Process sorbcija apzīmē citu apkārtējo vidi - vielu, gāzu vai citu šķidrumu - absorbciju vienā vidē - šķidrā vai cietā viela. Viela, kas absorbē vidi - sorbents. Vielu, gāzi vai šķidrumu, ko absorbē sorbents, sauc sorbāts vai sorbtiv.
Sorbcijas fenomens ir sadalīts atkarībā no dažu barotņu absorbcijas mehānisma citiem: adsorbcija, absorbcija, ķīmiskā absorbcija un kapilārā kondensācija.
Adsorbcija Un absorbcija atšķiras ar veidu, kādā viena viela tiek izplatīta citā. Absorbcijas laikā vielas uzsūkšanās un izkliede notiek visā šķidrā absorbenta tilpumā. Adsorbcijas laikā ciets, šķidrs vai gāzveida sorbāts uzkrājas uz saskarnes starp adsorbenta fāzēm (uz cietas vai šķidruma virsmas).
- Izšķir fizikālo adsorbciju, kurā vielu uzkrāšanās uz adsorbenta virsmas notiek nespecifisku starpmolekulāru spēku dēļ, kas nav atkarīgi no vielu rakstura.
- Ķīmijiskā adsorbcija (jeb ķīmiskā adsorbcija) ir sorbcijas procesi, kuros notiek ķīmiskas pārvērtības starp sorbentu un absorbēto vielu.
- Šķidrumā izšķīdušo vielu adsorbcija uz cieta sorbenta virsmas notiek starpmolekulāro spēku atšķirību dēļ fāzes saskarnē. Pēc adsorbcijas tie izdalās divu veidu mijiedarbības starp molekulām:
- izšķīdušās vielas molekulas mijiedarbojas ar adsorbenta virsmas molekulām vai atomiem;
- izšķīdušās vielas molekulas mijiedarbojas ar ūdeni hidratācijas procesā.
Statiskās un dinamiskās sorbcijas jēdzieni
Plkst statiskā sorbcija absorbētā viela gāzes vai šķidruma veidā saskaras vai sajaucas ar stacionāru sorbentu. Statiskā sorbcija tiek realizēta iekārtās ar maisīšanas ierīcēm.
Plkst dinamiskā sorbcija Absorbētā kustīgā šķidrā vai gāzveida fāze tiek izvadīta caur sorbenta slāni. Dinamiskā sorbcija tiek realizēta ierīcēs ar verdošo slāni un dažāda veida filtriem.
Atkarībā no sorbcijas veida var atšķirt sorbenta statisko un dinamisko aktivitāti. Sorbenta statiskā aktivitāte ir absorbētās vielas daudzums uz sorbenta masas vienību līdz līdzsvara sasniegšanai. Apstākļi, kādos tiek sasniegts līdzsvars, ir nemainīga šķidruma temperatūra un vielas sākotnējā koncentrācija.
Sorbenta dinamiskā darbība ir definēts vai nu kā laiks no absorbētās vielas pārejas sākuma līdz tās izplūdei, tas ir, iziešanai no sorbenta slāņa, vai arī kā absorbētās vielas ierobežojošais daudzums uz sorbenta tilpuma vai masas vienību līdz izplūdes brīdim. no absorbētās vielas caur sorbenta slāni.
Rūpnieciskā tipa adsorberos sorbenta dinamiskā aktivitāte ir robežās 45-90% .
Reālos apstākļos sorbcijas procesi notiek pēc dinamiska tipa, jo tas ir pieņemamāk ražošanas procesa un tā nepārtrauktības automatizēšanai.
Attiecība starp sorbenta absorbētās vielas daudzumu un līdzsvara brīdī šķīdumā paliekošo vielu pakļaujas sadalījuma likumam.
Raksturlielumi, kas ietekmē adsorbcijas procesa ātrumu:
- sorbāta koncentrācija;
- izšķīdušās vielas būtība un ķīmiskā struktūra;
- ūdens temperatūra;
- adsorbenta veids un īpašības.
Adsorbcijas process sastāv no trim posmiem:
- šķīdumā esošo vielu pārnešana uz adsorbenta graudu virsmu (uz ārējo difūzijas reģionu);
- adsorbcijas process;
- vielas pārvietošana adsorbenta graudu iekšpusē (uz intradifūzijas reģionu).
Tiek uzskatīts, ka adsorbcija notiek lielā ātrumā un adsorbcijas stadija neierobežo procesa ātrumu. Tāpēc ārējā vai iekšējā difūzija tiek uzskatīta par ierobežojošo posmu. Var būt gadījumi, kad procesu ierobežo abas difūzijas stadijas.
Ārējās difūzijas reģionā vielas masas pārneses ātrums ir atkarīgs no plūsmas turbulences lieluma, tas ir, no šķidruma plūsmas ātruma.
Masas pārneses intensitāte intradifūzijas reģionā lielā mērā ir atkarīga no adsorbenta īpašībām - tā veida, poru izmēra, graudu formas un izmēra, absorbētās vielas molekulu lieluma un masas vadītspējas koeficienta.
Ir iespējams noteikt apstākļus, kādos notekūdeņu attīrīšana ar adsorbciju notiek optimālā ātrumā.
Adsorbcijas hidrodinamiskajam režīmam jābūt ierobežotam iekšējās difūzijas reģionā. Izvēloties adsorbentu ar vēlamo struktūru un samazinot tā graudu izmēru, intradifūzijas reģiona pretestība samazinās.
Tiek pieņemti aptuvenie adsorbenta graudu ātruma un diametra parametri 1,8 m/h Un dz = 2,5 mm attiecīgi. Ja graudu diametrs dz ir mazāks par ieteicamo, process ir ierobežots ārējās difūzijas apgabalā, ja tas ir lielāks, tad iekšējā difūzijas reģionā.
Ārgels
ADSORBCIJA(no latīņu valodas ad-on, with un sorbeo-absorb), vielas koncentrācijas izmaiņas (parasti palielināšanās) fāzes saskarnes tuvumā (“absorbcija uz virsmas”). Vispārīgā gadījumā adsorbcijas iemesls ir kompensācijas trūkums starp molekulmasām. spēki šīs virsmas tuvumā, t.i. adsorbentu klātbūtne. spēka lauks. Ķermenis, kas rada šādu lauku, tiek saukts. adsorbents, patiesībā, kura molekulas var adsorbēt, un ad sorbēt t un apmēram m, jau ir adsorbenti. adsorbētā. Tiek saukts apgrieztais adsorbcijas process. desorbcija.
Adsorbēšanas veids. spēks m.b. ļoti dažādi. Ja tie ir van der Vālsa spēki, tad sauc adsorbciju. fizikālā, ja valence (t.i., adsorbciju pavada virsmas ķīmisko savienojumu veidošanās), - ķīmiskā vai ķīmiskā sorbcija. Atšķirs. Ķīmisorbcijas iezīmes ir neatgriezeniskums, augsts termiskais efekts (simtiem kJ/mol), aktivizēts raksturs. Starp fiziskajiem un ķīm. Starp adsorbciju ir daudz atstarpju. gadījumos (piemēram, adsorbcija ūdeņraža saišu veidošanās dēļ). Iespējami arī dažādi veidi. fizisko veidu adsorbcijas maks. universāla starpmolekulārās dispersijas izpausme. pievilkšanas spēki, jo tie ir aptuveni nemainīgi adsorbentiem ar jebkuru ķīmisku virsmu. raksturs (tā sauktā nespecifiskā adsorbcija). Fizik. adsorbciju var izraisīt elektrostatika. spēki (jonu, dipolu vai kvadrupolu mijiedarbība); šajā gadījumā adsorbciju nosaka ķīmiskā viela. adsorbējošo molekulu raksturs (tā sauktā specifiskā adsorbcija). Līdzekļi. lomu iekšā adsorbcija Savu lomu spēlē arī saskarnes ģeometrija: plakanas virsmas gadījumā runā par adsorbciju uz atvērtas virsmas, nedaudz vai stipri izliektas virsmas gadījumā – par adsorbciju adsorbenta porās.
Adsorbcijas teorijā izšķir statiku (adsorbenta-adsorbāta sistēma atrodas termodinamiskā līdzsvarā) un kinētiku (līdzsvara nav).
