Какими свойствами должен обладать адсорбент
Что такое сорбенты
Сорбенты – вещества, которые связывают другие вещества в жидком, твердом и газообразном состоянии. Например, сорбент активированный уголь в составе промышленных фильтров поглощает сероводород, оксиды серы и другие опасные газы.
Способность сорбентов связывать другие вещества сделала их востребованными в разных отраслях промышленности: от металлургии и теплогенерации до медицины и выпуска продуктов питания.
Сорбенты применяются для очистки газов и жидкостей от нежелательных примесей, а также для удаления жидкостей из среды. Например, для очистки сточных вод на производстве и для осушения воздуха на складах или в лабораториях.
Какие бывают сорбенты
Сорбенты классифицируются по принципу действия, форме, происхождению, способности впитывать воду и масло.
Классификация сорбентов по принципу действия
По принципу действия выделяют адсорбенты, абсорбенты и иониты.
Адсорбенты имеют большую площадь поверхности, которая поглощает другие вещества. Самый известный адсорбент – активированный уголь. Площадь поверхности одного грамма этого вещества достигает 1500 м2.
Активированный уголь – самый известный адсорбент
Кроме активированного угля, к адсорбентам относятся оксид алюминия, оксид кремния, цеолиты. Последние стоят особняком, так как обладают свойствами адсорбентов и ионитов одновременно.
Абсорбенты поглощают другие вещества и образуют растворы. Активное вещество растворяется в абсорбенте и остается связанным. Также в процессе абсорбции может происходить химическая реакция, в результате которой трансформируется поглощенное вещество.
К абсорбентам относятся порошкообразная слюда, природный сфагнум и торф, фуллерова земля, песок, глина, вода, масла.
Глина – природный абсорбент
Иониты или ионообменные смолы – синтетические вещества, которые не поглощают другие вещества, но обмениваются с ними ионами. Самая известная сфера применения ионитов — бытовые фильтры воды. В них ионообменные смолы удаляют из водопроводной воды соли тяжелых металлов.
Иониты объединяются в две группы: катиониты и аниониты. Первые обмениваются с активным веществом катионами или положительно заряженными частицами. Именно катиониты удаляют из воды тяжелые металлы. Аниониты обмениваются с веществом отрицательно заряженными частицами. Они способны связывать в воде и в воздухе оксиды серы, оксид фосфора и другие вредные вещества.
В качестве ионитов широко используют природные минералы – цеолиты. Как отмечалось выше, они обладают одновременно большой площадью поверхности и способностью обмениваться ионами с другими веществами. Цеолиты применяются для очистки питьевой воды, воды в аквариумах.
Цеолиты – природные адсорбенты и иониты
Классификация сорбентов по форме
Сорбенты бывают твердыми и жидкими. К твердым относятся упомянутые выше активированный уголь и фуллерова земля. Жидкие – вода, масла, ди- и триэтиленгликоль.
В свою очередь твердые сорбенты бывают гранулированными и волокнистыми. Гранулированные сорбенты представляют собой порошок или гранулы природного или искусственного происхождения. Например, диоксид кремния относится к этой группе сорбентов. Волокнистые сорбенты представляют собой похожую на вату массу из синтетического полимерного волокна. Например, волокнистые сорбенты делают из полипропилена.
Волокнистый сорбент
Волокнистые сорбенты имеют большую площадь поверхности по сравнению с гранулированными. Также их можно использовать повторно. Поэтому волокнистые сорбенты чаще используют для промышленной очистки сточных вод, печных газов, сбора нефтепродуктов и других загрязняющих веществ.
Волокнистые сорбенты поддаются очистке и повторному использованию. Например, губки и коврики для сбора масел и нефтепродуктов можно очистить механическим отжиманием.
Классификация сорбентов по происхождению
Сорбенты бывают природными и синтетическими. К природным сорбентам относится активированный уголь, который получают из древесного угля, ореховой скорлупы и других материалов естественного происхождения.
К синтетическим сорбентам относится диоксид кремния. Его получают при сжигании кремния при температуре выше 400 °C.
Читайте также: Нефтяные сорбенты: виды, применение
Диоксид кремния – действующее вещество медицинских сорбентов
Классификация по способности впитывать воду и масло
Сорбенты бывают гидрофильными и гидрофобными.
