Адсорбенты и регенерация адсорбентов

Адсорбенты

Так как адсорбция происходит на поверхности раздела фаз, адсорбенты должны обладать весьма развитой поверхностью. Наибольшее значение для адсорбции получили активные угли различных марок и селикагель.

Адсорбенты также могут быть и природными материалами: торф, болотная руда, каолин, цеолит, бурый уголь, а также зола, древесные опилки, кокс. Роль адсорбентов могут выполнять хлопья гидроокиси металлов, активный ил аэротенков, биопленка биологических фильтров, планктон и др. Но промышленное применение в качестве адсорбентов нашли активные угли, обладающие большой пористостью.

Поры активных углей делятся в зависимости от их размеров на три группы: макропоры, переходные поры и микропоры. Макропоры – наиболее крупные поры с радиусом кривизны поверхности более 100-200нм. Удельный объем макропор 0,2-0,8 см3/г, удельная поверхность до 2м2/г. Адсорбция на поверхности макропор не имеет практического значения в связи с их малой площадью удельной поверхности. Макропоры играют роль транспортных каналов, по которым молекулы поглощаемого вещества проникают внутрь гранул адсорбента. Переходные поры имеют радиус кривизны поверхности от 2 до 100нм. Удельный объем переходных пор – 0,5-0,7см3/г, площадь удельной поверхности 20-70м2/г. Переходные поры играют важнейшую роль приадсорбции крупных молекул (белков, липидов, поверхностно-активных веществ и т.д.)

Микропоры – наиболее мелкие поры с радиусом кривизны поверхности 1,5-2,0нм. Удельный объем микропор 0,6-0,8см3/г. Микропоры играют главную роль в процессах адсорбции веществ с низкой молекулярной массой.

Активный уголь получают нагреванием до высоких температур (700-1000°С) различных материалов: древесины, угля, антрацита, торфа и др., с одновременной обработкой воздухом, кислородом, водяными парами и топочными газами. При этом исходные материалы превращаются в пористую массу, основу которой составляет углерод с кристаллической решеткой графита. Пористая структура активного угля представляет собой разветвленную систему макропор, произвольно связанных между собой. От поверхности макропор ответвляются переходные поры и микропоры.

Регенерация адсорбентов

Регенерация адсорбентов является одним из основных вопросов, которые возникают при адсорбционной очистке, в особенности это касается применения активного угля, тогда, когда их стоимость высока. Цель регенерации 1) – десорбция адсорбированных веществ или деструктивное их разрушение, 2) – восстановление адсорбционной способности адсорбентов.

Восстановление адсорбционной способности может производится следующими методами:

— вытеснительной десорбцией;

— смещением равновесия системы;

— окислением адсорбированных веществ химическими реагентами;

— термической деструкцией адсорбированных веществ.

При десорбции вытеснительной, как правило, используют низкокипящие жидкости (растворители): метанол, бензол, толуол, дихлорэтан, бутилацетат. Основным свойством таких жидкостей является то, что адсорбция из них происходит хуже, чем из воды. Адсорбенты помещают в эту жидкость и ее молекулы вытесняют с поверхности адсорбента ранее адсорбированное вещество. Затем жидкости отделяют от адсорбента, а ее остатки отгоняют острым паром или другим инертным теплоносителем.

Регенерация адсорбентов путем смещения равновесия может осуществляться путем изменения концентрации адсорбтива, температуры, переводом вещества на поверхности адсорбента из молекулярной формы в диссоциированную.

Уменьшение концентрации адсорбтива в воде приводит к тому, что смещение равновесия происходит в сторону десорбции веществ, когда число отрывающихся от поверхности адсорбента молекул в единицу времени становится больше количества адсорбирующихся. Повышение температуры также приводит к смещению равновесия в сторону десорбции, так как увеличение кинетической энергии молекул приводит к увеличению интенсивности их отрыва от поверхности адсорбента. Обычно этим способом регенерируют адсорбенты от легколетучих веществ. В качестве десорбирующего агента используют воздух, нагретый до температуры 120-140°, инертные газы – до температуры 300-500°, острый водяной пар – до температуры 200-300°.

Органические кислоты удаляют с поверхности адсорбента путем промывки его раствором щелочи. При этом кислоты диссоциируют на ионы, энергия адсорбции которых значительно ниже, чем энергия недиссоциированных молекул. Этим же способом регенерируют адсорбенты от органических оснований, используя раствор кислоты.

Когда адсорбированное вещество не представляет собой технической ценности, а также при невозможности регенерации адсорбента другими способами применяют деструктивные методы: окисление хлором или озоном и термическую деструкцию. Термическая деструкция проводится при высокой температуре (700-100°С) без доступа кислорода воздуха. Органические вещества, адсорбированные на активном угле, при такой температуре подвергаются пиролизу и активный уголь восстанавливает свои адсорбционные свойства. Потери угля при таком способе составляют 5-10%.

Адсорбенты и регенерация адсорбентов – статья на сайте студент-строитель.ру”