Adsorbcijas statika
Jo sistēma ir līdzsvarā, tad ķīmiskā viela adsorbāta un adsorbcijas potenciāls ir vienāds; Adsorbāta entropija molekulu mobilitātes samazināšanās dēļ adsorbcijas laikā ir mazāka nekā adsorbāta entropija. Tāpēc ar inertu adsorbentu entalpija vienmēr ir negatīva, t.i. adsorbcija ir eksotermiska. Šo secinājumu var mainīt, ņemot vērā adsorbenta entropijas izmaiņas. Piemēram, vielu sorbcijas laikā ar polimēriem, kuros polimērs uzbriest, pēdējo entropija (sakarā ar makromolekulu mobilitātes palielināšanos) var palielināties tik daudz, ka adsorbcija kļūst endotermiska. Turpmāk rakstā aplūkota tikai eksotermiska. adsorbcija .
Ir integrālis, diferenciālis, izostērisks. un vidējais adsorbcijas siltums. Integrālais siltums Q ir vienāds ar entalpijas samazināšanos (pie V = const - iekšējā enerģija), kad adsorbcija mainās no a 1 uz 2 (konkrētajā gadījumā a 1 = 0): Q = -(H 2 - H 1) ) Šī vērtība parasti ir saistīta ar adsorbenta masu un izteikta J/kg.
Ir vēl viens mehānisms, kas nodrošina komplementaritāti. adsorbcijas vielu adsorbcija zem to kritiskās vērtības. t-ry uz porainiem adsorbentiem pie salīdzinoši augstām p/p s vērtībām. Tas ir kapilārais kondensāts. Ja porā ir izveidojies ieliekts adsorbāta menisks, tad tajā pie p/p s sākas kondensācija.<1.
Согласно
ур-нию Кельвина:
kur ir adsorbāta virsmas spraigums, V ir tā molārais tilpums, r ir meniska izliekuma rādiuss. Kapilārā kondensācija izraisa strauju adsorbcijas izotermas pieaugumu. Šajā gadījumā ts. adsorbē. histerēze, t.i. adsorbcijas neatbilstība un desorbcija. izotermu zari. Parasti tas ir saistīts ar faktu, ka menisku formas adsorbcijas un desorbcijas laikā nesakrīt.
Izmantojot potenciāla teoriju, M.M. Dubinins ierosināja un izstrādāja teoriju par mikroporu tilpuma piepildīšanu (VFM). Ir postulēts, ka šī teorija attiecas tikai uz mikroporainiem adsorbentiem. Šādu adsorbentu, kuros lineārie poru izmēri ir r1 nm, īpatnība ir tāda, ka viss to poru tilpums ir “piepildīts” ar adsorbentiem. lauks. Tāpēc adsorbcijas laikā tie tiek aizpildīti nevis slāni pa slānim, bet gan tilpuma. Aplūkojamajā gadījumā daudzums nav adsorbēts. potenciālu un līdz ķīmiskajai zīmei. adsorbācijas potenciāls, mērot no ķīmiskā līmeņa. parastā šķidruma potenciāls tajā pašā temperatūrā. Viss adsorbenta poru komplekts ir sadalīts trīs klasēs: mikroporas (r0,6 nm), mezoporas (0,6 nm-20 nm) un makroporas (r20 nm). Adsorbcija mikroporās notiek saskaņā ar TOZM shēmu, t.i. volumetriski, mezoporās - saskaņā ar slāņa slāņa aizpildīšanas mehānismu, ko pabeidz kapilārā kondensācija. Makroporas adsorbcijas laikā. nespēlē nekādu lomu līdzsvarā.
Ieviešot ideju par poru tilpumu sadalījumu pēc ķīmiskajām vērtībām. adsorbēt tajos potenciālu, M.M. Dubinins un L.V. Raduškevičs ieguva TOZM adsorbcijas izotermas vienādojumu, ko parasti raksta tālāk. forma: 
kur p, E un a 0 ir parametri (a 0 = a, ja p = p s). Temperatūras atkarība a 0:
kur = -(da0/dT); a 0 0 = a 0 pie T = T 0. Parametri p un E ir praktiski neatkarīgi no t-ry. Vairumā gadījumu n = 2. Tikai gadījumos, kad sākotnējie adsorbcijas siltumi ir ļoti augsti, n > 2. Lai pārrēķinātu adsorbcijas izotermas no viena adsorbenta uz citu, aptuveni tiek pieņemts, ka E 1 /E 2 P 1 /P = un ka a 01 / a 02 V 1 /V 2, kur Pi ir izpletnis, Vi ir adsorbenta molārais tilpums.
Izmantojot domu, ka īstā adsorbentā ir dažāda izmēra poras, un ieviešot E vērtību sadalījumu ar dispersiju, kas vienāda ar F. Steckley ierosināja (23) vienādojuma vispārinājumu, ko sauc par Dubinina-Steklija vienādojumu: 
Adsorbcijas kinētika
Adsorbcija, tāpat kā jebkurš reāls process, notiek laika gaitā. Tāpēc pilnīgai adsorbcijas teorijai jāietver sadaļa par adsorbcijas kinētiku. Elementārais adsorbcijas akts notiek gandrīz uzreiz (izņēmums ir ķīmiskā sorbcija). Tāpēc galvenokārt tiek noteiktas adsorbcijas laika atkarības. difūzijas mehānisms, t.i., adsorbenta piegāde adsorbcijas vietai. Ja adsorbcija uz atvērtas virsmas nenotiek acumirklī, šāds process notiek ārējā difūzijas reģionā; Turklāt difūzijas likumi nav specifiski adsorbcijai. Porainu adsorbentu gadījumā papildus ārējiem difūzija, iekšējai sāk spēlēt svarīgu lomu. difūzija, t.i. adsorbenta pārnešana adsorbenta porās koncentrācijas gradienta klātbūtnē tajās. Šādas pārnešanas mehānisms var būt atkarīgs no adsorbenta koncentrācijas un poru lieluma.
Ir molekulārā, Knudsen un virsmas (Volmer) difūzija. Molekulārā difūzija notiek, ja brīvais garums. molekulu ceļš porās ir mazāks par poru izmēru, Knudsens - ja šis garums pārsniedz poru izmēru. Ar virsmas difūziju molekulas pārvietojas pa adsorbenta virsmu, neiekļūstot lielapjoma fāzē. Tomēr koeficientu vērtības. difūzija nav vienāda dažādiem difūzijas mehānismiem. Daudzskaitlī Gadījumos eksperimentāli nav iespējams noteikt, kā tieši difūzija notiek, un tāpēc t.s. efektīvais koeficients difūziju, aprakstot procesu kopumā.
Pamata eksperimentēsim materiāls par adsorbcijas kinētiku ir tā sauktais. kinētiskā līkne, t.i. funkcija = a/a ir vienāda ar =f(t), kur ir relatīvā adsorbcija, kas vienāda ar adsorbcijas a pašreizējās vērtības attiecību a, kas vienāda ar tās vērtību laikā t. Lai interpretētu kinētiku līkne vienkāršākajā gadījumā tiek pieņemts, ka adsorbējošajam graudam ir poraina struktūra, kas ir pilnībā viendabīga pēc tilpuma (šo modeli sauc par kvazihomogēnu). Līdzekļi. Kvazihomogēnā modeļa uzlabojums ir ideja, ka katrs grauds satur reģionus ar lielākām un smalkākām porām. Difūziju šādā graudā raksturo divi dažādi faktori. koeficienti.
Atvērtas virsmas gadījumā, izmantojot Langmuir modeli, ir viegli iegūt kinētiku. adsorbcijas līmenis. Līdzsvara sasniegšanas ātrums ir starpība starp adsorbcijas un desorbcijas ātrumu. Pieņemot, kā parasti kinētikā, ka procesu ātrums ir proporcionāls reaģējošo vielu koncentrācijām, mēs iegūstam:
kur k adc un k des ir attiecīgi ātruma konstantes. adsorbcija un desorbcija. Tiek pieņemts, ka spiediens gāzes fāzē ir nemainīgs. Integrējot šo vienādojumu no t = 0 uz jebkuru t vērtību, mēs iegūstam:
Tādējādi f mums ir: = vienāds. Tāpēc mums beidzot ir:
kur k = k reklāmas + k des.