Гидрофильные сорбенты связывают воду и растворенные в ней вещества. Их применяют для осушения воздуха, удаления нежелательных веществ из раствора. Пример гидрофильного сорбента – силикагель. Пакетики с этим сорбентом кладут в упаковку товаров для осушения воздуха.
Силикагель осушает воздух
Гидрофобные или олеофильные сорбенты впитывают масла и нефтепродукты, но отталкивают воду. Эти вещества применяют для очистки воды при утечке нефти, мазута и других нефтяных продуктов, в качестве жироулавливателя в бытовых и промышленных фильтрах воздуха.
К гидрофобным сорбентам относятся многие синтетические полимеры. Среди естественных сорбентов гидрофобными или олеофильными свойствами обладает торф.
Сорбент для сбора нефтепродуктов на основе торфа
Где используют сорбенты
Сорбенты широко используют в промышленности, в быту, в медицине.
В промышленности сорбенты используют для очистки сточных вод и газов, ликвидации утечек опасных веществ, индивидуальной защиты работников, очистки сырья. Примеры промышленного применения сорбентов:
- Ликвидация разливов нефтепродуктов на АЗС или нефтеперерабатывающих заводах.
- Опреснение морской воды с помощью ионообменных смол.
- Выпуск средств индивидуальной защиты: респираторов и противогазов.
Примеры применения сорбентов в бытовой сфере:
- Доочистка водопроводной воды.
- Очистка воздуха от жира в бытовых кухонных системах вентиляции.
- Осушение воздуха в платяных шкафах или в кладовках.
В медицине сорбенты применяются в качестве лекарственных средств для внутреннего и наружного применения.
Пример внутреннего использования сорбентов: применение активированного угля для лечения отравлений. Наружно применяют препараты на основе диоксида кремния для лечения гнойных ран.
Источник
Мы, как производители промышленного воздухоочистного оборудования, очень часто сталкиваемся с терминами «абсорбент» и «адсорбент» и замечаем, что огромное количество людей продолжает путаться в этих понятиях. Давайте это исправим – раз и навсегда!
В чем же разница между абсорбентом и адсорбентом? А разница большая, чтобы Вам было понятнее, – такая же, как, например, между газированной водой и вкусным, рассыпчатым рисом.
Интересно? Сейчас все объясним. Но для начала давайте разберемся, что такое абсорбция и адсорбция, и при чем тут газировка и вареный рис.
Виды сорбции
Сорбция (или, проще говоря, поглощение одних веществ другими) – протекает в нашей жизни практически безостановочно. Результат сорбции – это и насыщение крови кислородом при дыхании, и всасывание полезных пищевых нутриентов в кишечнике, и напитывание рубашки сигаретным дымом в курилке (курить вредно!), и очистка воздуха в противогазе, и улавливание топливных паров в автомобиле, и пузырьки углекислого газа в стакане газировки, пузырьки в стакане газированной воды.
Активированный уголь (адсорбент) и вода (абсорбент)
Впрочем, не все так просто, и сорбцию обычно делят на 2 важных типа:
- Адсорбция (поверхностная сорбция) – захват ультрамикродисперсных частиц в поверхностном слое вещества;
- Абсорбция – поглощение, присоединение, растворение вещества во всем объеме другого, (как правило, жидкого) раствора.
Адсорбенты и адсорбенты
Теперь, когда мы знаем, что такое ад- и абсорбция, ответ на поставленный вопрос очевиден:
- Адсорбенты– это твердые вещества, (обычно в виде гранул, таблеток, пеллет или крошки), структура которых такова, что они хорошо задерживают на своей поверхности другие вещества, особенно – газы и микродисперсные туманы, аэрозоли.
- Абсорбенты – это жидкие растворы, способные присоединять, впитывать, растворять в себе другие вещества.
Когда говорят об абсорбции в разрезе газоочистки или мокрого пылеулавливания, часто имеют в виду не только растворение газов или жидких сред, но и микродисперсных пылевых частиц.
Адсорбционный захват
Вернемся к рубашке, пропахшей сигаретным дымом. Вы когда-нибудь задумывались, почему она пропитывается запахом?
Если взглянуть на проходящие процессы под микроскопом, то мы увидим, как мельчайшие молекулы дымовых компонентов, фактически, застревают в микроволокнах текстиля (и потом воняют оттуда). Интуитивно понятно, что чем вещество более «воздушное», «пористое», тем сильнее оно впитывает запах дыма (а также других неприятных и, – кстати, приятных тоже – запахов).
