Требования, предъявляемые к адсорбентам

В качестве адсорбентов наиболее часто применяют древесный или костный уголь, силикагель, алюмогель, бентонитовые глины, пористые стекла, цеолиты.

Древесный уголь. Обычный древесный уголь имеет невысокую адсорбционную способность, т. к. поры его заполнены смолами. Для повышения адсорбционной способности угля его активируют, нагревая в атмосфере водяного пара и освобождая поры от смол.

Активированный уголь получают также из животных костей, ореховых косточек, причем лучшими считаются угли, полученные из скорлупы кокосовых орехов.

Удельная поверхность активного угля, включая поверхность всех его пор, может достигать 1000 м²/г.

Силикагель получают высушиванием студня поликремниевой кислоты; по химическому составу – это SiO₂. Выпускается в виде пористых крупинок, удельная поверхность составляет ~ 500 м²/г.

Бентониты – предварительно активированные кислотой глины, применяют для очистки сиропов, соков, растительных масел.

Пористые стекла получают при удалении из стекол щелочных и щелочноземельных металлов.

Цеолиты (цео – кипеть, лит – камень, кипящий камень) – природные и синтетические алюмосиликатные материалы. В их состав входят блоки SiO₄ (AlO₄). Блоки имеют форму тетраэдра и образуют кристаллическую решетку с порами определенной формы. Размер пор 0,4-1,6 нм. В обычном состоянии поры заполнены водой, при нагревании вода испаряется, кажется, что камень кипит. Цеолиты называют также «молекулярными ситами», сорбирующими лишь определенные компоненты.

Твердые адсорбенты делятся на две группы:

1) пористые;

2) непористые.

Пористость адсорбента определяется отношением суммарного объема пор V _п к общему объему адсорбента V _адс

П = V _п/ V _адс.

Тип адсорбента	Диаметр пор, нм	Удельная поверхность, м2/кг	Примеры
Непористые	–	1-500	Цемент, бетон
Пористые
– макропористые	> 4,0	500-2000	Асбест, мука, древесина,
– мезопористые	1,2-4,0		Бентониты, силикагель
– микропористые	< 1,2	> 4,0·105	Активированный уголь, цеолиты, пористые стекла

Пористость адсорбента имеет большое значение для адсорбции: чем она выше, тем больше удельная поверхность и выше адсорбционная способность.

Однако это справедливо только в том случае, если молекулы адсорбата невелики и легко могут проникать в поры, т.е. соизмеримы с размером пор.

Требования, предъявляемые к адсорбентам:

1) большая удельная поверхность (достигается за счет измельчения, активирования поверхности, нанесения тонкого слоя адсорбента на пористую поверхность (керамику, кирпич));

2) механическая прочность, термическая и химическая устойчивость;

3) низкая себестоимость;

4) возможность регенерации.

Различают полярные (гидрофильные) и неполярные (гидрофобные) адсорбенты.

Полярные (хорошо смачиваются водой) – силикагель, цеолит, глины, пористое стекло; неполярные (водой не смачиваются) – активированный уголь, графит, тальк, парафин.

Правила подбора адсорбентов

1. При выборе адсорбента необходимо определить тип адсорбируемого вещества (полярное, неполярное, ПАВ). Полярные адсорбенты не следует применять при адсорбции из водных растворов, т.к. они могут адсорбировать растворитель – воду. Их целесообразно использовать при адсорбции из неводных растворов.

Неполярные адсорбенты хорошо адсорбируют из водных сред.

Дифильные молекулы могут адсорбироваться на любом адсорбенте. При этом они ориентируются своими полярными группами в полярную среду, неполярными – в неполярную.

Образовавшийся адсорбционный слой может изменить характер поверхности. Например, адсорбция дифильных молекул из водного раствора приводит к гидрофилизации поверхности угля, вследствие чего уголь приобретает способность смачиваться водой.

Эффект Ребиндера: при адсорбции ПАВ разность полярностей между адсорбентом и растворителем уменьшается.

2. Степень разделения растворенного вещества и растворителя тем выше, чем больше разница в полярности.

3. При выборе адсорбента необходимо учитывать размеры молекул адсорбтива: диаметр пор должен превышать диаметр молекул.