Temperatūras ietekmi uz adsorbcijas ātrumu izsaka ar vienādojumu, kas līdzīgs Arrēnija vienādojumam. Paaugstinoties temperatūrai, k adc palielinās eksponenciāli. Jo difūzija adsorbenta porās ir saistīta ar aktivācijas pārvarēšanu. barjeras, kads un kdes temperatūras atkarības nav vienādas.
Zināšanas par difūzijas ātrumu ir svarīgas ne tikai adsorbcijas teorijai, bet arī rūpniecisko procesu aprēķināšanai. adsorbē. procesi. Šajā gadījumā viņi parasti nodarbojas nevis ar atsevišķiem adsorbējošiem graudiem, bet gan ar to slāņiem. Procesa kinētiku slānī izsaka ļoti sarežģītas atkarības. Katrā slāņa punktā noteiktā laikā adsorbcijas apjomu nosaka ne tikai adsorbcijas izotermas vienādojuma veids un procesa kinētikas likumi, bet arī aero- vai hidrodinamiskie. Gāzes vai šķidruma plūsmas apstākļi ap graudiem. Procesa kinētiku adsorbenta slānī atšķirībā no kinētikas atsevišķā graudā sauc. adsorbcijas dinamika, vispārīgā problēmu risināšanas shēma ir šāda: tiek sastādīta diferenciāļu sistēma. vienādojumi daļējos atvasinājumos, ņemot vērā slāņa raksturlielumus, adsorbcijas izotermu, difūzijas raksturlielumus (difūzijas koeficients, masas pārneses veidi pa visu slāni un graudu iekšienē), aero- un hidrodinamisko. plūsmas funkcijas. Ir norādīti sākotnējie un robežnosacījumi. Šīs vienādojumu sistēmas risinājums principā noved pie adsorbcijas vērtību vērtībām noteiktā laikā noteiktā slāņa punktā. Kā likums, analītisks risinājumu var iegūt tikai pašiem vienkāršākajiem gadījumiem, tāpēc šī problēma tiek atrisināta skaitliski, izmantojot datoru.
Eksperimentāli pētot adsorbcijas dinamiku, caur adsorbenta slāni tiek izlaista gāzes vai šķidruma plūsma ar dotiem raksturlielumiem un tiek pētīta izejošās plūsmas sastāvs kā laika funkcija. Uzsūktās vielas izskats aiz slāņa sauc. izrāvienu, un laiks pirms izrāviena ir aizsardzības darbības laiks. Tiek saukta dotā komponenta koncentrācijas aiz slāņa atkarība no laika. izvades līkne. Šīs līknes kalpo par pamatu. eksperimentēsim materiāls, kas ļauj spriest par adsorbcijas dinamikas modeļiem.
Adsorbcijas procesu aparatūras projektēšana
Ir daudz tehnoloģiju. adsorbcijas metodes. procesi. Plaši izplatīts ciklisks (intermitējošas) iekārtas ar fiksētu adsorbenta slāni, pamata. mezgls, no kuriem viens vai vairāki. adsorberi, izgatavoti dobu kolonnu veidā, kas piepildītas ar granulētu adsorbentu. Gāzes (vai šķidruma) plūsma, kas satur adsorbētās sastāvdaļas, tiek izlaista caur adsorbenta slāni līdz izrāvienam. Pēc tam adsorbentā esošais adsorbents tiek reģenerēts, un gāzes plūsma tiek novirzīta uz citu adsorberu. Adsorbenta reģenerācija ietver vairākus posmus, no kuriem galvenais ir desorbcija, t.i. iepriekš absorbētas vielas izdalīšanās no adsorbenta. Desorbciju veic karsējot, atbrīvojot spiedienu gāzes fāzē, izspiežot (piemēram, asu ūdeni
Pamatjēdzieni
Uzsūkto vielu, kas joprojām atrodas fāzes tilpumā, sauc adsorbējošs, uzsūcas - adsorbēt. Šaurākā nozīmē adsorbciju bieži saprot kā piemaisījuma absorbciju no gāzes vai šķidruma ar cietu vielu (gāzes un šķidruma gadījumā) vai šķidrumu (gāzes gadījumā) - adsorbents. Šajā gadījumā, tāpat kā vispārējā adsorbcijas gadījumā, piemaisījums koncentrējas adsorbenta-šķidruma vai adsorbenta-gāzes saskarnē. Apgriezto adsorbcijas procesu, tas ir, vielas pārnešanu no saskarnes uz fāzes tilpumu sauc desorbcija. Ja adsorbcijas un desorbcijas ātrums ir vienāds, tad mēs runājam par izveidošanu adsorbcijas līdzsvars. Līdzsvara stāvoklī adsorbēto molekulu skaits paliek nemainīgs bezgalīgi, ja ārējie apstākļi (spiediens, temperatūra un sistēmas sastāvs) paliek nemainīgi.
Adsorbcija un ķīmiskā absorbcija
Divu fāžu saskarnē papildus adsorbcijai, ko galvenokārt izraisa fiziska mijiedarbība (galvenokārt van der Vāla spēki), var notikt ķīmiska reakcija. Šo procesu sauc ķīmiskā sorbcija. Ne vienmēr ir iespējams skaidri sadalīt adsorbciju un ķīmisko sorbciju. Viens no galvenajiem parametriem, pēc kuriem šīs parādības atšķiras, ir termiskais efekts: tātad fizikālās adsorbcijas termiskais efekts parasti ir tuvu adsorbāta sašķidrināšanas siltumam, ķīmiskās sorbcijas termiskais efekts ir daudz lielāks. Turklāt, atšķirībā no adsorbcijas, ķīmijas sorbcija parasti ir neatgriezeniska un lokalizēta. Piemērs starpposma iespējām, kas apvieno gan adsorbcijas, gan ķīmiskās sorbcijas iezīmes, ir skābekļa mijiedarbība uz metāliem un ūdeņraža mijiedarbība uz niķeļa: zemā temperatūrā tie tiek adsorbēti saskaņā ar fizikālās adsorbcijas likumiem, bet, paaugstinoties temperatūrai, sāk notikt ķīmiskā sorbcija.
Līdzīgas parādības
Iepriekšējā sadaļā tika apspriests gadījums, kad uz virsmas notiek neviendabīga reakcija - ķīmiskā sorbcija. Tomēr ir neviendabīgu reakciju gadījumi visā tilpumā, nevis tikai uz virsmas - tā ir izplatīta neviendabīga reakcija. Absorbcija visā tilpumā var notikt arī fizisko spēku ietekmē; šo gadījumu sauc par absorbciju.
Fiziskā adsorbcija
| Fiziskās adsorbcijas modeļi | |
| Vienslāņa veidošanās | Enerģijas diagramma |
 |
|
| Rīsi. 1: a) adsorbents, b) adsorbāts, c) adsorbents (gāzes fāze vai šķīdums) | Rīsi. 2: a) adsorbents, b) adsorbāts, c) gāzes fāze, d - attālums, E - enerģija, E b - adsorbcijas enerģija, (1) desorbcija, (2) adsorbcija |
| Polikondensācija | Selektīva adsorbcija |
 |
 |
| Rīsi. 3: a) adsorbents, b) adsorbāts, c) kondensāts, d) adsorbents (gāzes fāze vai šķīdums) | Rīsi. 4: a) adsorbents, b) adsorbāts, c) adsorbcijas līdzekļi (gāzes fāze vai šķīdums): parādīta zilo daļiņu preferenciālā adsorbcija |
Adsorbcijas cēlonis ir nespecifisks (tas ir, neatkarīgi no vielas veida) van der Vālsa spēki. Adsorbcija, ko sarežģī ķīmiskā mijiedarbība starp adsorbentu un adsorbātu, ir īpašs gadījums. Šāda veida parādības sauc ķīmiskā sorbcija Un ķīmiskā adsorbcija. Par “parasto” adsorbciju sauc gadījumos, kad nepieciešams uzsvērt mijiedarbības spēku raksturu fiziskā adsorbcija.