Объяснение феномена адсорбции
Это и есть адсорбция (физиосорбция) – физический захват одного вещества на поверхности другого. Люди, даже не понимая всех тонкостей взаимодействия, взяли этот принцип на вооружение очень-очень давно. Сегодня адсорбенты используются и для фильтрации воздуха от опасных паров, дыма и запахов, и для очистки воды: осветления, обессеривания (не смейтесь), обезжелезивания.
Активированный уголь под микроскопом – видны поры различных размеров. Рис, кстати, выглядит под микроскопом почти так же.
Среди наиболее распространенных адсорбентов, конечно же, активированный уголь, который используется как в медицине, так и в качестве дополнительной прослойки в респираторах, как в бытовых водных фильтрах-кувшинах, так и в промышленных угольных фильтрах – для улавливания опасных газов и микроаэрозолей.
Кстати, самый обычный рис, (в силу его высокой микропористости и сорбционной емкости), рекомендуется многими докторами как хорошая диета для нейтрализации токсинов при расстройствах пищеварения. Активированный уголь, конечно, лучше, но и рис работает.
Широко известен и силикагель, который хорошо впитывает влагу, – он тоже используется в промышленности и в быту.
Впрочем, это далеко не все – часто для проведения адсорбционных процедур используются и другие материалы: природные или синтетические цеолиты (алюмосиликаты), полимерные насыпки с металлическим напылением, микропористые или сплошные пластины на основе серебра, платины, золота, палладия.
Следует добавить, что адсорбционный захват может проходить не только на физическом базисе, но и на химическом, – то есть, частицы не просто застревают в микропорах, но и начинают химически реагировать с материалом адсорбента.
Пожалуйста, не стесняйтесь перейти на наш сайт и подробно ознакомиться с разницей между адсорбцией и хемосорбцией, их подтипами, с видами адсорбентов, а также с особенностями работы адсорбционных фильтров.
Абсорбционный захват
С абсорбцией все проще. Как мы уже сказали, абсорбция – это поглощение, растворение одного вещества в другом – например, углекислого газа в минеральной воде (или дымовых газов – в щелочном абсорбенте промышленного скруббера или абсорбера). Учтите, что это не простое перемешивание, а именно растворение, (которое почти всегда обратимо).
Фактически, абсорбентом может выступать любая жидкость, даже самая обычная вода.
Наверняка Вы не знали: даже самая обычная H2O способна растворять в себе гигантские объемы некоторых опасных и едких газов: хлороводород, бромоводород, метиламин, аммиак.
Промышленный абсорбционный аппарат для улавливания газовых и дымовых выбросов – скруббер Вентури
Так, аммиак растворяется в воде комнатной температуры в соотношении 700:1, и при охлаждении абсорбента способность к поглощению увеличивается.
Примером повышения растворимости газов в жидкости при охлаждении может выступить шампанское. Именно поэтому мы открываем его холодным, иначе пробку удержать будет сложно – из-за увеличения объема растворенных газов.
Разумеется, в роли абсорбента может выступать и химически активный раствор, имеющий такие показатели, которые позволят с максимальной эффективностью задерживать и нейтрализовывать нежелательные составляющие газопотока.
Для кислых и коррозионных газов (сероводород, окислы серы, оксиды азота, хлористый водород, угарный газ) могут использоваться щелочные абсорбенты, для щелочных соединений – наоборот, подкисленные растворы, могут применяться и кальциевые, калиевые, марганцевые, бромистые и множество других растворов – в зависимости от качественных и количественных требований к эффективности процедур газоочистки.
Что ж, надеемся, что теперь вопросов по поводу того, в чем отличие абсорбента от адсорбента больше не возникнет. Отпразднуем это тарелкой риса и стаканом чая – одновременно приняв внутрь адсорбент и абсорбент!
Будьте умны и образованны! С Вами был «ПЗГО» – Приволжский завод газоочистного оборудования.
ООО «ПЗГО» – дышите легко!
Источник
Министерство образования и науки Украины
Реферат
по теме
«Изучение основных свойств адсорбентов»
Выполнила:
Дата ________ роспись________
Проверил :
Дата ________ роспись_________
Донецк 2008 г.
