Характеристика твердих адсорбентів.
Як адсорбенти найчастіше застосовують вуглецеві сорбенти (деревний або кістковий вугілля, графитированная термічна сажа ГТС), бентонітові глини, силікагель, цеоліти і ін.
Вуглецеві сорбенти отримують з всілякого сировини, яке за певних умов може давати твердий вуглецевий залишок - викопного вугілля, торфу, деревини, горіхової шкаралупи, фруктових кісточок і тварин кісток. Кращими вважаються вугілля, отримані з шкаралупи кокосових горіхів і абрикосових кісточок.
Для підвищення адсорбційної здатності вуглецевих сорбентів їх додатково активують, витримуючи при підвищеній температурі в присутності парів води і вуглекислого газу. У процесі активації вигорає смола, що заповнює пори вугілля, питома поверхня адсорбенту, а отже, і його адсорбційна здатність, зростають.
Питома поверхня активованого вугілля, включаючи поверхню всіх його пір, може досягати 1000 м 2 / г.
Вуглецеві сорбенти застосовують для очищення води, харчових мас; очищення і поділу газів; в медицині.
Силікагель отримують висушуванням холодцю полікремнієвої кислоти; за хімічним складом - це SiO2. Випускається у вигляді пористих крупинок, питома поверхня становить
Бентоніти - попередньо активовані кислотою глини, застосовують для очищення сиропів, соків, рослинних олій.
Пористі скла отримують при видаленні з стекол лужних і лужноземельних металів.
Цеоліт (в перекладі з грецького «киплячий камінь» через здатність спучуватися при нагріванні) - природні та синтетичні алюмосилікатні матеріали. Кристалічна структура їх утворена тетраедрами [SiO4] 4- і [AlO4] 5. які об'єднані спільними вершинами в тривимірний каркас, пронизаний порожнинами і каналами, в яких знаходяться молекули води і катіони металів I, II груп.
Цеоліт проявляють адсорбційні властивості після видалення води з їх порожнин (при нагріванні). Цеоліт різних різновидів мають строго певний розмір входів в порожнині і канали. Тому їх називають ще «молекулярними ситами» за здатність сорбувати лише певні компоненти.
Використовуються для виділення і очищення вуглеводнів нафти; очищення, осушення і поділу газів (в т.ч. повітря); осушення фреонів; вилучення радіоактивних елементів.
Тверді адсорбенти бувають пористі і непористі.
Пористість адсорбенту визначається відношенням сумарного обсягу пір Vп до загального обсягу адсорбенту Vадс
Залежно від розміру пір розрізняють макропористі, мезопористі і мікропористі адсорбенти.
Т а б л і ц а 3
Активоване вугілля, цеоліти, пористі скла
Пористість адсорбенту має велике значення для адсорбції: чим вона вища, тим більше питома поверхня і вище адсорбційна здатність. Однак це справедливо лише в тому випадку, якщо молекули адсорбата невеликі і легко можуть проникати в пори, тобто сумірні з розміром пір.
Розрізняють полярні (гідрофільні) і неполярні (гідрофобні) адсорбенти.
Полярні (добре змочуються водою) - силікагель, цеоліти, глини, пористе скло; неполярні (водою не змочуються) - активоване вугілля, графіт, тальк, парафін.
Вимоги, що пред'являються до адсорбенту:
1) велика питома поверхня (досягається за рахунок подрібнення, активування поверхні, нанесення тонкого шару адсорбенту на пористу поверхню (кераміку, цегла));
2) механічна міцність, термічна і хімічна стійкість;
3) низька собівартість;
4) можливість регенерації.
Правила підбору адсорбентів
При виборі адсорбенту необхідно визначити тип адсорбируемого речовини (полярне, неполярні, ПАР). Полярні адсорбенти не слід застосовувати при адсорбції з водних розчинів, тому що вони можуть адсорбувати розчинник - воду. Їх доцільно використовувати при адсорбції з наведених розчинів.
Полярні адсорбенти добре адсорбують з водних середовищ.
Дифільні молекули можуть адсорбуватися на будь-якому адсорбенті. При цьому вони орієнтуються своїми полярними групами в полярну середу, неполярними - в неполярну (рис. 15).
Утворився адсорбційний шар може змінити характер поверхні. Наприклад, адсорбція дифільних молекул з водного розчину призводить до гидрофилизации поверхні вугілля, внаслідок чого вугілля набуває здатності смачиваться водою.
Ефект Ребіндера. при адсорбції ПАР різницю полярностей між адсорбентом і розчинником зменшується.
Ступінь поділу розчиненої речовини і розчинника тим вище, чим більша різниця в полярності.
При виборі адсорбенту необхідно враховувати розміри молекул адсорбтива: діаметр пір повинен перевищувати діаметр молекул.