1.3.4. Адсорбция

Адсорбция – избирательное поглощение газов, паров или растворенных в жидкости веществ твердым поглотителем, способным поглощать одно или несколько веществ из их смеси. Процессы абсорбции и адсорбции внешне схожи. Разница между ними заключается в том, что в одном случае вещество поглощается всем объемом жидкости, а в другом – только поверхностью твердого поглотителя – адсорбента.

Равновесие при адсорбции. Количество вещества, поглощенного сорбентом, зависит от концентрации поглощаемого вещества в парогазовой смеси или растворе, а также от температуры, при которой осуществляется процесс адсорбции. Для изотермических процессов условие равновесия для адсорбции принимает вид уравнения Френдлиха

xⁿ= C y^1/n, (1.42)

где С и n – константы для данных веществ, зависящие от температуры.

Линии равновесия, соответствующие уравнению (1.42) получили название изотерм сорбции (рис. 1.8). Их строят по опытным данным, а затем используют для расчетов адсорбентов.

Рис. 1.8. Характерные формы кривых изотерм сорбции

различных веществ на разных адсорбентах

В процессе адсорбции происходит выделение теплоты, что ведет к повышению температуры в системе и снижению активности адсорбентов. Поэтому для поддержания скорости процессов в промышленных адсорберах предусматривают охлаждение адсорбентов.

Адсорбенты. Количество поглощаемого вещества зависит от площади поверхности поглотителя, поэтому адсорбенты обладают чрезвычайно развитой поверхностью, что достигается за счет образования большого количества пор в твердом теле. К наиболее распространенным адсорбентам относятся:

Активированный уголь. Это самый распространенный адсорбент. Его получают сухой перегонкой дерева с последующей активизацией – прокаливанием при температуре около 900^оС. Суммарная поверхность 1 г активированного угля – 600-1700 м². Размеры кусков его в зависимости от марки – от 1 до 5 мм. Недостатком этого адсорбента является его небольшая механическая прочность.

Силикагели. Этот адсорбент получают обезвоживанием геля кремниевой кислоты, обрабатывая силикат натрия (жидкое стекло) минеральными кислотами. Размер гранул – от 0,2 до 7 мм. Суммарная поверхность 1 г силикагеля – 400-770 м².

Цеолиты. Это пористые водные алюмосиликаты катионов элементов первой и второй групп Периодической системы Д.И.Менделеева. Встречаются в природе и добываются карьерным способом. В промышленности чаще применяют синтетические цеолиты, обладающие весьма однородной структурой.

К этой же группе адсорбентов относятся опоки и клиноптилолит.

В качестве естественных адсорбентов для доочистки сточных вод используют мелкодисперсные глины: бентонит, диатомит, каолин.