Fiziskā adsorbcija ir atgriezenisks process; līdzsvara stāvokli nosaka vienādi adsorbcijas molekulu adsorbcijas ātrumi P uz brīvajām adsorbenta virsmas vietām S* un desorbcija - adsorbāta atbrīvošana no saistītā stāvokļa S−P:
;Līdzsvara vienādojums šajā gadījumā ir:
, ,kur ir adsorbenta virsmas daļa, ko aizņem adsorbāts, ir Langmuir adsorbcijas koeficients, un P ir adsorbenta koncentrācija.
Tā kā un attiecīgi , adsorbcijas līdzsvara vienādojumu var uzrakstīt šādi:
Langmuira vienādojums ir viens no adsorbcijas izotermas vienādojuma veidiem. Adsorbcijas izotermas vienādojums (biežāk tiek lietots saīsinātais termins adsorbcijas izoterma) attiecas uz adsorbcijas līdzsvara vērtības atkarību no adsorbenta koncentrācijas a = f (C) nemainīgā temperatūrā ( T=konst). Adsorbenta koncentrācija adsorbcijas gadījumā no šķidruma parasti tiek izteikta molu vai masas daļās. Bieži, īpaši adsorbcijas gadījumā no šķīdumiem, tiek izmantota relatīvā vērtība: C/C s, kur C ir koncentrācija, C s ir adsorbenta ierobežojošā koncentrācija (piesātinājuma koncentrācija) noteiktā temperatūrā. Adsorbcijas gadījumā no gāzes fāzes koncentrāciju var izteikt absolūtā spiediena vienībās vai, kas īpaši raksturīgi tvaiku adsorbcijai, relatīvās vienībās: P/P s, kur P ir tvaika spiediens, P s ir šīs vielas piesātināta tvaika spiediens. Pati adsorbcijas vērtību var izteikt arī koncentrācijas vienībās (adsorbāta molekulu skaita attiecība pret kopējo molekulu skaitu saskarnē). Adsorbcijai uz cietiem adsorbentiem, it īpaši, apsverot praktiskas problēmas, tiek izmantota absorbētās vielas masas vai daudzuma attiecība pret adsorbenta masu, piemēram, mg/g vai mmol/g.
Adsorbcijas vērtība
Adsorbcija ir vispārēja un visuresoša parādība, kas notiek vienmēr un visur, kur ir saskarne starp fāzēm. Vislielākā praktiskā nozīme ir virsmaktīvo vielu adsorbcijai un piemaisījumu adsorbcijai no gāzes vai šķidruma ar īpašiem ļoti efektīviem adsorbentiem. Kā adsorbenti var darboties dažādi materiāli ar lielu īpatnējo virsmu: porains ogleklis (visizplatītākā forma ir aktīvā ogle), silikageli, ceolīti, kā arī dažas citas dabisko minerālu un sintētisko vielu grupas.
Instalāciju adsorbcijas veikšanai sauc par adsorberu.
Skatīt arī
- Slāpekļa adsorbcijas iekārtas
Piezīmes
Literatūra
- Frolovs Ju.G. Koloīdu ķīmijas kurss. Virsmas parādības un dispersās sistēmas. - M.: Ķīmija, 1989. - 464 lpp.
- Keltsevs N.V. Adsorbcijas tehnoloģijas pamati. - M.: Ķīmija, 1984. - 592 lpp.
- Gregs S., Singhs K. Adsorbcija, īpatnējais virsmas laukums, porainība. - M.: Mir, 1984. - 310 lpp.*
- Ādamsons A. Virsmu fizikālā ķīmija. – M.: Mir. 1979. – 568 lpp.
- Oura K., Lifshits V.G., Saranin A.A. et al. Ievads virsmas fizikā / Red. V. I. Sergienko. - M.: Nauka, 2006. - 490 lpp.
- Karnauhovs A.P. Adsorbcija. Izkliedētu un porainu materiālu tekstūra. - Novosibirska: Zinātne. 1999. - 470 lpp.
- Ķīmiskā enciklopēdija. T. 1. - M.: Padomju enciklopēdija, 1990. - 623 lpp.
- Poltoraks O.M. Termodinamika fizikālajā ķīmijā. - M.: Augstskola, 1991. - 319 lpp.
Saites
- // Brokhausa un Efrona enciklopēdiskā vārdnīca: 86 sējumos (82 sējumi un 4 papildu sējumi). - Sanktpēterburga. , 1890-1907.
- Adsorbcija uz vietas"
Sorbcija (no latīņu valodas sorbeo - absorbēt, ievilkt) ir jebkurš process, kurā viena viela (sorbcija) tiek absorbēta ar citu (sorbentu), neatkarīgi no absorbcijas mehānisma. Atkarībā no sorbcijas mehānisma tiek izdalīta adsorbcija, absorbcija, ķīmiskā absorbcija un kapilārā kondensācija.
Adsorbcija izsaukt vielas koncentrācijas izmaiņas saskarnē. Adsorbcija notiek uz jebkurām starpfāzu virsmām, un jebkuras vielas var adsorbēt. Adsorbcijas līdzsvars, t.i. vielas līdzsvara sadalījums starp robežslāni un blakus esošajām fāzēm ir dinamisks līdzsvars un tiek ātri izveidots. Adsorbcija samazinās, palielinoties temperatūrai.
Dažos gadījumos vienas vielas uzsūkšanās no citas vielas neaprobežojas tikai ar virsmas slāni, bet notiek visā sorbenta tilpumā. Šo absorbciju sauc absorbcija. Absorbcijas procesa piemērs ir gāzu šķīdināšana šķidrumos. Tiek saukta vienas vielas absorbcija citā, ko pavada ķīmiskas reakcijas ķīmiskā sorbcija. Tādējādi ķīmiskās sorbcijas procesu piemēri ir amonjaka vai hlorūdeņraža absorbcija ar ūdeni, mitruma un skābekļa absorbcija ar metāliem, veidojot oksīdus un hidroksīdus, oglekļa dioksīda absorbcija ar kalcija oksīdu. Kapilārā kondensācija sastāv no sašķidrināšanas tvaikiem mikroporainos sorbentos. Tas rodas tāpēc, ka tvaika spiediens virs šķidruma ieliektā meniska tā samitrinātajos šaurajos kapilāros ir mazāks par piesātinātā tvaika spiedienu virs šķidruma plakanās virsmas tajā pašā temperatūrā.
Tādējādi sorbcijas procesi atšķiras pēc to mehānisma. Tomēr jebkurš sorbcijas process sākas ar adsorbciju pie saskares fāžu robežas, kas var būt šķidra, gāzveida vai cieta.
Kā norādīts 106. paragrāfā, visi spontānie procesi fāzu robežās notiek brīvās virsmas enerģijas samazināšanās virzienā. Līdz ar to pozitīva adsorbcija, kas izraisa vielas koncentrācijas palielināšanos robežslānī, ir iespējama tikai tad, ja virsmas spraigums samazinās.
Apskatīsim saistību starp šķīdumu virsmas spraigumu un adsorbciju šķidruma saskarnē | gāze. Šķīdumu virsmas spraigums ir atkarīgs no šķīdinātāja un izšķīdušās vielas īpašībām, pēdējās koncentrācijas un temperatūras. Tiek saukta šķīdumu virsmas spraiguma atkarība nemainīgā temperatūrā no izšķīdušās vielas koncentrācijas virsmas spraiguma izoterma. Izšķīdinātās vielas vai nu samazina šķīdinātāja virsmas spraigumu, un tādā gadījumā tās sauc virsmaktīvā viela vielas (virsmaktīvās vielas) vai palielina virsmas spraigumu (virsma neaktīva vielas), vai neietekmē šķīdinātāja virsmas spraigumu (95. att.). Polārie organiskie savienojumi (spirti, skābes, amīni, fenoli) ūdens šķīdumos ir virsmaktīvi. Lielākā daļa spēcīgu elektrolītu ir virsmas neaktīvi.
Virsmaktīvās vielas iedala divās lielās apakšgrupās: 1) patiesi ūdenī šķīstošos un 2) micelāros koloīdos.
