Адсорбенты природные и синтетические

Виды сорбентов и в каких случаях они используются Статья

Сорбенты – вещества, которые связывают другие вещества в жидком, твердом и газообразном состоянии. Например, сорбент активированный уголь в составе промышленных фильтров поглощает сероводород, оксиды серы и другие опасные газы.

Способность сорбентов связывать другие вещества сделала их востребованными в разных отраслях промышленности: от металлургии и теплогенерации до медицины и выпуска продуктов питания.

Сорбенты применяются для очистки газов и жидкостей от нежелательных примесей, а также для удаления жидкостей из среды. Например, для очистки сточных вод на производстве и для осушения воздуха на складах или в лабораториях.

Какие бывают сорбенты

Сорбенты классифицируются по принципу действия, форме, происхождению, способности впитывать воду и масло.

Классификация сорбентов по принципу действия

По принципу действия выделяют адсорбенты, абсорбенты и иониты.

Адсорбенты имеют большую площадь поверхности, которая поглощает другие вещества. Самый известный адсорбент – активированный уголь. Площадь поверхности одного грамма этого вещества достигает 1500 м 2 .

Активированный уголь – самый известный адсорбент

Кроме активированного угля, к адсорбентам относятся оксид алюминия, оксид кремния, цеолиты. Последние стоят особняком, так как обладают свойствами адсорбентов и ионитов одновременно.

Абсорбенты поглощают другие вещества и образуют растворы. Активное вещество растворяется в абсорбенте и остается связанным. Также в процессе абсорбции может происходить химическая реакция, в результате которой трансформируется поглощенное вещество.

К абсорбентам относятся порошкообразная слюда, природный сфагнум и торф, фуллерова земля, песок, глина, вода, масла.

Глина – природный абсорбент

Иониты или ионообменные смолы – синтетические вещества, которые не поглощают другие вещества, но обмениваются с ними ионами. Самая известная сфера применения ионитов — бытовые фильтры воды. В них ионообменные смолы удаляют из водопроводной воды соли тяжелых металлов.

Иониты объединяются в две группы: катиониты и аниониты. Первые обмениваются с активным веществом катионами или положительно заряженными частицами. Именно катиониты удаляют из воды тяжелые металлы. Аниониты обмениваются с веществом отрицательно заряженными частицами. Они способны связывать в воде и в воздухе оксиды серы, оксид фосфора и другие вредные вещества.

В качестве ионитов широко используют природные минералы – цеолиты. Как отмечалось выше, они обладают одновременно большой площадью поверхности и способностью обмениваться ионами с другими веществами. Цеолиты применяются для очистки питьевой воды, воды в аквариумах.

Цеолиты – природные адсорбенты и иониты

Классификация сорбентов по форме

Сорбенты бывают твердыми и жидкими. К твердым относятся упомянутые выше активированный уголь и фуллерова земля. Жидкие – вода, масла, ди- и триэтиленгликоль.

В свою очередь твердые сорбенты бывают гранулированными и волокнистыми. Гранулированные сорбенты представляют собой порошок или гранулы природного или искусственного происхождения. Например, диоксид кремния относится к этой группе сорбентов. Волокнистые сорбенты представляют собой похожую на вату массу из синтетического полимерного волокна. Например, волокнистые сорбенты делают из полипропилена.

Волокнистые сорбенты имеют большую площадь поверхности по сравнению с гранулированными. Также их можно использовать повторно. Поэтому волокнистые сорбенты чаще используют для промышленной очистки сточных вод, печных газов, сбора нефтепродуктов и других загрязняющих веществ.

Волокнистые сорбенты поддаются очистке и повторному использованию. Например, губки и коврики для сбора масел и нефтепродуктов можно очистить механическим отжиманием.

Классификация сорбентов по происхождению

Сорбенты бывают природными и синтетическими. К природным сорбентам относится активированный уголь, который получают из древесного угля, ореховой скорлупы и других материалов естественного происхождения.

