Лако-красочные материалы — производство

В отличие от адсорбции на телах с ровной поверхностью ад­сорбция на пористых телах существенно зависит от структуры пористого тела, от его пористости и размера пор. Как уже от­мечалось, положительная адсорбция на пористых телах воз­можна при наличии достаточного сродства между адсорбентом и адсорбатом для обеспечения смачивания.

При малых давлениях закономерности адсорбции в макро­пористых и переходнопористых адсорбентах, как и для адсорб­ции на ровной поверхности, определяются, главным образом, лниродой взаимодействующих компонентов (адсорбента и ад­сорбата). Чтобы увеличить адсорбцию, подбирают адсорбенты, полученные из веществ, имеющих большее сродство к данному адсорбату. Микропористая структура обеспечивает резкое уве­личение адсорбционного потенциала вследствие перекрытия поверхностных сил. Поэтому для увеличения адсорбционной способности адсорбентов при малых давлениях изменяют их структуру, превращая их в микропористые тела. Показатель­ным примером является активирование углей; можно получать активные угли с широким спектром размеров пор.

Тип. іица fill. Адсорбция га:юв на древесном угле

С увеличением давления газа и пара начинают действовать капиллярные силы в переходных порах. В связи с этим адсорб­ционный потенциал возрастает по сравнению с потенциалом при адсорбции на ровной поверхности (или в макропорах) и конденсация происходит при меньших давлениях. Чем меньше размер пор, тем при более низких давлениях они заполняются.

Избирательность адсорбции определяется прежде всего при­родой подлежащих разделению газов и паров. При малых дав­лениях решающим фактором, определяющим избирательность, является сродство к поверхности адсорбента. Чем больше раз­личие в сродстве адсорбируемых газов к поверхности адсор­бента, тем легче разделить газовую смесь. Для микропористых адсорбентов дополнительную роль играет молекулярно-ситовой эффект. При наступлении конденсации в переходных порах с увеличением давления или понижением температуры основное влияние на разделение начинает оказывать природа газов и, конечно, их способность к конденсации. Чем меньше давление, при котором газ начинает конденсироваться, тем он лучше бу­дет адсорбироваться на пористом адсорбенте. Эта закономер­ность иллюстрируется данными по адсорбции газов на древес­ном угле, приведенными в табл. I1I.1.

Как видно из данных табл. III.1, закономерности адсорбции па древесном угле определяются, главным образом, межмоле — кулярпыми взаимодействиями веществ в конденсированном со­стоянии (силами когезии). С ростом когезионных сил увеличи­ваются поверхностное натяжение, температура кипения, крити­ческая температура, что отражает представленное в табл. III.1 увеличение адсорбции в этом направлении. Лучшее соответст­вие должно наблюдаться при сравнении величины адсорбции с произведением поверхностного натяжения на мольный объем адсорбата в жидком состоянии, как это следует из уравнения Кельвина. Макропоры имеют малую поверхность и поэтому до­ля адсорбированного в них вещества небольшая. Основная роль
макропор в адсорбентах заключается в обеспечении транспор­та молекул адсорбата к переходным порам и микропорам.

Пористость и дисперсность определяют удельную поверх­ность адсорбентов, с увеличением которой растет количество извлекаемого вещества, приходящегося иа единицу массы (или объема) адсорбента — емкость адсорбента. При одной и той же массе адсорбента с ростом удельной поверхности уменьша­ется равновесная концентрация в объеме раствора [см. урав­нение (III. И)]. Удельная поверхность выступает в роли тер­модинамического параметра дополнительно к давлению и тем­пературе. Эффект увеличения удельной поверхности проявля­ется, например, при извлечении поверхностно-активных ве­ществ с помощью эмульгирования или пенообразования. При введении эмульгаторов или пенообразователей резко возраста­ет межфазная поверхность (дисперсность) и соответственно увеличивается количество извлекаемого ПАВ из объемной фа­зы. Механическим способом снимают всплывающую пену, а с ней и извлекаемое ПАВ.

Структура пористого тела в значительной степени может влиять на кинетику адсорбции. При адсорбции на пористых телах появляется стадия переноса вещества внутри пор, для которой характерен, главным образом, диффузионный меха­низм. Часто эта стадия определяет время установлення адсорб­ционного равновесия.

Адсорбция газов и паров широко применяется для извлече­ния отдельных компонентов из газовых смесей и для полного разделения смесей. Н. Д. Зелинский впервые предложил ис­пользовать активные угли для поглощения отравляющих га­зов. Активные угли применяют для рекуперации растворите­лей: ацетона, бензола, ксилола, сероуглерода, хлороформа и других, выбросы которых промышленными предприятиями оце­ниваются в сотни тысяч тонн. Даже при малых концентрациях их в отходящих газах (несколько грамм в 1 м3) степень из­влечения путем адсорбции на активных углях может достигать до 95—99%. Большое количество диоксида серы выбрасывает­ся в атмосферу промышленными предприятиями разных стран мира: тепловыми электростанциями, предприятиями черной и цветной металлургии, химической и нефтеперерабатывающей промышленности и др. Для улавливания диоксида серы при­меняют адсорбционные установки, заполненные активными уг­лями и цеолитами. Адсорбционный метод используют также для очистки воздуха от сероуглерода, сероводорода и других агрессивных вредных газов.

Улавливание различных промышленных выбросов не только имеет технико-экономическое значение, но и обусловливает со­здание необходимых санитарных условий жизни и работы че­ловека, обеспечивает охрану окружающей среды.

17,4

Адсорбция широко применяется для осушки газов в раз­личных целях: для повышения теплотворной способности при­родного газа, предотвращения образования ледяных «пробок» в трубопроводах, обеспечения сухой атмосферы в производст­вах и т. д. Для осушки газов чаще всего применяют силикаге­ли, алюмогели и цеолиты. Благодаря высокой избирательности цеолитов, обусловленной как молекулярно-ситовым эффектом, так и специфическим сродством к полярным, ароматическим и непредельным соединениям, они используются в промышленно­сти также для разделения газовых смесей: этан — этилен, пропан — пропилен, этилен — диоксид углерода, ароматические углеводороды — нормальные парафины, бензол — циклогексан и др.

Адсорбция газов и паров обусловливает и сопровождает многие промышленные и природные процессы. Так, адсорбция компонентов является важнейшей стадией любой гетерогенной реакции, протекающей например, в системе газ — твердое те­ло, так как твердая фаза может обмениваться веществом толь­ко с. адсорбированным слоем. Огромную роль адсорбция игра­ет в гетерогенном катализе, когда на поверхности катализато­ра происходит концентрирование компонентов, определенное ориентирование их молекул, поляризация или вообще переход в наиболее активное состояние, которое способствует ускоре­нию превращения вещества. Питание растений диоксидом уг­лерода из воздуха связано с предварительной и обязательной стадией адсорбции газа на листьях. Дыхание животных и че­ловека, заключающееся в поглощении из воздуха кислорода и выделении диоксида углерода и водяных паров, протекает в результате предварительной адсорбции кислорода на поверх­ности легких.