Pirmās apakšgrupas virsmaktīvās vielas ir difilas molekulas ar īsiem ogļūdeņražu radikāļiem, bet otrās apakšgrupas virsmaktīvās vielas ir difilas molekulas ar gariem ogļūdeņraža radikāļiem, slikti šķīst ūdenī.
Atšķirību izšķīdušās vielas koncentrācijās virsmas slānī un tajā pašā slānī šķīduma tilpuma iekšpusē sauc par šīs vielas virsmas pārpalikumu un apzīmē ar grieķu burtu G (“gam-
Rīsi.
Rīsi.
Virsmas slāņa struktūra: A- tīrs šķīdinātājs; b- nepiesātināts monomolekulāras virsmaktīvās vielas slānis; V- piesātināts monomolekulāras virsmaktīvās vielas slānis
(a ir virsmas spraigums, C-šķīduma koncentrācija): 1,2 - virsmaktīvo vielu šķīdumi ar lielāku (/) un mazāku daudzumu (2) virsmas aktivitāte; 3 - virsmaktīvās vielas šķīdums ma"). Virsmaktīvās vielas pozitīvi adsorbējas virsmas slānī, un līdz ar to tām G > 0, jo tas noved pie virsmas spraiguma samazināšanās. Gluži pretēji, virsmaktīvās vielas adsorbējas negatīvi, t.i. to koncentrācija virsmas slānī ir mazāka nekā šķīduma lielākajā daļā (G
Virsmaktīvās vielas adsorbcijas izotermas piemērs ir parādīts attēlā. 96. Kā redzams, pieaugot šķīduma koncentrācijai, G sasniedz robežvērtību (T 00), kad visu virsmas slāni aizņem virsmaktīvās vielas molekulas, kuras ir izspiedušas šķīdinātāja molekulas. Šādos piesātinātos monomolekulāros virsmas slāņos virsmaktīvās vielas molekulas ir pareizi orientētas - ar polāro grupu pret polāro fāzi (piemēram, ūdens), bet ar nepolāro ogļūdeņraža radikāli pret nepolāro fāzi (piemēram, gaiss), veidojot sava veida palisāde.
Robežas spriegums mainās līdzīgi, un trešā komponenta adsorbcija notiek uz divu nesajaucamu šķidrumu robežas.
Gāzu un tvaiku adsorbcija uz cieto vielu virsmas notiek arī brīvās virsmas enerģijas samazināšanās rezultātā. Tā kā cietvielu virsmas spraigumu ir grūti izmērīt, adsorbciju uz tām vērtē, tieši nosakot adsorbētās vielas daudzumu. Pēdējais ir lielāks, jo lielāka ir adsorbenta virsma. Tāpēc adsorbcijas procesu realizācijai ļoti svarīgi ir izveidot īpaši porainus adsorbentus ar attīstītu iekšējo virsmu, kam raksturīgs īpatnējais virsmas laukums, t.i. virsmas laukums uz 1 g sorbenta. Svarīgākie poraini sorbenti ir aktīvā ogle un silikagels. Ogļu absorbcijas spēja tika atzīmēta jau 18. gadsimtā. Tomēr tikai 1915. gadā N.D. Zelinskis izstrādāja iegūšanas metodi aktīvās ogles, piedāvājot tos kā universālus toksisko vielu absorbētājus, un kopā ar E.L. Kumantom izstrādāja ogļu gāzmasku ar gumijas masku. Viens no pirmajiem veidiem, kā aktivizēt kokogli, bija tās apstrāde ar pārkarsētu tvaiku, lai noņemtu sveķainās vielas, kas veidojas koksnes sausās destilācijas laikā, un aizpildītu poras ar parasto kokogli.
Mūsdienīgas metodes aktīvo ogļu ražošanai un izpētei mūsu valstī izstrādāja M.M. Dubinins. Aktīvās ogles īpatnējais virsmas laukums sasniedz 1000 m2 uz gramu. Aktivētā ogle ir hidrofobs adsorbents, tas slikti absorbē ūdens tvaikus un ļoti labi absorbē ogļūdeņražus.
Ūdens tvaiku absorbēšanai plaši izmanto hidrofilo adsorbentu, kas ir dehidrētas silīcijskābes aerogels un tiek saukts silikagels. Nozare ražo vairākas silikagela kategorijas ar dažādu poru izmēru un sadalījumu.
Atšķirībā no šķidrumu virsmas, ne visi cietvielu virsmu punkti ir līdzvērtīgi to adsorbcijas spējas ziņā. Pie zemām gāzu koncentrācijām adsorbcija notiek monomolekulāri gar adsorbenta aktīvākajām zonām - tā "aktīvajiem centriem", kas ir atsevišķi atomi vai virsmas atomu grupas, kuru spēka lauks ir vismazāk piesātināts. Adsorbējot gāzes, kas atrodas temperatūrā, kas zemāka par kritisko temperatūru, monomolekulārā adsorbcija var pārveidoties par polimolekulāro adsorbciju, palielinoties spiedienam.
Temperatūras paaugstināšanās un spiediena pazemināšanās izraisa gāzu un tvaiku desorbciju. Tā rezultātā rūpniecībā plaši tiek izmantotas sorbcijas-desorbcijas metodes dažādu vielu ekstrakcijai no gaisa, kā arī gāzu un tvaiku atdalīšanai.
Kad izšķīdušās vielas tiek adsorbētas no šķīdumiem uz cietiem adsorbentiem, vienā vai otrā pakāpē notiek arī šķīdinātāja adsorbcija. Tāpēc adsorbcija no šķīdumiem ir konkurētspējīga starp izšķīdušo vielu un šķīdinātāja absorbciju. Var adsorbēt gan izšķīdušos neelektrolītus, gan elektrolītus. Šajā sakarā izšķir molekulāro un jonu adsorbciju no šķīdumiem.
Lai samazinātu šķīdinātāja adsorbciju molekulārās sorbcijas laikā no ūdens šķīdumiem, parasti izmanto hidrofobu adsorbentu - aktivēto ogli, bet, sorbējot no nepolāriem šķīdinātājiem (ogļūdeņražiem), hidrofilu adsorbentu - silikagelu. Adsorbcija notiek caur adsorbenta aktīvajiem centriem, bieži vien monomolekulāri un ļoti selektīvi. Molekulārās adsorbcijas izotermām no šķīdumiem, kā arī gāzēm un tvaikiem ir līknes forma, kas parādīta attēlā. 96. Desorbciju, ko veic, izmantojot šķidrumus, parasti sauc eluēšana, un šiem nolūkiem izmantotie šķidrumi vai šķīdumi, eluenti.
Sorbcija var notikt statiskos vai dinamiskos apstākļos. Sorbciju sauc statisks, kad absorbētā viela (sorbents), kas atrodas gāzveida vai šķidrā fāzē, nonāk saskarē ar stacionāru sorbentu vai sajauc ar to. Sorbenta statisko aktivitāti raksturo absorbētās vielas daudzums uz vienu sorbenta masas vienību noteiktos apstākļos.
Dinamisks sorbciju sauc, ja absorbētā viela atrodas kustīgā šķidrā vai gāzveida fāzē, kas tiek filtrēta caur sorbenta slāni. Adsorbenta dinamisko aktivitāti raksturo laiks no adsorbenta pārejas sākuma līdz tā izrāvienam, t.i. pirms tas parādās aiz adsorbenta slāņa (N.A. Shilov, 1917). Rūpniecībā sorbcijas-desorbcijas procesus parasti veic dinamiskos apstākļos, jo tas nodrošina tehnoloģisko procesu nepārtrauktību un to automatizācijas iespēju.
- Nikolajs Dmitrijevičs Zelinskis (1861 - 1953) - akadēmiķis, lielas organisko ķīmiķu skolas dibinātājs. Viņam pieder klasiski darbi organiskās katalīzes jomā, kā arī par eļļas ķīmiju un daudzu vērtīgu produktu ražošanu no tās.
- Mihails Mihailovičs Dubinins (1901-1993) - akadēmiķis, Valsts balvu laureāts, lielas zinātniskās skolas vadītājs sorbcijas jomā. Viņš sniedza lielu ieguldījumu mūsdienu ideju attīstībā par gāzu un tvaiku sorbcijas mehānismu, kā arī sorbentu iegūšanas un izpētes metodēm.