К синтетическим сорбентам относится диоксид кремния. Его получают при сжигании кремния при температуре выше 400 °C.

Диоксид кремния – действующее вещество медицинских сорбентов

Классификация по способности впитывать воду и масло

Сорбенты бывают гидрофильными и гидрофобными.

Гидрофильные сорбенты связывают воду и растворенные в ней вещества. Их применяют для осушения воздуха, удаления нежелательных веществ из раствора. Пример гидрофильного сорбента – силикагель. Пакетики с этим сорбентом кладут в упаковку товаров для осушения воздуха.

Силикагель осушает воздух

Гидрофобные или олеофильные сорбенты впитывают масла и нефтепродукты, но отталкивают воду. Эти вещества применяют для очистки воды при утечке нефти, мазута и других нефтяных продуктов, в качестве жироулавливателя в бытовых и промышленных фильтрах воздуха.

К гидрофобным сорбентам относятся многие синтетические полимеры. Среди естественных сорбентов гидрофобными или олеофильными свойствами обладает торф.

Сорбент для сбора нефтепродуктов на основе торфа

Где используют сорбенты

Сорбенты широко используют в промышленности, в быту, в медицине.

В промышленности сорбенты используют для очистки сточных вод и газов, ликвидации утечек опасных веществ, индивидуальной защиты работников, очистки сырья. Примеры промышленного применения сорбентов:

• Ликвидация разливов нефтепродуктов на АЗС или нефтеперерабатывающих заводах.
• Опреснение морской воды с помощью ионообменных смол.
• Выпуск средств индивидуальной защиты: респираторов и противогазов.

Примеры применения сорбентов в бытовой сфере:

• Доочистка водопроводной воды.
• Очистка воздуха от жира в бытовых кухонных системах вентиляции.
• Осушение воздуха в платяных шкафах или в кладовках.

В медицине сорбенты применяются в качестве лекарственных средств для внутреннего и наружного применения.

Пример внутреннего использования сорбентов: применение активированного угля для лечения отравлений. Наружно применяют препараты на основе диоксида кремния для лечения гнойных ран.

Итоговая таблица

Принцип классификации

Типы сорбентов

Источник

Адсорбция в жидкостях и газах: общие сведения о процессе. Природные и искусственные адсорбенты.

Адсорбция – процесс избирательного поглощения одного или нескольких компонентов смеси поверхностью твердого тела.

Вещества, которые поглощают – адсорбенты.
Вещества, которые могут поглощаться – адсорбтивы.
Вещества, которые уже поглотились – адсорбат.

Процессы адсорбции избира­тельны и обычно обратимы. Благодаря их обратимости становится воз­можным выделение поглощенных веществ из адсорбента, или проведение процесса десорбции.

Процессы адсорбции широко применяются в промышленности при очистке и осушке газов, очистке и осветлении растворов, разделении сме­сей газов или паров, в частности при извлечении летучих растворителей из их смеси с воздухом или другими газами.

1). Силикагели (продукты обезво­живания геля кремневой кислоты) – природный адсорбент;
2). Цеолиты (природные или синте­тические минералы, которые являются водными алюмосиликатами ка­тионов элементов первой и второй групп периодической системы) – чаще синтетические;
3). Активированные угли – синтетические.

Адсорбенты должны обладать развитой поверхностью. Это достигается следующими образом:

1) Сухая перегонка (образование пор);
2) Прокаливание (удаление смол);
3) Отмывание от остатков смол.

Различают два вида адсорбции – физическая и химическая адсорбция.
Физическая адсорбция вызвана Ван – дер – ваальсовыми силами взаимодействия между молекулами адсорбата и адсорбента.

Химическая адсорбция, или хемосорбция, обязана химической связи, возникающей между адсорбатом и адсорбентом. При этом образуются поверхностные соединения.

· Макропоры: Lпор ≥200нм, маленькая внеш.уд.поверхность f

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Источник

2. Адсорбенты

В практике водоочистки широко используются углеродные адсорбенты, синтетические полимерные адсорбенты и минеральные адсорбенты.

