Адсорбционная способность пористых тел

Одна из важнейших характеристик адсорбентов – адсорбционная активность. Различают статическую и динамическую адсорбционную активности.

Статическая адсорбционная активность при данной температуре и концентрации адсорбтива определяется количеством адсорбата, поглощенного единицей массы адсорбента при установлении равновесия.

На практике большое значение имеет динамическая адсорбция, когда адсорбтив или его раствор пропускается через слой адсорбента.

Динамическая адсорбционная активность характеризуется длительностью пропускания адсорбтива через слой адсорбента до момента обнаружения его первых следов газа за слоем адсорбента.

Эта величина зависит как от статической активности адсорбента, так и от других факторов, а именно от соотношения между толщиной и площадью слоя адсорбента, диаметра зерен, концентрации адсорбтива и скорости его протекания. Поэтому динамическую адсорбционную способность для газов можно характеризовать только временем, протекающим до проскока газа через слой адсорбента при данных условиях процесса.

Адсорбционную активность а_а адсорбентов по отношению к жидкостям часто характеризуют количеством бензола (или другой неполярной жидкости, например, толуола), адсорбированного из раствора н-гептана до момента проскока 100 г адсорбента. Адсорбционную активность рассчитывают по уравнению:

(1.28)

где а_а - адсорбционная активность 100 г адсорбента, выраженная в граммах бензола (или толуола); V_г – объем чистого гептана, полученного при хроматографировании раствора бензола (или толуола) в гептане до появления его за слоем сорбента; с – концентрация бензола в исходном растворе (в %); ρ - плотность бензола (или толуола); m – масса адсорбента.

Наиболее широкое использование в качестве поглотителей, осушителей, катализаторов или носителей каталитически активных веществ получили такие высокодисперсные пористые адсорбенты как древесный уголь, животный (костный) уголь, силикагель, различные природные силикаты, алюмогель и алюмосиликагель.

Обычный уголь (уголь-сырец) имеет сравнительно небольшую адсорбционную способность, так как его поверхность сравнительно невелика и поры в значительной степени заполнены смолами и продуктами неполного сгорания, образующимися при получении угля. Активирование угля заключается в термической обработке, в результате которой его удельная поверхность увеличивается, при этом продукты неполного сгорания частично сгорают, частично улетучиваются. Термическую обработку угля, во избежание больших потерь в результате сгорания, проводят в атмосфере водяного пара или диоксидом углерода (при 750 – 950 0С). Содержащиеся в угле органические вещества, а частично и сам уголь реагируют с водяным паром или диоксидом углерода с образованием CO и H2. Поскольку эти процессы эндотермичные, активирование в атмосфере водяного пара иди диоксида углерода легко остановить в тот момент, когда сгорят ненужные органические вещества и не будет затронута основная часть угля. Изменение структуры угля при активировании показано на рисунке 2.

Рис. 2. Постепенное изменение структуры угля при его активировании (области, занятые смолами и продуктами неполного сгорания, на рисунке заштрихованы).

Удельная активность активированного угля обычно колеблется от 300 до 1000 м²/г, а диаметр пор – от 3 до 9 нм.

Другим адсорбентом, часто применяемым в практике, является силикагель. Силикагель – это высушенный гель кремневой кислоты пористого строения с сильно развитой внутренней поверхностью. Силикагель обычно получают, вводя раствор силиката натрия при сильном перемешивании в 5-10% раствор соляной кислоты. Образовавшийся пористый силикагель измельчают и промывают водой. Затем кусочки силикагеля высушивают при температуре около 500 ⁰С, дробят до нужных

размеров и для удаления пыли отсеивают. Удельная поверхность приготовленного таким образом силикагеля составляет 400 500 м²/г. Поры силикагеля несколько шире, чем у активированного угля и более однородны по размерам.

Интерес к силикагелю связан с тем, что в нем сочетается ряд ценных качеств: высокая адсорбционная активность, избиральность адсорбционного действия, возможность многократной регенерации без потери адсорбционной способности, относительная прочность зерен, термостойкость.