Adsorbcija Dzinējspēks
Vielas uz virsmas.
Fiziskā adsorbcija. Adsorbētais slānis ir savienots ar virsmu ar vājām starpatomiskām saitēm, piemēram, ar van der Vālsa spēkiem. Fizikālās adsorbcijas siltums, kā likums, ir mazs un reti pārsniedz vairākus desmitus kJ/mol (apmēram 40 kJ/mol). Fiziskās adsorbcijas process ir atgriezenisks, neaktivizēts un notiek ļoti ātri, tiklīdz adsorbāta molekulas parādās uz cieta vai šķidra ķermeņa virsmas. Visbiežāk fiziskā adsorbcija ir saistīta ar virsmas mijiedarbību ar gāzes fāzi. Adsorbētās gāzes daudzums samazinās, samazinoties spiedienam un paaugstinoties temperatūrai.
| , | (2.4) |
Uz R
R
(A) un temperatūra ( b) (skaidrojumi tekstā)
| , | (2.5) |
Kur A Uz vienādojumā (2.5).
Adsorbcijas procesu gandrīz vienmēr pavada siltuma izdalīšanās, ko sauc par adsorbcijas siltumu. Adsorbcijas slāņa stiprums ir proporcionāls adsorbcijas siltumam.
2.1. attēlā b
Ķīmiskā adsorbcija.Ķīmisorbcija ir vielu absorbcijas process no vides ar šķidra vai cieta ķermeņa virsmu, ko papildina ķīmisko savienojumu veidošanās. Ķīmisorbcijas laikā tiek atbrīvots ievērojams siltuma daudzums. Parasti ķīmiskās sorbcijas siltums ir diapazonā no 80 līdz 125 kJ/mol. Skābekļa mijiedarbība ar metāliem (oksidācija) dod ievērojami lielākas siltuma vērtības, sasniedzot 400 kJ/mol.
REDZĒT VAIRĀK:
Adsorbcija ķīmijā
Ievads
Adsorbcija ir vielas absorbcijas process no gāzu, tvaiku vai šķīdumu maisījuma ar cieta ķermeņa - adsorbenta - virsmu vai poru tilpumu.
Adsorbcijas parādība ir zināma ļoti ilgu laiku. Dabiskie materiāli, piemēram, smiltis un augsne, ir izmantoti ūdens attīrīšanai kopš cilvēku sabiedrības sākuma. 18. gadsimta beigās K. Šēle un tajā pašā laikā Fontana atklāja svaigi kalcinētas kokogles spēju absorbēt dažādas gāzes apjomos, kas vairākas reizes pārsniedz pašas tilpumu. Drīz kļuva skaidrs, ka absorbētā tilpuma daudzums ir atkarīgs no ogļu veida un gāzes veida. TIE. Lovics 1785. gadā atklāja ogļu adsorbcijas fenomenu šķidrā vidē, to detalizēti izpētīja un ierosināja izmantot ogles farmaceitisko līdzekļu, alkohola, vīna un organisko savienojumu attīrīšanai. Lovics parādīja, ka ogles var ātri attīrīt bojāto ūdeni un padarīt to dzeramu. Un tagad ūdens filtru galvenais darbības princips ir oglekļa materiāli, protams, modernāki par dabīgajām oglēm. Toksisko vielu adsorbciju no gaisa izmantoja N.D. Zelinskis, veidojot gāzmasku Pirmā pasaules kara laikā.
Gāzu adsorbciju uz cietām virsmām izmanto dažās pārtikas rūpniecības nozarēs, proti, eļļas un tauku rūpniecībā (piemēram, margarīna ražošanā) un fermentācijas rūpniecībā (piemēram, rauga ražošanā), lai attīrītu procesu. gāzes plūsmām, lai novērstu kaitīgu vielu nokļūšanu atmosfērā. Ūdens tvaiku absorbcija notiek uz porainām vielām, kas darbojas kā ciets adsorbents. Līdzīgi procesi tiek novēroti attiecībā uz cukuru, sāli un krekeriem.
Adsorbcija, tās veidi
Ātrbojīgu produktu uzglabāšanas telpu gāzes sastāva regulēšanas adsorbcijas metode ļauj vairākas reizes samazināt zudumus un palielināt glabāšanas laiku. Dažādu pārtikas skābju, it īpaši citronskābes, adsorbcija samazina virsmas spraigumu lielākajai daļai bezalkoholisko dzērienu salīdzinājumā ar ūdeni. Vielu adsorbcija šķidruma un gāzes saskarnē veicina putu stabilitāti. Līdzīgs process notiek fermentācijas nozarē rauga un dažu citu starpproduktu ražošanas laikā. Dažādu virsmu mitrināšanas palielināšana ar ūdeni tiek plaši izmantota rūpniecībā kā pavadošais process, mazgājot iekārtas, sagatavojot izejvielas, apstrādājot pusfabrikātus u.c. Adsorbciju cietā un šķidruma saskarnē plaši izmanto šķidrumu (piemēram, difūzijas sulas cukura, augu eļļu un sulu ražošanā) attīrīšanā no piemaisījumiem.
Adsorbcijas spēku teorijas attīstība vēl nav sasniegusi stadiju, kurā no zināmajām gāzu un cietvielu fizikāli ķīmiskajām īpašībām būtu iespējams aprēķināt adsorbcijas izotermu, neveicot eksperimentālus pētījumus. Tāpēc milzīgs skaits darbu ir veltīts mēģinājumiem aprakstīt eksperimentālās izotermas, izmantojot dažādus teorētiskus vienādojumus, kas atbilst noteiktiem adsorbcijas modeļiem. Ja adsorbcijas izotermas teorētiskais vienādojums labi atveido eksperimentālos datus, tad ir iespējams aprēķināt nezināmas adsorbcijas vērtības dažādos apstākļos (p un T) un noteikt dažādus cietvielu ģeometriskos parametrus. Apskatīsim tikai dažus no visbiežāk sastopamajiem adsorbcijas izotermu teorētiskajiem vienādojumiem.
Dalies ar savu labestību 😉
ADSORBCIJA PĀRTIKAS RAŽOŠANĀ
Viena vai vairāku komponentu absorbcijas procesu no gāzu, tvaiku vai šķidru šķīdumu maisījuma uz cietas vielas - adsorbenta - virsmas sauc par adsorbciju. Adsorbcijas process, tāpat kā absorbcijas process, ir selektīvs, t.i., no maisījuma tiek absorbētas tikai noteiktas sastāvdaļas. Tāpat kā ar absorbciju, absorbētā viela var tikt atbrīvota no adsorbenta, piemēram, karsējot. Šo reģenerācijas procesu - absorbenta atjaunošanos sauc par desorbciju.
Absorbcijas un adsorbcijas procesi pēc izskata ir līdzīgi. Atšķirība starp tām ir tāda, ka vienā gadījumā vielu absorbē viss šķidruma tilpums, bet otrā - tikai cietā absorbētāja virsma - adsorbents.
Pārtikas rūpniecībā adsorbciju izmanto ūdens-spirta maisījumu attīrīšanai spirta rūpniecībā, vīnu, sulu un citu dzērienu attīrīšanai un stabilizēšanai. Biešu cukura ražošanā adsorbcija nodrošina galveno difūzijas sulas attīrīšanu tās piesātināšanas laikā, kā arī cukura sīrupu krāsas maiņu pirms kristalizācijas.
Līdzsvars pēc adsorbcijas
Adsorbenta absorbētās vielas daudzums ir atkarīgs no absorbētās vielas koncentrācijas tvaiku-gāzu maisījumā vai šķīdumā, kā arī no temperatūras, kurā process tiek veikts. Adsorbcijas līdzsvara apstākļi
Līdzsvara līnijas, kas atbilst vienādojumiem (7.75) un (7.76), sauc par sorbcijas izotermām. Sorbcijas izotermas (26. att.) ir attēlotas, pamatojoties uz eksperimentāliem datiem. Sorbcijas izotermas līknes raksturs ir atkarīgs no daudziem faktoriem, tostarp adsorbenta īpatnējā virsmas laukuma, poru tilpuma, poru struktūras un sadalījuma, absorbētās vielas īpašībām un, protams, temperatūras.
