Молекулярная адсорбция – адсорбция на поверхности адсорбента молекул неэлектролитов и слабых электролитов.
Адсорбируемость веществ на границе раздела фаз А / С определяется правилом уравнивания полярностей П.А. Ребиндера: вещество В будет адсорбироваться на границе раздела фаз А / С, если оно будет уравнивать полярности этих фаз:
или ,
где – полярность (диэлектрическая проницаемость) вещества.
Таким образом, адсорбат (растворенное вещество) должен занимать промежуточное значение по полярности между полярностью адсорбента и полярностью растворителя. Это правило дает возможность правильно выбрать адсорбент, адсорбат и растворитель.
Например: на границе вода ( = 81) – уголь ( ≈ 1) адсорбироваться будут вещества, у которых .
Для системы адсорбент – адсорбтив влияниеприроды растворителя на адсорбцию может быть сформулировано в виде правила Шилова: чем лучше растворяется адсорбтив в растворителе, тем он хуже адсорбируется поверхностью твердого адсорбента и наоборот, чем лучше растворяется, тем хуже адсорбируется.
|
|
Следовательно, малополярные адсорбенты (активированный уголь) лучше адсорбируют неполярные органические соединения, причем тем больше, чем выше их молярная масса. На поверхности полярных адсорбентов, являющихся оксидами (силикагель, алюмогель и др.), как правило, имеются гидроксильные группы, поэтому они хорошо сорбируют воду. Спирты, амины и другие полярные соединения.
Зависимость адсорбции от строения молекул адсорбата довольно сложна и вывести какие-либо общие количественные закономерности адсорбции практически не возможно. Молекулы ПАВ при адсорбции на поверхности твердого адсорбента ориентируются таким образом, чтобы полярная часть молекулы была обращена к полярной фазе, а неполярная – к неполярной.
а | б |
Рис. 3.40. Ориентация дифильных молекул ПАВ на поверхности адсорбента: а – неполярный адсорбент в полярном растворителе; б – полярный адсорбент в неполярном растворителе |
Как известно, процесс адсорбции идет с выделением тепла, поэтому с повышением температуры молекулярная адсорбция часто уменьшается. С ростом концентрации раствора молекулярная адсорбция возрастает до какого-то предельного значения. Анализ экспериментальных изотерм адсорбции показывает, что молекулярная адсорбция может быть описана уравнениями Лэнгмюра и Фрейндлиха. В системе полярный растворитель – малополярный адсорбент адсорбция ПАВ подчиняется правилу Дюкло – Траубе.
Методы молекулярной адсорбции широко используют для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических веществ (фенолов, гербицидов, пестицидов, ароматических нитросоединений, ПАВ, красителей и др.). Достоинством метода является высокая эффективность, возможность очистки сточных вод, содержащих несколько веществ, а также рекуперации этих веществ.
|
|
В качестве адсорбентов используют активные угли, синтетические сорбенты. Широкое использование активных углей в качестве сорбентов объясняется их слабым взаимодействием с молекулами воды и сильным взаимодействием с молекулами органических веществ. Скорость процесса адсорбции зависит от концентрации, природы и структуры растворенных веществ, температуры воды, вида и свойств адсорбента.
Например,адсорбционную очистку сточных вод от нитропродуктов, производят углями КАД. Уголь регенерируют растворителями (бензолом, этанолом, метиленхлоридом). Растворитель и нитропродукты разделяют перегонкой. Для извлечения фенолов из сточных вод используют активные угли марок ИГП-90, КАД, БАУ, АГ-3, АП-3. Степень извлечения фенолов этими углями изменяется от 50 до 99 %.