ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Углеродные адсорбенты и роль их структуры в избирательной адсорбции органических веществ из водных растворов из "Адсорбция органических веществ из воды " Взаимодействие молекул компонентов раствора с атомами или молекулами поверхности твердого тела приводит к тому, что молекулы этих компонентов удерживаются в течение некоторого времени на границе раздела фаз. Чем больше энергия взаимодействия молекул вещества с поверхностью адсорбента, тем больше времени молекула находится на поверхности раздела фаз, т. е. существует в адсорбированном состоянии. [c.21] Для графита (и, вероятно, для активных углей) тп = 5Х X 10 с. Если ( = 14- 15 кДж/моль, т, е. при относительно невысокой энергии адсорбционного взаимодействия, то Та = —0,4-10 - Ы0 с (при 7 = 273 К). При С =25 кДж/моль Та увеличивается уже до 3-10 с, т. е. примерно в 75 раз. Поэтому при адсорбции компонентов раствора у границы раздела фаз будет накапливаться тот компонент, у молекул которого время жизни в адсорбированном состоянии Та больше. При этом число молекул в жидкой фазе убывает сильнее, чем число молекул остальных компонентов раствора (молекул растворителя, если раствор в простейшем случае двухкомпонентный). [c.21] В частном случае, когда ез = 81 и Таа—Тд,, п2/п =к по21по, т. е. соотношение количеств компонентов на поверхности адсорбента после адсорбции остается таким же, как и до адсорбций. Ясно, что и в растворе в этом случае соотношение концентраций компонентов в результате адсорбции не изменяется, а значит, нет и избирательности адсорбции. [c.22] Следует обратить внимание на то, что концентрирование молекул растворенного вещества на границе раздела фаз сопряжено с разрывом части связей этих молекул с молекулами растворителя, т. е. с преодолением части энергии сольватации (гидратации в водных. растворах). Эта энергия зависит от строения молекул растворенного вещества и их концентрации. При адсорбции молекулы растворителя также преодолевается полностью или частично энергия связи этой молекулы с другими молекулами растт ворителя, обусловленная структурой жидкости. (Сама прочность структуры воды на границе с гидрофильной илн гидрофобной поверхностью адсорбента должна существенно различаться.) Вследствие этих причин энергии б1 и ег представляют собой не всю энергию взаимодействия молекул компонентов 1 и 2 с адсорбентом, а лишь разность между этими величинами и энергией гидратации, т. е. [c.22] Если молекула, взаимодействующая с поверхностью,, многоатомная, то необходимо суммировать энергию взаимодействия с поверхностью всех ее атомов. [c.23] Сопоставление энергии дисперсионного взаимодействия органических молекул и молекул воды с поверхностью гидрофобного адсорбента показывает, что на границе раздела адсорбент-вод-ный раствор должны накапливаться преимущественно органиче-скйе молекулы, являющиеся гораздо более сложными многоэлектронными системами, чем молекульг воды. Ситуация коренным образом изменяется, если поверхность адсорбента гидрофильна, т. е. содержит значительное число групп и отдельных атомов, способных к образованию водородных связей. В этом случае дисперсионная энергия взаимодействия органических молекул с адсорбентом оказывается в 2—2,5 раза меньше энергии водородной связи адсорбента с молекулами воды. Соответственно с этим на поверхности раздела гидрофильный адсорбент — Водный раствор преимущественно концентрируются молекулы воды и отношение количеств молекул органического компонента и воды в равновесном растворе после адсорбции возрастает (явление так называемой отрицательной адсорбции из раствора). Отсюда следует, что в общем случае гидрофильные адсорбенты для избирательной адсорбции органических веществ из водных растворов непригодны независимо от того, насколько хорошо они сорбируют эти вещества из паров или паро-газовых смесей. Лишь в тех случаях, когда сложные органические молекулы содержат элементы структуры или функциональные группы, способные взаимодействовать с функциональными группами или атомами поверхности адсорбента за счет образования водородных связей или ион-дипольного притяжения, применение гидрофильных полярных адсорбентов может оказаться целесообразным для решения технологических задач, связанных с адсорбцией таких веществ из водных растворов. В основном же эффективные адсорбенты органических соединений из водных растворов следует искать среди гидрофобных материалов, адсорбция на которых обусловлена преимущественно дисперсионными силами. [c.26] Вернуться к основной статье