Adsorbcijas procesa virzītājspēks ir definēts kā starpība starp absorbētās vielas darba un līdzsvara koncentrāciju tvaiku-gāzes vai šķidruma fāzē.
Nepārtrauktas adsorbcijas procesu darbības līnija atbilst (7.6.) vienādojumam.
Adsorbcijas procesā izdalās siltums, kas izraisa temperatūras paaugstināšanos sistēmā un adsorbenta aktivitātes samazināšanos. Tāpēc, lai uzturētu procesa ātrumu, rūpnieciskie adsorberi nodrošina adsorbenta dzesēšanu.
Adsorbenti
Absorbētās vielas daudzums ir atkarīgs no absorbētāja virsmas laukuma. Tāpēc adsorbentiem ir ārkārtīgi attīstīta virsma, kas tiek panākta, jo cietā vielā veidojas liels skaits poru.
Aktivētā ogle. Šis ir visizplatītākais adsorbents. To iegūst ar koksnes sauso destilāciju, kam seko aktivācija - kalcinēšana aptuveni 900 ° C temperatūrā. 1 g aktīvās ogles kopējā virsma ir 600... 1700 m2. Aktivēto ogli iegūst arī no dzīvnieku kauliem un citiem oglekli saturošiem materiāliem. Aktivētās ogles gabalu izmēri atkarībā no zīmola svārstās no 1 līdz 5 mm. Aktivētā ogle labāk absorbē organiskos tvaikus nekā ūdens tvaiki. Aktīvās ogles trūkumi ir to zemā mehāniskā izturība un uzliesmojamība.
Silikageli. Šo adsorbentu iegūst, dehidrējot silīcijskābes želeju, apstrādājot nātrija silikātu (šķidro stiklu) ar minerālskābēm vai to sāļu skābiem šķīdumiem. Silikagēla granulu izmērs svārstās no 0,2 līdz 7 mm.
1 g silikagela kopējā virsma ir 400...770 m2. Silikageli efektīvi absorbē organisko vielu tvaikus, kā arī mitrumu no gaisa un gāzēm. Tāpēc silikagela granulas dažreiz tiek izmantotas, iesaiņojot ierīces un materiālus, kas ir jutīgi pret mitrumu. Atšķirībā no aktīvās ogles, silikagels ir neuzliesmojošs un tam ir liela mehāniskā izturība.
Ceolīti. Tie ir D. I. Mendeļejeva periodiskās tabulas pirmās un otrās grupas elementu katjonu poraini ūdens aluminosilikāti. Tie ir sastopami dabā un tiek iegūti, veicot karjeru izstrādi. Rūpniecībā biežāk izmanto sintētiskos ceolītus, kuriem ir ļoti viendabīga struktūra, ar poru izmēriem, ko var salīdzināt ar lielu molekulu izmēriem. Tāpēc ceolītiem piemīt mikrofiltrācijas membrānu īpašības.
Ceolītiem ir augsta ūdens absorbcijas spēja, tāpēc tos izmanto gāzu un gaisa ar zemu mitruma saturu dziļai žāvēšanai. Rūpniecisko ceolīta granulu izmērs parasti ir no 2 līdz 5 mm.
Jonīti. Tie ir dabiski un mākslīgi adsorbenti, kuru darbības pamatā ir ķīmiskā mijiedarbība ar attīrāmajiem šķīdumiem. Procesi, kuros izmanto jonu apmaiņus, jāklasificē kā ķīmiskā sorbcija – adsorbcija, ko pavada ķīmiskas reakcijas. Jonu apmaiņas, kas satur skābes aktīvās grupas un apmainās ar kustīgiem anjoniem ar elektrolīta šķīdumu, sauc par anjonu apmainītājiem. Jonu apmainītājus, kas satur galvenās aktīvās grupas un apmainās ar kustīgiem katjoniem, sauc par katjonu apmainītājiem. Ir amorfu jonu apmaiņas aparātu grupa, kas spēj vienlaicīgi veikt anjonu un katjonu apmaiņu. Jonu apmaiņas sveķus visplašāk izmanto rūpniecībā. Tādējādi cukura rafinēšanas rūpnīcās sīrupu atkrāsošanai izmanto jonu apmaiņas sveķus. Sveķus dažos gadījumos izmanto arī ūdens attīrīšanai. Jaunākie sasniegumi jonu apmaiņu sintēzē ļauj cerēt uz to veiksmīgu izmantošanu netradicionālās tehnoloģijās, piemēram, rektificēta spirta ražošanā no jēlspirta.
Smalkos mālus izmanto kā dabiskos adsorbentus pārtikas rūpniecībā, piemēram, vīna dzidrināšanai: bentonītu, diatomītu, kaolīnu. Tam pašam mērķim izmanto zivju līmi (želatīnu) un citas vielas.
Adsorberu aprēķins
Adsorberu aprēķināšanas procedūra ir līdzīga absorbētāju aprēķināšanas procedūrai. Un tikai fiksēta masas pārneses virsma, kuru ir viegli noteikt, ļauj izmantot dažus kinētiskos vienādojumus un precīzāk aprēķināt nepieciešamos aparāta izmērus, neizmantojot koncentrācijas maiņas soļu skaita noteikšanu.
Materiālu līdzsvars. Materiālu bilances vienādojums adsorbcijas procesam atbilst vienādojumam (7.3):
Adsorbcijas procesa kinētika. Vielas absorbcijas procesu adsorbcijas laikā parasti apraksta ar kritēriju vienādojumu sistēmām ar cieto fāzi:
Adsorbcijas laikā izdalītā siltuma daudzums. Īpatnējo adsorbcijas siltumu g (J/mol) parasti nosaka eksperimentāli, un tas ir norādīts dažādu vielu atsauces grāmatās. Ja nav eksperimentālu datu, varat izmantot šādu vienādojumu:
Fizikālā un ķīmiskā adsorbcija
Adsorbcija– vielu absorbcija no šķīdumiem vai gāzēm ar cietas vai šķidruma virsmas slāni. Dzinējspēks Process ir nekompensētu starpatomu mijiedarbības spēku klātbūtne uz virsmas, kuru dēļ tiek piesaistītas adsorbētās vielas - adsorbāta - molekulas. Notiek ne tikai virsmas enerģijas samazināšanās, bet arī dažāda sastāva plēves veidošanās uz virsmas.
Atomiski tīras virsmas termodinamiskais stāvoklis veicina adsorbcijas procesa aktīvu norisi. Ir zināms, ka tīra metāla virsma satur apmēram 105 adsorbcijas pozīcijas uz 1 cm2.
Atšķiriet fizikālo un ķīmisko adsorbciju vielas uz virsmas. Iespējami arī starpposma mijiedarbības veidi saskarnē.
Fiziskā adsorbcija. Adsorbētais slānis ir savienots ar virsmu ar vājām starpatomiskām saitēm, piemēram, ar van der Vālsa spēkiem. Fizikālās adsorbcijas siltums, kā likums, ir mazs un reti pārsniedz vairākus desmitus kJ/mol (apmēram 40 kJ/mol).
Fiziskās adsorbcijas process ir atgriezenisks, neaktivizēts un notiek ļoti ātri, tiklīdz adsorbāta molekulas parādās uz cieta vai šķidra ķermeņa virsmas. Visbiežāk fiziskā adsorbcija ir saistīta ar virsmas mijiedarbību ar gāzes fāzi. Adsorbētās gāzes daudzums samazinās, samazinoties spiedienam un paaugstinoties temperatūrai.
Vienkāršākos monomolekulārās adsorbcijas vienādojumus ierosināja Henrijs un Langmu rums Henrija vienādojums (saukts par Henrija izotermu)
| , | (2.4) |
kur Θ ir adsorbenta viendabīgās virsmas piepildījuma pakāpe ar adsorbāta molekulām, Uz- proporcionalitātes koeficients, kas galvenokārt ir atkarīgs no temperatūras un adsorbenta un adsorbenta mijiedarbības veida, R- spiediens, der pie ļoti zemām Θ pakāpēm adsorbenta viendabīgās virsmas piepildījumam ar adsorbāta molekulām.
