ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
ПРОМЫШЛЕННЫХ АДСОРБЕНТОВ
Адсорбцией
называют процесс концентрирования веществ на поверхности раздела фаз или в объеме пор твердого тела. В
процессе адсорбции участвуют как минимум два агента: тело, на поверхности или в объеме пор которого происходит концентри-
рование поглощаемого вещества (его называют
адсорбентом
), и поглощаемое вещество (
адсорбтив
)
.
По типу сил, обусловливающих процесс адсорбции, различают
физическую адсорбцию
и сорбцию, основанную на си-
лах химического взаимодействия, или
хемосорбцию
. Физическая абсорбция вызывается силами молекулярного взаимодей-
ствия. В отличие от физической адсорбции при хемосорбции не сохраняется индивидуальность адсорбтива и адсорбента.
При сближении молекул адсорбтива с поверхностью происходит перераспределение электронов взаимодействующих ком-
понентов с образованием химической связи. Если физическую адсорбцию можно сравнить с конденсацией, то хемосорбци-
онный процесс должен рассматриваться как химическая реакция, протекающая на поверхности раздела фаз.
Адсорбция является процессом самопроизвольным и экзотермическим. Физическую и химическую адсорбцию можно
различить по теплоте адсорбции. Теплота физической адсорбции соизмерима с теплотой конденсации веществ и не превы-
шает 80…120 кДж/моль. Теплота хемосорбции достигает нескольких сотен килоджоулей на моль. Хемосорбция, как прави-
ло, протекает с невысокой скоростью. Она может происходить при высоких температурах, когда скорость физической ад-
сорбции пренебрежимо мала.
Твердые адсорбенты имеют поры разного размера:
микро-, мезо- и макропоры
. Микропоры имеют размеры, соизмери-
мые с адсорбируемыми молекулами. По данным рентгеновского метода их эффективные радиусы преимущественно нахо-
дятся в интервале 0,5…1,0 нм. В качестве верхней границы размера микропор принимают радиус 1,5 нм. Суммарный объем
микропор промышленных адсорбентов обычно не превышает 0,5 см
3
/г.
Адсорбция в микропорах сводится к заполнению пространства микропор адсорбируемыми молекулами. Основным па-
раметром пористой структуры является объем микропор (например, для единицы массы адсорбента) и обобщенная характе-
ристика их размеров. Понятие «удельная поверхность» для микропор не имеет геометрического смысла и ее определение по
принятым уравнениям сводится к нахождению формальной константы этих уравнений.
Эффективные радиусы мезопор лежат в интервале от 1,5 до 100…200 нм и во много раз превышают размеры адсорби-
руемых молекул. Для этого случая приобретает физический смысл понятие о поверхности раздела фаз, т.е. о поверхности
пор адсорбента. Обычно поверхность адсорбента относят к единице его массы и называю
удельной поверхностью
. Основ-
ными параметрами мезопор являются удельная поверхность, объем пор и функция распределения объема пор по размерам.
Для мезопор действие адсорбционных сил проявляется не во всем объеме пор, а практически только на небольшом расстоя-
нии от стенок. Поэтому на поверхности пор происходит мономолекулярная и полимолекулярная адсорбция паров, т.е. обра-
зование последовательных адсорбционных слоев, завершающееся заполнением этой разновидности пор по механизму ка-
пиллярной конденсации. Удельные поверхности мезопор могут заключаться в интервале 10…400 м
2
/г. Мезопоры являются
главными транспортными артериями, по которым осуществляется подвод вещества к микропорам.
Самые крупные поры адсорбентов – макропоры имеют эффективные радиусы больше 100…200 нм. Их удельная по-
верхность очень мала – 0,5…2 м
2
/г, вследствие чего адсорбцией на поверхности пор этого типа практически можно пренеб-
речь. Объем макропор у активных углей составляет 0,2…0,8 см
3
/г. Макропоры играют роль крупных транспортных артерий
в зернах адсорбентов.
Все адсорбенты в соответствии с преобладающим размером пор можно подразделить на три предельных структурных
класса: макропористые, мезопористые и микропористые.
При равновесии для выбранной системы адсорбент–адсорбтив количество
a
поглощенного газа или пара является
функцией давления
p
поглощаемого вещества и температуры
T
:
),( Tpfa =
. При описании адсорбционного равновесия
количество поглощенного вещества (
адсорбционную способность, величину адсорбции, адсорбируемость
) выражают обыч-
но в молях на 1 г адсорбента, граммах на 100 г чистого адсорбента, а иногда в граммах на 1 см
3
адсорбента. В качестве ха-
рактеристики адсорбционных свойств твердых тел используют зависимость адсорбционной способности от давления при
постоянной температуре –
изотерму сорбции
:
constпри)( == Tpfa
.
Первым фундаментальным уравнением изотермы адсорбции было уравнение Ленгмюра. Процесс адсорбции Ленгмюр
представлял как результат динамического взаимодействия молекул адсорбтива с активными центрами на поверхности ад-
сорбента:
комплекс
ныйАдсорбционцентрАктивныйгазаМолекула
⇔
+
.
В соответствии с кинетической теорией газов в единицу времени о поверхность, равную единице, ударяется
µ
молекул,
причем
2/1
)2/( mKTp π=µ
,
где
−
p
давление;
−
m
масса молекулы;
−
K
постоянная Больцмана;
−
T
абсолютная температура.
Из числа ударяющихся молекул только часть фиксируется на поверхности, остальные упруго отражаются в газовую фа-
зу. Доля неупругих столкновений от общего числа столкновений молекул газа с поверхностью была названа коэффициентом
конденсации
0
α
. Необходимо учитывать, что в процессе адсорбции часть поверхности
S
уже покрыта молекулами адсорба-
та и, следовательно, активной является лишь вторая, свободная часть.
Тогда скорость адсорбции, отнесенная к единице поверхности, равна
µ−α= )1(
0
SW
А
.
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 87
- 88
- 89
- 90
- 91
- …
- следующая ›
- последняя »
