А.2 Виды адсорбентов и их характеристики

В качестве адсорбентов применяются пористые твердые вещества с большой удельной поверхностью, обычно относимой к единице массы вещества. Адсорбенты имеют различные по диаметру капиллярные каналы - поры, которые условно могут быть разделены на макропоры (более 2·10^{-4 мм), переходные поры (6}·10^-6 - 2·10^{-4 мм), микропоры (2}·10^-6 - 6·10^{-6 мм). Характер процесса адсорбции определяется размером пор.}

Удельная поверхность макропор относительно мала, поэтому на их поверхности (стенках) адсорбируется небольшое количество вещества. Макропоры играют, в основном, роль транспортных каналов для адсорбируемых молекул газа.

На поверхности переходных пор, размеры которых значительно больше размеров адсорбируемых молекул, в процессе адсорбции образуются слои поглощенного вещества. Возможно образование слоев толщиной в одну молекулу (мономолекулярная адсорбция) и в несколько молекул (полимолекулярная адсорбция).

Размеры микропор приближаются к размерам адсорбируемых молекул, и адсорбция в микропорах приводит к заполнению их объема. Вследствие этого говорить об образовании слоев поглощенного вещества на поверхности микропор не имеет смысла. Обычно микропоры пересекаются макро - и переходными порами, что сокращает путь, проходимый адсорбируемыми молекулами, и приводит к ускорению адсорбции.

Адсорбенты характеризуются своей поглотительной или адсорбционной способностью, определяемой концентрацией поглощенного вещества в единице массы или объема адсорбента.

Поглотительная способность адсорбента по отношению к данному веществу зависит от температуры и давления, при которых производится адсорбция, а также от концентрации поглощаемого вещества. Максимально возможная при данных условиях поглотительная способность адсорбента называется его равновесной активностью.

В промышленности в качестве адсорбентов применяются главным образом активные угли и минеральные адсорбенты (силикагель, цеолиты и др.), а также синтетические ионообменные смолы (иониты).

Активные угли. Высокопористые активные угли получают путем сухой перегонки различных углесодержащих веществ (дерево, костей и др.) и активирования полученных углей для повышения их пористости. Удельная поверхность активных углей колеблется от 600 до 1700 м²/г. Размер гранул некоторых стандартных марок активных углей для адсорбции газов составляет 1-5 мм (уголь БАУ) и 1,5 – 2,7 мм (уголь СКТ). Насыпная плотность углей этих марок равна 260 и 420 кг/м³ соответственно. Применение углей того или иного вида зависит от разновидности процесса адсорбции, в котором они используются (поглощение газов, рекуперация летучих растворителей и т.д.). Недостатком активных углей является их горючесть; в воздухе они возгораются при температуре около 300 С°.

Силикагели. Это минеральный адсорбент, представляющий собой гидратированный гель кремневой кислоты (SiO₂х n H₂O), получаемый действием серной кислоты или растворов солей, имеющих кислую реакцию, на раствор силиката натрия. Выделяющийся гель после промывки водой сушат до конечной влажности 5-7%, при которой достигается наибольшая адсорбционная способность. Силикагель отличается однородностью и равномерным распределением пор, средние диаметры которых лежат в пределах от 1,5 до 5×10^{-6 мм. Удельная поверхность силикагеля изменяется от 400 до 770 м2}/г. Размер гранул колеблется от 0,2 до 7 мм, насыпная плотность составляет 400 - 800 кг/м³.

Силикагели применяются главным образом для осушки газов. Поглотительная способность силикагелей по отношению к парам органических веществ сильно снижается в присутствии влаги. Достоинством силикагелей является их негорючесть и большая механическая прочность, чем у активных углей.

Цеолиты. Эти адсорбенты являются природными или синтетическими минералами (алюмосиликаты щелочных металлов). В качестве промышленных адсорбентов применяются главным образом синтетические цеолиты, обладающие весьма однородной структурой пор, размеры которых соизмеримы с размерами адсорбируемых молекул. Эти цеолиты проявляют молекулярно-ситовое действие, которое заключается в их способности не поглощать молекулы,

диаметр которых больше диаметра пор.

Цеолиты отличаются высокой поглотительной способностью по отношению к воде и их часто используют для глубокой осушки газов, содержащих небольшие количества влаги. Размеры гранул цеолитов составляют от 2 до 5 мм.