Содержание
1. Введение
2. Роль адсорбентов в хроматографии
3. Основные свойства адсорбентов
4. Классификация адсорбентов
5. Селективность адсорбентов
6. Геометрическая структура адсорбентов
7. Природа адсорбента
8. Силикагель и его адсорбционная активность
9. Недостатки цеолитов как адсорбентов
10. Модифицирование адсорбентов
11. Список используемой литературы
1. Введение
Процесс изучения адсорбентов в области химии с применением опытов и рассмотрением различных теорий о них проходит давно. Ученные химики рассматривают их структуру и свойства. Данная информация сможет помочь разобраться с химическими процессами и связанными с адсорбентами в хроматографии. Но для начала хотелось бы кратко описать сущность понятия адсорбент. Адсорбция (от лат. ad-на, при и sorbeo-поглощаю) – это концентрирование различных веществ на поверхности раздела двух систем (твердое вещество жидкость, твердое вещество газ, жидкость газ, жидкость жидкость). Вещество, которое удерживает на своей поверхности частицы, посредством создания адсорбционного силового поля за счёт нескомпенсированности межмолекулярных сил вблизи этой поверхности, называется адсорбентом. Вещества, которые адсорбируются, являются адсорбатами. Адсорбция может сопровождаться химической реакцией между адсорбентом и адсорбатом. Такой процесс называется хемосорбцией. Процесс, обратный адсорбции, называют десорбцией.
Именно благодаря адсорбции могут служить катализаторами твердые вещества.
Природа адсорбирующих сил может быть весьма различной. Если это вандер-ваальсовы силы, то адсорбцию называют физической, если валентные (т.е. адсорбция сопровождается образованием поверхностных химических соединений), – химической, или хемосорбцией. Отличительные черты хемосорбции – необратимость, высокие тепловые эффекты (сотни кДж/моль), активированный характер. Между физической и химической адсорбцией существует множество промежуточных случаев (например, адсорбция, обусловленная образованием водородных связей). Возможны также различные типы физической адсорбции наиболее универсально проявление дисперсионных межмолекулярных сил притяжения, т. к. они приблизительно постоянны для адсорбентов с поверхностью любой химической природы (так называемая неспецифическая адсорбция). Физическая адсорбция может быть вызвана электростатическими силами (взаимодействие между ионами, диполями или квадруполями). Значительную роль при адсорбции играет также геометрия поверхности раздела: в случае плоской поверхности говорят об адсорбции на открытой поверхности, в случае слабо или сильно искривленной поверхности – об адсорбции в порах адсорбента. Адсорбционные свойства адсорбентов зависят от химического состава и физического состояния поверхности, от характера пористости и удельной поверхности.
2. Роль адсорбентов в хроматографии
Если в газо-жидкостной хроматографии адсорбционная способность твердой фазы является, как правило, вредным фактором, то в газо-адсорбционной хроматографии она представляет собой основное свойство сорбента, обеспечивающее разделение компонентов анализируемой смеси. Выше уже рассматривались преимущества и недостатки газо-адсорбционной хроматографии. Использование твердого адсорбента, обладающего обычно большей, чем неподвижная жидкость, сорбционной емкостью, позволяет разделять низкокипящие вещества при комнатной и даже повышенной температуре. Кроме того, используя вытеснительный метод анализа, можно добиться сужения полос микропримесей сильно сорбирующихся веществ и тем самым повысить чувствительность метода. Наконец, устойчивость адсорбента при высокой температуре позволяет, во-первых, анализировать высококипящие соединения и, во-вторых, работать с высокочувствительными детекторами, не опасаясь понижения их чувствительности вследствие летучести неподвижной жидкости.
3. Основные свойства адсорбентов
Адсорбент должен обладать следующими основными свойствами:
необходимой селективностью;
отсутствием каталитической активности и химической инертностью к компонентам разделяемой смеси;
достаточной механической прочностью;
линейностью изотермы адсорбции;
быть доступным.
Некоторые адсорбенты способны необратимо сорбировать непредельные соединения, например оксид алюминия может поглощать изобутилен. Кроме того, некоторые олефины (пропилен и бутилены) могут полимеризоваться на силикагеле. Указанные явления вызывают необходимость в соответствующем модифицировании адсорбентов, что позволяет иногда также «выпрямить» изотерму сорбции.