Органические адсорбенты делятся на углеродные и синтетические адсорбенты.

Минеральные адсорбенты – это, в основном, природные алюмосиликаты и глинистые материалы. Наиболее широкое применение для извлечения органических веществ нашли углеродные адсорбенты.

Углеродные адсорбенты

Это, в основном, активированный уголь, который получают из древесины и из разнообразного растительного сырья. Кроме того, к углеродным сорбентам относят сажу, бурый уголь, антрацит. Углеродные адсорбенты могут быть разными по своей пористости. В целом, по этому признаку их разделяют на 4 группы:

• непористые адсорбенты;
• однороднокрупнопористые (однородно-велико пористые);
• однородномелкопористые;
• неоднороднопористые.

Как правило, углеродные сорбенты содержат разнообразные поры, которые условно можно разделить на 3 группы (по их размерам). Главным критерием, который используют для оценки пор, является эффективный радиус пор:

где S — площадь сечения поры;

По эффективному радиусу поры делятся на:

Размеры некоторых молекул органических веществ:

Микропоры составляют основную часть адсорбционного объема при адсорбции веществ, которые имеют маленькие и средние по размеру молекулы. При адсорбции высокомолекулярных соединений адсорбционный объем составляют в основному макро- и мезопоры.

Следует отметить, что площадь раздела фаз в значительной мере возрастает при переходе от макропористого к мезо- и к микропористостому адсорбенту.

Установлено, что удельная площадь поверхности макропор адсорбента составляет 20-40 тысяч м 2 /кг адсорбента, мезопор до 400 000 м 2 /кг адсорбента.

Синтетические адсорбенты

Синтетическими адсорбентами являются адсорбенты, полученные полимеризацией разнообразных органических мономеров. Часто это бывают продукты сополимеризации (например стирола и дивинилбензола).

При использовании дивинилбензола можно получить сорбенты преимущественно с заданными размерами пор. Чаще всего это бывают узкомезопористые адсорбенты. Можно создать сорбенты преимущественно с гидрофобными или гидрофильными свойствами.

На Украине и России была разработанная технология производства адсорбента марки «Полисорб».

Синтетические сорбенты могут быть гидрофобными и гидрофильными. Гидрофобные — это те адсорбенты, которые получены на основе гидрофобных мономеров (полистирол, дивинилбензол и т.п.).

Для получения гидрофильных сорбентов используют гидрофильные мономеры (виниловый спирт, винилпиридин и т.п.).

Уменьшение содержания в исходных смесях дивинилбензола приводит к повышению пористости сорбента.

Следует отметить, что синтетические адсорбенты значительно уступают по своей эффективности углеродным адсорбентам. Это обусловлено экранированием атомов углерода атомами водорода. В синтетических полимерах все связи скомпенсированы, поэтому они слабо взаимодействуют с компонентами.

Преимуществом этих адсорбентов является то, что они легко десорбируют сорбированные вещества.

Синтетические сорбенты имеют гелевую и негелевую пористость.

Гелевая пористость — это пористость между полимерными молекулами углеводными цепями полимерных агломератов.

Негелевая пористость — это пустоты между клубками полимерных молекул, или между гелевыми участками, то есть это каналы, которые получаются между сферическими гелевыми частицами.

Минеральные адсорбенты

Минеральные сорбенты являются относительно дешевыми и стойкими материалами. Важнейшими из них являются цеолиты и глинистые минералы.

Это сорбенты на основе природных алюмосиликатов (цеолит, бентонит и т.п.). Данные сорбенты в значительной мере гидрофильные, так как содержат на своей поверхности полярные группы. Они способные к образованию водородных связей с молекулами воды. Средняя энергия таких связей 30-40 кДж/моль. Данные сорбенты малоэффективны при извлечении органических веществ, но довольно эффективны при извлечении полярных органических веществ в т.ч. ПАВ.

Источник