Лекция 04

Тема III. Адсорбция на границе раздела фаз
«твердое тело – газ»
§ 1. Основные понятия. Классификация адсорбентов.
Адсорбция – процесс самопроизвольного концентрирования
вещества на границе раздела фаз (межфазной поверхности).
адсорбция
адсорбтив
адсорбат
десорбция
адсорбент
абсорбция
Виды адсорбентов
Дисперсные
ρ = 2 г/см3
d, м
Sуд, м2/г
> 10-5
< 0,3
Микрогетерогенные
10-5 – 10-7
0,3-30
Ультрамикрогетерогенные
10-7 – 10-9
30-3000
Грубодисперсные
Виды адсорбентов
Пористые
Макропористые
Переходнопористые
(мезопористые, капи
ллярнопористые)
Микропористые
r, нм
Sуд, м2/г
> 100-200
< 0,5-2
1,5-(100-200)
10-500
0,5-1,5
500-1500
Получение адсорбентов
Дисперсные – измельчение, дробление (при механическом
измельчении размер частиц составляет не меньше 1 мкм!!!)
Пористые: неорганические – силикагели, алюмогели, активный оксид
магния и т.д.
золь-гель метод, гранулирование, таблетирование (размер гранул
(агрегатов, агломератов) порядка 0,1-10 мм)
цеолиты («кипящие камни») – «молекулярные сита» - алюмосиликаты
со строго регулярной кристаллической структурой (размер полостей
составляет 0,4-1.1 нм)
органические – активированные угли
обработка крупнопористых (макропористых) материалов
агрессивными агентами (в газообразном или жидком агрегатном
состоянии)
При активации угля до степени обгара 50% (доля угля, выгорающего
при активации) образуются микропоры
Характеристики пористых тел
Пористость – отношение общего объема пор к общему объему тела
П=(Vпор/Vобщ)100%
Вид пор: открытые
(сквозные),
полуоткрытые и
закрытые
r1>r2
Форма пор:
конусообразные,
цилиндрические и
бутылочные
r1
r2
r1=r2
r1<r2
§ 2. Виды адсорбции.
В зависимости от вида адсорбата различают молекулярную адсорбцию,
ионную адсорбцию и ионный обмен
мономолекулярная
полимолекулярная
В зависимости от интенсивности взаимодействия молекул (ионов)
адсорбата с поверхностью адсорбента различают физическую и
химическую адсорбцию (хемосорбцию)
Физическая адсорбция
Химическая адсорбция
За счет чего
происходит
Образование слабых ван-дерваальсовых (водородных) связей
Образование прочных
химических связей
Скорость
Быстро
Медленно
Обратимость
Обратима
Необратима
Теплота
адсорбции
От 0 до -40 кДж/моль
Меньше -40 кДж/моль
Время
пребывания
молекулы
адсорбата на
поверхности
адсорбента
< 10-6 c
> 10-2 с
(-100 кДж/моль
1 неделя)
(-120 кДж/моль
100 лет)
В зависимости от способа выражения различают абсолютную (а) и
избыточную (Г) адсорбцию
Под абсолютной адсорбцией понимают
абсолютное количество моль адсорбата,
приходящееся на единицу площади поверхности
раздела фаз (межфазной поверхности, поверхности
адсорбента)
Под избыточной адсорбцией понимают избыток
моль вещества в поверхностном слое
определенной толщины по сравнению с его
количеством в таком же объеме внутри фазы,
отнесенное к единице площади поверхности
раздела фаз (межфазной поверхности)
Если адсорбция протекает на твердой поверхности, то ее
(адсорбции) величину чаще выражают в моль/г
§ 3. Мономолекулярная адсорбция. Изотерма адсорбции Лэнгмюра
Если содержание адсорбата в фазе,
из которой протекает адсорбция,
невелико, то величина абсолютной
адсорбции линейно возрастает с
ростом концентрации адсорбата.
Уравнение изотермы
адсорбции Генри
При более высоких концентрациях адсорбата зависимость a=f(c)
принимает вид параболы и описывается уравнением Фрейндлиха
Уравнение изотермы
адсорбции Фрейндлиха
Первой теорией, описывающей явление адсорбции, явилась теория
мономолекулярной адсорбции Лэнгмюра, описывающая
закономерности физической адсорбции из газовой фазы на твердой
однородной поверхности
Уравнение изотермы
адсорбции Лэнгмюра