ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Выбор адсорбентов для очистки от растворенных органических веществ из "Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснабжении" Наибольшее распространение в качестве адсорбентов для извлечения органических веществ из водных растворов получили углеродные материалы, поскольку энергия ван-дер-ваальсо-вого взаимодействия молекул органических веществ с атомами углерода, образующими поверхность углеродных тел, намного больше энергии взаимодействия этих атомов с молекулами воды. [c.74] Аддитивность энергии дисперсионного взаимодействия органических веществ с углеродными сорбентами дает возможность в ряде случаев предварительно вычислять адсорбционные равновесия органических веществ. [c.74] Представляет интерес оценка вклада поверхностных оксидов углеродных адсорбентов в общую величину энергии адсорбции, т. е. выявление роли химической природы поверхности в молекулярной адсорбции органических веществ из водных растворов. При исследовании адсорбции на углеродных адсорбентах и при практическом использовании адсорбции органических веществ из водных растворов не меньшее значение имеет оценка и учет пористой структуры углеродных адсорбентов. [c.74] Более распространены и изучены кислотные кислородсодержащие поверхностные группы. Исследование адсорбции фенола, анилина и п-нитроанилина на образцах ацетиленовой сажи и активного угля КАД с различным содержанием поверхностных функциональных групп показало, что поверхностные кис лородсодержащие группы угля и сажи существенно не участ вуют во взаимодействии молекул ароматических производных с поверхностью углеродных адсорбентов [1]. Аналогичные результаты получены М. М. Дубининым и Е. Д. Завериной [2], которые показали, что кислотные оксиды на поверхности активного угля не оказывают влияния на физическую адсорбцию неполярных органических веществ пз паровой фазы. Специфическое взаимодействие поверхности угля с органическими веществами наблюдалось только в присутствии карбонильных групп на поверхности угля и при возникновении донорно-ак-цепторных комплексов [3]. [c.75] Все адсорбенты по характеру пористости подразделены АГВ. Киселевым на четыре типа [4] непористые, однороднокрупнопористые, однородно-мелкопористые и неоднородно-по-рпстые. Только непористые и однородно-крупнопористые адсорбенты могут быть достаточно полно охарактеризованы удельной поверхностью и только для них могут быть вычислены абсолютные изотермы адсорбции, где величина адсорбции отнесена к единице поверхности (например, выражена в ммоль/м ). [c.75] В связи с этим возникает необходимость введения еще одной промежуточной классификационной группы, включающей адсорбенты с порами, радиус которых менее 1,5 нм, но больше 0,5—0,7 нм. Эти поры получили название супермикропор. Су-пермикропоры представляют собой переходную область пористости, на протяжении которой характерные черты микропор вырождаются, а свойства мезопор проявляются. Общая удельная поверхность макропор не превышает [2—4] 10 м /кг, а удельная поверхность переходных пор с г 1,5 нм не превышает 400-103 м2/кг. [c.76] Прн сравнении экспериментальных величин максимальной адсорбции многих веществ из паров и особенно из растворов с максимальными величинами адсорбции, вычисленными для этих значений удельной поверхности по абсолютным изотермам, видно, что большая часть адсорбированного вещества приходится обычно на ту долю пор, которые имеют радиус 1,5 нм. Однако, рассматривая адсорбцию органических соединений, следует иметь в виду, что поры с радиусом менее 0,5 нм практически недоступны. Следовательно, в области пор г. радиусом более 0,5 нм и менее 1,5—1,6 нм и осуществляется в основном как адсорбция паров, так и (еще в большей мере) адсорбция из растворов. [c.76] При использовании пористых адсорбентов для адсорбции растворенных органлческих веществ роль отдельных параметров пористой структуры может не соответствовать роли этих параметров при адсорбции паров. [c.76] Пористую структуру адсорбентов, применяемых для адсорбции из растворов, целесообразно характеризовать по величинам предельной адсорбции растворенных веществ. Для характеристики удельной поверхности непористых адсорбентов или пре-дельно-адсорбционного объема пористых адсорбентов необходимо определить предельно адсорбированное количество вещества а о, которое соответствует относительной равновесной концентрации С/С = 1 (С — равновесная концентрация Сз — растворимость). Одним из методов вычисления а о