Henrija izoterma ir taisna līnija 1 (2.1. attēls, a). Palielinoties spiedienam R adsorbētā monomolekulārā slāņa augšana palēninās. Adsorbāta molekulai ir grūtības piestiprināties pie adsorbenta virsmas vēl neaizņemtās vietas.
2.1. attēls. Adsorbētās vielas daudzuma izmaiņu atkarība no spiediena (A) un temperatūra ( b) (skaidrojumi tekstā)
Izoterma kļūst izliekta 2, un vērtība in tiecas uz vienību (sk. 2.1. attēlu, a). Izliektās izotermas apraksta ar Langmuira vienādojumu
| , | (2.5) |
Kur A– adsorbcijas koeficients, fizikālā nozīmē līdzīgs konstantei Uz vienādojumā (2.5).
Jāatzīmē, ka Langmuir vienādojums ir derīgs tikai monomolekulārai adsorbcijai uz viendabīgas virsmas; tiek ignorēta adsorbātu molekulu savstarpēja piesaistes iespēja un to mobilitāte pa adsorbenta virsmu. Ar turpmāku adsorbāta spiediena palielināšanos tiek aizpildīts otrais, trešais un citi slāņi. Process pārvēršas par polimolekulāro adhēziju.
Cieto adsorbentu virsma parasti ir neviendabīga. Daži apgabali ir labvēlīgi adsorbcijai, citi - otrādi. Palielinoties adsorbāta spiedienam, polimolekulārā adsorbcija notiek vienlaicīgi pa visu virsmu ar dažādu intensitātes pakāpi.
Adsorbcijas procesu gandrīz vienmēr pavada siltuma izdalīšanās, ko sauc par adsorbcijas siltumu.
Adsorbcijas slāņa stiprums ir proporcionāls adsorbcijas siltumam. Pārejot uz polimolekulāro adsorbciju, adsorbcijas siltums tuvojas adsorbāta kondensācijas siltumam.
Temperatūras apstākļiem ir liela ietekme uz fiziskās adsorbcijas procesa gaitu. Molekulu augstā mobilitāte uz virsmas, palielinoties temperatūrai, noved pie iegūtā slāņa desorbcijas. Tālāka temperatūras paaugstināšanās var pārveidot fizisko adsorbciju ķīmiskajā adsorbcijā – ķīmiskajā adsorbcijā, kurai ir spēcīgākas saites.
2.1. attēlā b Dota gāzveida vides adsorbcijas kvalitatīvā atkarība no temperatūras nemainīgā spiedienā. Zemā temperatūrā izobārs 1 raksturo fizisko adsorbciju. Kad tiek sasniegta noteikta temperatūra, ir iespējams pārejas process no fiziskās adsorbcijas uz ķīmisko sorbciju. Adsorbētā viela aug (2. līkne). Kad visa virsma ir piepildīta ar adsorbātu, adsorbētās vielas daudzums atkal sāk samazināties (3. līkne). Adsorbcija 1. reģionā ir atgriezeniska, bet 2. reģionā ir neatgriezeniska. Ja sistēma atdziest, process pāriet no 3. zonas uz 4. zonu.
Vājas starpatomu saites uz virsmas fiziskās adsorbcijas laikā acīmredzot nelielā mērā spēj līdzsvarot virsmas atomu nekompensētās saites. Attiecīgi nevajadzētu gaidīt būtisku brīvās virsmas enerģijas līmeņa pazemināšanos. Sagatavojot izstrādājumu virsmu pārklāšanai, jāņem vērā fiziski adsorbēto vielu (cieto, šķidro un gāzveida) vājās saites.
Ķīmiskā adsorbcija.Ķīmisorbcija ir vielu absorbcijas process no vides ar šķidra vai cieta ķermeņa virsmu, ko papildina ķīmisko savienojumu veidošanās. Ķīmisorbcijas laikā tiek atbrīvots ievērojams siltuma daudzums. Parasti ķīmiskās sorbcijas siltums ir diapazonā no 80 līdz 125 kJ/mol.
Fizikālā un ķīmiskā adsorbcija
Skābekļa mijiedarbība ar metāliem (oksidācija) dod ievērojami lielākas siltuma vērtības, sasniedzot 400 kJ/mol.
Tāpat kā ķīmiskajām reakcijām, ķīmiskai sorbcijai ir nepieciešama ievērojama aktivācijas enerģija. Līdz ar to, paaugstinoties temperatūrai, ķīmiskās sorbcijas process paātrinās. Notiek tā sauktā aktivētā adsorbcija. Ķīmisorbcija ir selektīvs process un ir atkarīgs no absorbenta un adsorbāta ķīmiskās afinitātes, kas kopā ar temperatūru nosaka reakcijas ātrumu. Piemēram, gāzēm mijiedarbojoties ar tīriem metāliem vai metālam līdzīgām virsmām, tiek novērota ārkārtīgi strauja ķīmiskā sorbcija, kas saistīta ar virsmas atomu saišu vājo piesātinājumu. Ķīmisorbcija notiek pie minimālajām aktivācijas enerģijas vērtībām.Ķīmisorbcija uz cietām virsmām ir atkarīga no graudu kristalogrāfiskās orientācijas, dažādu defektu klātbūtnes utt. Ķīmisorbcija sākas visaktīvākajos virsmas apgabalos. Ir vispāratzīts, ka ķīmiskā sorbcija notiek, līdz visa virsma ir pārklāta ar monomolekulāru adsorbāta slāni. Salīdzinot ar fizisko adsorbciju, ķīmiskā sorbcija ir jutīga pret vides spiedienu.
Ķīmiski sorbētu plēvju klātbūtne uz virsmas lielā mērā līdzsvaro virsmas atomu nekompensētās karājošās saites. Šajā gadījumā virsmas enerģija sasniedz minimālās vērtības, kas jāņem vērā, sagatavojot virsmas pārklājumam. Ķīmiski sorbēto virsmas savienojumu (piesārņotāju) noņemšanai ir nepieciešams ievērojams enerģijas patēriņš.
REDZĒT VAIRĀK:
KONTRINDIKĀCIJAS ADSORBENTU LIETOŠANAI
Jebkuri medikamenti jālieto pēc ārsta ieteikuma un ievērojot norādījumus! Galvenā kontrindikācija zarnu adsorbentu lietošanai ir to individuālā nepanesamība. Aktīvās ogles preparātus nav ieteicams lietot kuņģa asiņošanas, kuņģa-zarnu trakta čūlaino bojājumu u.c. gadījumos; Lignīna preparāti – pret ogļhidrātu vielmaiņas traucējumiem, skābo gastrītu, noslieci uz aizcietējumiem. Jāņem vērā, ka, lietojot adsorbentus iekšķīgi, var samazināties citu vienlaikus ar tiem lietoto zāļu efektivitāte. Tāpēc ir svarīgi ievērot intervālu starp adsorbentu un citu zāļu lietošanu.
Sorbcijas attīrīšana
NEOSMEKTIN® – JAUNĀS PAAUDZES ADSORBENTS
Mūsdienu zāles Neosmectin® palīdz novērst dažādas izcelsmes caureju, meteorisms, grēmas, vēdera uzpūšanos un smaguma sajūtu vēderā. Neosmectin® darbojas divos virzienos.
PALĪDZ NOVĒRĒT FAKTORI, KAS IZRAISĪJĀS GREMOŠANAS TRAUCĒJUMIEM
Patogēnā mikroflora, zarnu gāzes un toksīni dažkārt izraisa gremošanas traucējumus. Neosmectin® tās adsorbē, atvieglojot to izvadīšanu no organisma. Tādējādi zāles palīdz novērst nevis simptomus, bet gan pašus faktorus, kas var izraisīt gremošanas problēmas.
aizsargā kuņģa-zarnu trakta gļotādu
Neosmectin® stabilizē kuņģa-zarnu trakta gļotādas barjeru, izveidojot uz tās virsmas aizsargplēvi, kas aizsargā gļotādu no patogēnu bojājumiem un ļauj tai ātrāk atjaunoties.