4. Классификация адсорбентов
В соответствии с классификацией Киселева адсорбенты делят на три типа:
неспецифические, на поверхности которых нет каких-либо функциональных групп и ионов (угли, графитированная сажа, неполярные пористые полимеры);
имеющие на поверхности положительные заряды (на гидроксилированной поверхности силикагеля, на катионах молекулярных сит, на катионах солей);
имеющие на поверхности связи или группы атомов с сосредоточенной электронной плотностью. Адсорбентами последнего типа являются некоторые полярные пористые полимеры, например содержащие нитрильные группы, привитые сорбенты и т. д.
Основными факторами, определяющими взаимодействие между разделяемым веществом и адсорбентом, являются дисперсионные силы (проявляющиеся при разделении, например, на колонке с углем), водородная связь (возникающая при разделении на силикагеле или оксиде алюминия), а также другие типы полярных взаимодействий.(Поэтому те зависимости сорбционных характеристик, который были детально рассмотрены в ракеле, посвященном неподвижным жидкостям, в большинстве случаев справедливы и для разделения на колонке с адсорбентами. Правда, следует иметь в виду, что если изотерма адсорбции существенно нелинейная, то удерживаемый объем зависит от концентрации компонента.
5. Селективность адсорбентов
Селективность адсорбентов, как и селективность неподвижных жидкостей, может оцениваться с помощью условной хроматографической полярности, а также факторов полярности Роршнайдера Мак-Рейнольдса. Это обеспечивает более широкий подход к оценке возможностей хроматографических сорбентов при подборе условий разделения анализируемых смесей.
Основной причиной размытия зон хорошо адсорбирующихся веществ при обычных скоростях газа-носителя является внешняя диффузия (лишь при адсорбции на цеолитах молекулярных ситах внутреннедиффузионная массопередача является более медленной стадией, так как поры адсорбента достаточно узки). Таким образом, расширение пор (и достижение их однородности) эффективный способ увеличения четкости и сокращения продолжительности разделения. Из уравнений и следует, что в тех случаях, когда член С2 достаточно велик, степень разделения на колонке заданной длины зависит лишь от коэффициента селективности колонки и не изменяется при переходе от одного члена гомологического ряда к другому (при этом предполагается, что Г’^>1). При заданной продолжительности разделения
R2lt~Kc4r’+y/[r0(ry]
и критерий R уменьшается с увеличением сорбируемости при постоянном коэффициенте селективности колонки. Таким образом, в газоадсорбционной проявительной хроматографии нецелесообразно использовать очень сильные сорбенты.
6. Геометрическая структура адсорбентов
По геометрической структуре адсорбенты делят на 4 типа.
Непористые адсорбенты графитированная сажа, аэросил (мелкодисперсный диоксид кремния), кристаллы солей. Такие адсорбенты либо наносят на твердые носители, либо из них формируют гранулы. Удельная поверхность адсорбентов этого типа колеблется от сотых долей до сотен м2/г;
Однородно-макропористые адсорбенты. Получают, например, обработкой силикагеля водяным паром при 700800°С (гидротермальная обработка). При этом удельная поверхность уменьшается до 2550 м2/г и получаются широкие поры порядка сотен нм;
Однородно-тонкопористые адсорбенты молекулярные сита (цеолиты), так называемые углеродные молекулы сита (высокопористый углерод с поверхностью порядка тысячи м2/г);
Неоднородно-пористые адсорбенты, в частности силикагель, содержащие как широкие, так и узкие поры. Естественно, что они не могут быть успешно использованы в хроматографии без соответствующего модифицирования.
7. Природа адсорбента
Активные угли имеют поверхность 10001700 м2/г, поэтому силы взаимодействия их с молекулами разделяемых веществ очень велики, что ограничивает область применения этих адсорбентов анализом легких газов. Поскольку угли неполярны, удерживание оксида углерода меньше, чем метана, а этилена меньше, чем этана.
Углеродные молекулярные сита, получаемые путем термодеструкции органических полимеров, в частности поливиннлиденхлорида, особенно четко проявляют свойства угольных адсорбентов.
На колонке с этими адсорбентами вода элюируется раньше метана, ацетилен раньше этилена и этана. Разделение легких газов (кислорода, азота, оксида углерода, метана и д
Источник