимости, умеренным нагревом образца. Фактическое измерение выполняется следующим образом:

объемная проба помещается в вакуумную объемную ячейку, а другой объем заполняется под давлением адсорбата;Vепротивчас{\ displaystyle V_ {ech}}V{\ displaystyle V_ {0}}V1{\ displaystyle V_ {1}}п1{\ displaystyle P_ {1}}
клапан между двумя ячейками открывается, и давлению позволяют уравновеситься, если нет адсорбции, конечное давление будет , если есть адсорбция, давление будет и количество адсорбированного материала пропорционально разнице наблюдаемых давлений;пВзнак равноп1(V1+V-Vепротивчас){\ displaystyle P_ {A0} = P_ {1} / (V_ {1} + V_ {0} -V_ {ech})}пВ<пВ{\ Displaystyle P_ {A} <P_ {A0}}
чтобы сделать следующую точку, мы снова начинаем с более высокого давления .п1{\ displaystyle P_ {1}}

Этот метод имеет важное преимущество, позволяющее рассчитать две требуемые величины за одно измерение давления. Его также можно легко автоматизировать, и несколько компаний предлагают полностью автоматическое оборудование.

Изотермы адсорбции в растворе

Принцип состоит в том, чтобы привести массу адсорбента в контакт с объемом раствора адсорбата при начальной концентрации , адсорбция вызовет уменьшение этой концентрации. Поэтому при достижении равновесия необходимо отделить твердое вещество от свободного раствора (который называется супернатантом) и измерить его концентрацию адсорбата . Количество адсорбированного составляет .
мепротивчас{\ displaystyle m_ {ech}}V{\ displaystyle V}ПРОТИВВ,{\ displaystyle C_ {A, 0}}ПРОТИВВ{\ displaystyle C_ {A}}нетВзнак равноV×(ПРОТИВВ,-ПРОТИВВ){\ displaystyle n_ {A} = V \ times (C_ {A, 0} -C_ {A})}

Как указано выше, обычно необходимо сначала провести кинетическое исследование адсорбции, чтобы установить время, необходимое для установления равновесия. С другой стороны, существует матричный эффект, поскольку другие частицы, присутствующие в среде, также могут адсорбироваться на твердом теле, поэтому изучается конкуренция между различными присутствующими адсорбатами.

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.

Рис. 1. Активные угли.

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*mH2O). По внешнему виду это прозрачные или матовые, бесцветные или светло-коричневые твердые зерна.

Рис. 2. Силикагель.

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.

/10

Вопрос 1 из 10

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).

Большинство промышленных адсорбентов имеют внутреннюю структуру, включающую поры различного размера. В зависимости от размера поры подразделяются на три типа:

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

ЛИТЕРАТУРА

1. Родионов А.И. и др. Техника защиты окружающей среды. Учебник для вузов. — М.: Химия, 1989. — 512 с.

2. Иониты. Сорбенты. Носители:: Л.: Химия, 1968, 510 с,

3. Угли активные Каталог. Черкассы: НИИТЭХИМ, 1983. 94 с.

4. Комаров В. М. Адсорбенты и их свойства. Минск: Наука и техника, 1977 248 с.

5. Романков П. Г., Лепилин В. Н. Непрерывная адсорбция паров и газов. Л.: Химия, 1968. 228 с.

6. Аширов А. Ионообменная очистка сточных вод, растворов и газов. Л.: Химия, 1983. 295 с.

7. Очистка газов в производстве фосфора и фосфорных удобрений/Под ред. Тарата Э. Я. Л.: Химия, 1979. 208 с.

8. Очистка и рекуперация промышленных выбросов/Под ред. Максимова В. Ф, и Вольфа И. В. Изд. 2-е. М.: Лесная промышленность, 1981. 640 с.

Адсорбенты

Общий

Адсорбент — это материал, оптимизированный для определенного типа адсорбции. Поэтому не существует единого списка характеристик, позволяющих определить адсорбент, а существует очень большое количество типов материалов, которые могут иметь очень разные свойства. Можно определить следующие свойства:

адсорбционная способность, которая может быть связана с удельной поверхностью или объемом пор;
энергия взаимодействия, которая обуславливает более или менее обратимый характер адсорбции, слишком высокая энергия может препятствовать регенерации адсорбента путем десорбции;
кинетика адсорбции может быть важным параметром в некоторых процессах, таких как разделение газа путем инверсии давления ;
устойчивость к давлению, температуре, стойкость к истиранию могут быть существенными факторами срока службы адсорбента;
морфология адсорбента является важным моментом, если используется твердый слой адсорбента, пересекаемый жидкостью;
необходимо учитывать финансовые и экологические издержки, а также доступность адсорбента на местах.

В настоящее время существует два основных класса материалов с большой площадью поверхности, используемых в качестве крупномасштабных адсорбентов: активированный уголь (также называемый активированным углем ) и оксиды, такие как цеолиты . Есть много других адсорбентов на основе углеродистых материалов, оксидов или полимеров.

Адсорбенты обычно используются в форме сферических гранул или стержней. Они должны иметь хорошую стойкость к истиранию и температуре, а также иметь мелкие поры, что обеспечивает большую удельную поверхность . Самые известные промышленные адсорбенты можно разделить на три семейства:

Класс	Примеры	Характеристики
Угольные адсорбенты	Активированный уголь и графит	Гидрофобный и неполярный
Кислородные адсорбенты	Активированный оксид алюминия , силикагель и цеолиты	Гидрофильный и полярный
Полимерные адсорбенты	Часто сшитые стирольные полимеры	Полярные и неполярные функции в полимерной матрице

Активированный уголь

Активированный уголь готовится в две фазы: карбонизация прекурсора, такого как древесина, для получения углерода и активация этого углерода химическим воздействием для развития его адсорбирующих свойств. Эти две фазы могут выполняться последовательно или одновременно в зависимости от производственных процессов. В зависимости от используемого прекурсора и условий производства могут быть получены активированные угли с различными свойствами: удельной площадью поверхности, размером пор, объемом пор и т. Д.

В общем, активированный уголь является отличным адсорбентом: его способность адсорбировать органические молекулы и газы замечательна, поэтому его используют в защитных масках, в универсальном антидоте египтян или в лекарствах от диспепсии . Большая часть текущего производства используется для улавливания загрязняющих веществ в водном растворе для получения питьевой воды или для очистки газовых потоков (очистка газа или очистка воздуха).