ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теория объемного заполнения микроиор из "Курс коллоидной химии" Классификация пористой структуры. [c.129] Пористые тела — это твердые тела, внутри которых имеются поры, обусловливающие наличие внутренней межфазной иовем-ности. Поры могут быть заполнены газом или жидкостью. По классификации дисперсных систем ио агрегатному состоянию фаз пористые тела относятся к дисперсным системам с твердой дисперсионной средой и газообразной или жидкой дисперсными фазами. Свободнодисперсные системы с твердой дисперсной фазой и пористые тела являются своеобразными обращенными системами. Если в первом случае твердым телом является дисперсная фаза, то во втором — дисперсионная среда. С повышением дисперсности суспензии переходят в золи, а затем в истинные растворы. Таким же образом макропористые тела с ростом дисперсности переходят в микропористые тела с размерами пор, соизмеримыми с размерами молекул. В последнем случае, как подчеркивает М. М. Дубинин, представление о внутренней поверхности теряет физический смысл, как и в истинных растворах. [c.129] Если твердое тело может поглощать влагу или находится во влажном состоянии, то, как правило, оно является пористым. Большинство пористых, особенно высокопористых тел, можно представить как более или менее жесткие пространственные структуры — сетки или каркасы. Их в коллоидной химии называют гелями. Это уголь, торф, древесина, картон, бумага, ткани, зерно, кожа, глина, почвы, грунты, слабообожженные керамические материалы и т. д. Пористые тела могут быть хрупкими или обладать эластическими свойствами. Их часто классифицируют по этим свойствам. Пористые материалы обладают значительной и разной адсорбционной способностью по отношению к влаге, которая придает им определенные свойства. На практике в качестве адсорбентов. предназначенных для извлечения, разделения и очистки веществ, применяют специально синтезируемые высокопористые тела. Эти тела кроме большой удельной поверхности должны обладать механической прочностью, избирательностью и рядом других специфических свойств. Наиболее широкое применение находят активные угли, силикагели, алюмогели, цеолиты. [c.129] В последнее время все большее применение в качестве адсорбентов и катализаторов находят цеолиты, как природные, так и синтетические. Цеолиты — это алюмосиликаты, обладающие строго регулярной кристаллической структурой. Каркас кристалла цеолита состоит из структурных тетраэдрических элементов 8104 и А1О4 , соединенных между собой общими атомами кислорода. Отрицательный заряд каркаса благодаря наличию в нем трехзарядного алюминия компенсируется зарядом катионов щелочных и щелочноземельных металлов, располагающихся в полостях структуры. В зависимости от кристаллической структуры окна этих полостей имеют размеры 0,4—1,1 нм (соизмеримые с размерами молекул). Поэтому на цеолитах могут адсорбироваться только те вещества, молекулы которых имеют размер по наименьшей оси (критический диаметр) меньше диаметра окна полости. Отсюда второе название цеолитов — молекулярные сита. Цеолиты жадно поглощают воду, и поэтому широко применяются для осушки газовых и некоторых жидких сред. При нагревании вода из них испаряется, с чем и связано нх название — цеолиты (кипящий камень — кипеть, литое — камень). Цеолиты научились синтезировать совсем недавно (1948). Особенностью их синтеза является процесс кристаллизации после получения алюмосиликагеля. [c.130] Второй метод получения высокоднсперсных пористых адсорбентов и катализаторов заключается в обработке крупнопористых материалов агрессивными газами или жидкостями. При такой обработке получаются пористые тела губчатой структуры. Этим методом получают активные угли (пористые углеродные адсорбенты) из различного сырья — каменного угля, торфа, дерева, животных костей, ореховых косточек и др. Из этих материалов сначала удаляют летучие вещества при нагревании без доступа воздуха, в результате чего образуется крупнопористая структура угля, затем активируют уголь путем окисления газом (О2, СО2), водяным паром или обработкой химическими реагентами. [c.130] Имеется несколько классификаций пористых тел, в основу которых положены различные признаки, в том числе равновесные и кинетические свойства. Однако наибольшее распространение получила классификация, предложенная М. М. Дубининым. По этой классификации за основу приняты размеры пор и механизм протекающих в них адсорбционных процессов. Как уже упоминалось во введении, по классификации М. М. