Адсорбція є одним з найбільш ефективних методів очищення газів, що відходять від летючих органічних і неорганічних сполук (пари води, летючі розчинники, барвники, хлор і ін.).
Адсорбція - це мимовільний процес поглинання (концентрування) речовин з газової фази або води (адсорбат) поверхнею твердого поглинача (адсорбенту). Розрізняють фізичну і активовану (хімічну) адсорбцію.
Фізична адсорбція обумовлена силами міжмолекулярної взаємодії адсорбованих молекул з поверхнею адсорбенту.
Активована адсорбція супроводжується утворенням поверхневих сполук молекул поглинаються речовин з адсорбентом. На практиці часто протікають одночасно фізична і активована адсорбція.
Як адсорбенти для очищення і осушення газів можна використовувати дрібнодисперсні тверді пористі речовини, що володіють розвиненою поверхнею.
В даний час промисловість виробляє різні типи адсорбентів. Для очищення газів застосовують пористі адсорбенти: силикагели, цеоліти, алюмогели, активоване вугілля (АУ) різних марок, які характеризуються високою адсорбційною здатністю і порівняно легко регенеровані.
Адсорбційна ємність матеріалу (А) - кількість поглинути речовини одиницею маси сорбенту (моль / г, г / г, г / кг) - залежить від природи і пористої структури сорбентів, а також фізико-хімічних властивостей видобутих речовин.
На основі механізмів адсорбційних і капілярних явищ пори сорбентів класифіковані на мікропори з еквівалентним радіусом пор r = 0,6-0,7 нм, супермікропори r = 0,7-1,6 нм, мезопори з r> 1,6 - 100-200 нм і макропори r> 200 нм.
Основними характеристиками промислових адсорбентів є параметри пористої структури (обсяги мікро-, мезо- і макропор, см 3 / г), розподіл обсягу пір за розмірами, насипна щільність г / см 3. механічна міцність, діаметр зерен, які залежать від властивостей вихідної сировини, умов отримання.
Активоване вугілля (АУ) належать до групи графітових тел і являють собою різновид микрокристаллического вуглецю. Графітові кристали складаються з площин, утворених конденсованими ароматичними кільцями, але типова для графіту орієнтація окремих площин порушена, частина шарів безладно зрушені відносно один одного. Крім того, АУ містить до 2/3 аморфного вуглецю і гетероатоми, наприклад кисень. Неоднорідна маса, що складається з кристалітів графіту і аморфного вуглецю, обумовлює незвичайну пористу структуру АУ.
У АУ представлені два різновиди мікропор: щілиновидні мікропори в кристаллитами вуглецю і міжкристалітної мікропори, які в першому наближенні можна апроксимувати циліндричної формою. Сукупність мікропор цих двох типів утворюють зони мікропористості, протяжність яких становить 10-60 нм. Сумарний обсяг щілин між мікропористими зонами є обсягом мезопор для одиниці маси сорбенту.
Пориста структура АУ надає переважаючий вплив на перебіг сорбційних процесів і залежить, головним чином, від властивостей вихідної сировини, умов карбонізації та активації.
Промисловість випускає широкий асортимент АУ з різних видів сировини з відомими фізико-хімічними та фізико-механічними властивостями: фракційний склад, об'ємна вага # 961 ;. механічна міцність Пр. зольність, рН водної витяжки, а також сорбційними характеристиками: параметрами пористої структури (Vмі, Vмe. Vмa), розподілом обсягу пор за розмірами dV / dr.
Зазвичай для всіх промислових марок АУ на частку макропор із загального обсягу пір 1 г АУ доводиться від 0,2 до 0,5 см 3 / г, мезопор - 0,02-0,1 см 3 / г, мікропор - 0,12 0,6 см 3 / г. Промисловість випускає широкий асортимент АУ з різною пористою структурою. Для очищення газів при низькому вмісті забруднюючих речовин застосовують марки АУ з розвиненою мікропористої структурою (обсяг мікропор 0,3-0,6 см 3 / г).
Для рекуперації летких розчинників, коли парціальний тиск адсорбата близько до тиску його насичених парів, застосовуються АУ з розвиненим обсягом перехідних і макропор (рекупераціонние вугілля). Висока активність цих вугілля обумовлена капілярної конденсацією забруднюючих речовин в перехідних і макропор.
В даний час АУ отримують з усіх видів вуглець сировини: кам'яне і буре вугілля, деревина, торф, лігнін, відходи полімерних матеріалів, фруктові кісточки і шкаралупа горіхів.
Силікагель є гель кремнієвої кислоти. Це сорбент з високорозвиненою пористою структурою, скелет якого полягає їх тетраедричних угруповань - SiO4 -. поверхня якого містить гідроксильні групи, що обумовлює високу адсорбційну і іонообмінну активність матеріалу. Висушений силікагель здатний адсорбувати воду і інші полярні сполуки, а також сполуки, що утворюють водневі зв'язки з гідроксильними іонами. Неполярні сполуки здатні адсорбуватися в мікропорах силикагеля за рахунок сил дисперсійного взаємодії.
Цеоліт алюмосилікатні адсорбенти кристалічної структури, в яких частина іонів кремнію замінена іонами алюмінію, внаслідок чого кристалічна решітка має деяким надлишковим негативним зарядом, який компенсується різними катіонами. Характерною особливістю цеолітів є наявність пустот між елементами, що утворюють кристалічну решітку, що створює особливу мікропористої структури сорбенту.