является графический, позволяющий оценить величину Оос. Метод основан на использовании уравнений теории объемного заполнения микропор. [c.76] Е — параметр функции распределения — характеристическая энергия адсорбции 0 — степень заполнения адсорбционной фазы, равная а/Оо п — целое число, преимущественно 1, 2, 3 р — равновесное давление рв — давление насыщенного пара а — удельная адсорбция. [c.77] Величины Е и п являются параметрами распределения Вей-булла, связанными между собой их величины определяются потерей некоторого числа степеней свободы молекулой при ее адсорбции ка поверхности твердого тела. При адсорбции на непористых сорбентах теряется одна поступательная степень свободы, что соответствует в уравнении (IV- ) минимальному значению = 9,65 кДж/моль и п=. В микропористых адсорбентах адсорбция сопровождается потерей двух поступательных степеней свободы, что приводит к = 20,2 кДж/моль и п = = 2. На ультрамикропористых адсорбентах, эффективный диаметр пор которых 1 —1,5 нм, т. е. для адсорбентов, характеризующихся отношением диаметра пор к ван-дер-ваальсовскому диаметру адсорбируемых молекул, близким единице (1,0—1,2), адсорбция молекулы приводит к потере всех трех поступательных степеней свободы — к сохранению лишь свободы вращательного и колебательного движения молекул. Тогда Е = = 26,8 кДж/моль и л = 3. [c.77] На рис. IV- в координатах уравнения Дубинина — Радушкевича приведены изотермы адсорбции /г-хлоранилина, бензола, нитробензола, п-хлорфенола и хлороформа из водных растворов на угле КАД [11]. [c.78] Таким образом, использование уравнения (1У-2) для оценки предельно-адсорбционного объема адсорбентов по данным адсорбции из растворов возможно лишь в тех случаях, когда энергия взаимодействия молекул растворенного вещества с растворителем меньше, чем энергия взаимодействия между молекулами адсорбированного вещества и атомами адсорбента, а разность энергий адсорбции обоих компонентов раствора (растворенного вещества и воды) значительна. [c.79] Для выделения из предельно-адсорбционного объема активного угля объема пор, заполняемых объемно, и оценки величины поверхности переходных пор рационально привлечь /-метод де-Бура [12], получивший широкое распространение при характеристике пористости по адсорбции паров. [c.79] Определив для адсорбента с неизвестной поверхностью величину аУ при различных С Сз и отыскав по кривой t= s) соответствующие им значения t, представляют экспериментальные данные в виде графика аУ = Ц) 1). [c.80] Для определения поверхности и пористости адсорбентов при использовании адсорбции нз растворов необходимо выполнить несколько важнейших требований [13, 14], Адсорбируемое вещество должно обладать высокой избирательностью адсорбции, обеспечивающей однокомпонентность адсорбционного слоя при насыщении адсорбента. Прежде всего, площадь поверхности непористого адсорбента, приходящаяся на одну молекулу адсорбированного вещества при С/Сз 1, должна быть равна ван-дер-ваальсовой площади проекции адсорбированной молекулы на плоскость границы раздела фаз адсорбент — вода. Такую площадь проекции молекулы рассчитывают для наиболее вероятной ориентации ее на границе раздела углеродная поверхность — вода, отвечающей максимальной интенсивности дисперсионного взаимодействия с атомами поверхности и сохранению существующих Н-связей между функциональными полярными группами органических молекул и молекул воды. [c.80] В наибольшей мере всем перечисленным требованиям отвечает адсорбция п-хлоранилпна из водных растворов [15]. [c.81] Из рис. 1У-6 видно, что отрезок на оси ординат, который должен быть численно равен объему микропор, сокращается до небольшой величины и составляет лишь часть нредельно-ад-сорбцисниого объема пор, а поверхность переходных пор, найденная как тангенс угла наклона прямой аУ — () при адсорбции из растворов, оказывается значительно больше, чем при адсорбции паров [17, 18]. Эти расхождения в величинах, найденные -методом по адсорбции растворенных веществ и адсорбции паров, обусловлены, по-видимому, разными способами заполнения пор адсорбента. [c.82] При адсорбции паров, т. е. прп адсорбции из однокомпонентной системы весь объем микропор занят органическими молекулами. При адсорбции же из водных растворов, т. е. нз двухкомпонентной системы, энергия адсорбционного взаимодействия молекул органического вещества с углеродными атомами активного угля значительно превышает энергию взаимодействия этих атомов с молекулами воды. [c.82] Вернуться к основной статье