12.5. Адсорбенттер және олардың сипаттамалары
Адсорбцияның теориясы және практикасымен толық танысу үшін адсорбенттердің қасиеттерін, сапалық (құрылымын) және сандық (s0) сипаттамаларын білу керек.
Арнайы құралдардың көмегімен V – P тәуелділіктерінен тепе-теңдікті жағдайда сыртқы қысым капиллярлы қысымға тең болғандықтан (p = 2σ/r) V – r қисықтарын алуға болады.
Кейде V – P қисықтарында байқалатын гистерезис «құмыра тәрізді» кеуектердің бар екенін көрсетеді. Қысымды азайтқанда кеуектің кең бөлігі босамай, гистерезис пайда болады.
Адсорбенттердің негізгі сипаттамасы – кеуектілік. Көлемдік кеуектілік деп кеуектердің жалпы көлемінің дисперстік жүйенің көлеміне қатынасын атайды. Кеуектілік түсінігінің мағынасы әртүрлі адсорбенттерге қатысты әртүрлі болуы мүмкін.
Мысалы, кеуексіз бөлшектер қаншалықты тығыз орналасса да, кеуекті құрылым – ұнтақты мембрана – түзеді. Бөлшектердің арасындағы қуыстар құрылымның кеуектері болып табылады. Бөлшектердің өлшемдеріне қарай мұндай құрылымдар макро- немесе микрокеуекті болады.
Адсорбенттердің екінші түрі – кеуекті адсорбенттер – бұл ішкі кеуектілігі бар бөлшектерден тұратын құрылымдар, немесе жіңішке кеуектерден тұратын кеңістікті торлар. Кеуекті адсорбенттер үшін құрылымдардың екі түрінің болуы ықтимал: макроқұрылымдар (бөлшектер арасындағы кеуектер) және микроқұрылымдар (бөлшектердің ішіндегі кеуектер). Мұндай жіктелу 8-кестеде келтірілген. Кеуексіз бөлшектерден тұратын дөрекі дисперстік жүйелерге оксидтер мен тұздардың микрокристалдық бөлшектері (мысалы, TiO2, BaSO4), сонымен қатар ұнтақты жүйелер (мембраналар, таблеткалар) жатады.
8-кесте
Адсорбенттердің типтері және олардың сипаттамасы
Бөлшектердің түрі
|
s0, см2/г
|
Дисперстілігі және құрылымы
|
Өкілдері
|
Кеуексіз
|
104 - 105
|
Дөрекідисперстік (макрокеуекті құрылымдар)
|
Оксидтер, тұздар
|
|
106
|
Жоғарыдисперстік (микрокеуекті құрылымдар)
|
Графиттелген күйе, ақ күйе, аэросил
|
Кеуекті
|
106 - 107
|
Корпускулалық
Губкалық
Кристалдық
|
Силикагель, алюмогель
Активтендірілген көмір, кеуекті шынылар
Цеолиттер
|
Кеуексіз бөлшектері бар жоғары дисперсті жүйелердің маңызды өкілдері – күйе; термиялық өңдеу арқылы бір бөлігі графитке айналған графиттелген күйе; ақ күйе деп аталатын сулы будың атмосферасында SiCl4 не SiF4 гидролизі арқылы алынған жоғары дисперсті SiO2. Ерекше жағдайда өткізілген гидролиз өлшемдері ≈ 10 нм сфералық бөлшектерден тұратын түтіннің пайда болуына әкеледі. Мұндай түтін шөгіп, жоғары дисперстік ұнтаққа айналады, оны аэросил деп атайды. Мұндай ұнтақтар адсорбенттер, катализаторлар, сонымен қатар полимерлі материалдардағы толықтырғыш ретінде кеңінен қолданылады.
Кеуекті адсорбенттердің құрылымында айырмашылықтар бар. Корпускулалық құрылымдар бөлшектердің бірігуі арқылы алынады. Оларға силикагель жатады, оны да SiO2-ден алады. Натрий силикатымен (сұйық шыны) қышқылдың әрекеттесу нәтижесінде поликремний қышқылы түзіліп, ерітіндіні сусыздандырғанда құрғақ силикагельдің кеуекті бөлшектері түзіледі. Осындай тәсілмен алюмогель де (Al2O3) алынады.
Губкалы құрылым (бөлшектер емес қатты фазаның торы арқылы түзілген) активтендірілген көмірге тән. Активті көмірлердің меншікті аудандары үлкен болады. Мұндай көмірлердегі торды құрайтын әр екінші не үшінші көміртек атомы адсорбатпен әрекеттеседі.
Қызығушылық туғызатын губкалы адсорбенттерге таза SiO2-ден тұратын кеуекті шынылар жатады.
Кристалдық кеуекті адсорбенттер торларындағы алыс реттілікпен ерекшеленеді. Өкілдері – цеолиттер – табиғи алюмосиликаттарға жатады. Цеолиттердің құрылымдық элементтері - (SiO4/2), (AlO4/2)- тетраэдрлері түтікше тәрізді саңылаулар түзеді. Бұл түтікшелердің диаметрлері 0,4 – 1,6 нм аралығында жатыр. Сондықтан цеолиттерді молекулалық елеуіш ретінде қолдануға болады.
Адсорбенттің негізгі сандық көрсеткіші оның меншікті беттік ауданы, себебі ол адсорбенттің сорбциялық қабілеттілігін анықтайды.
9-кестеде бір изотермадан әртүрлі тәсілмен есептелген s0 шамасы келтірілген. Кестенің мәліметтері бойынша, қазіргі теориялар адсорбция процесін жақсы бейнелейді деуге болады.
9-кесте
Достарыңызбен бөлісу: |
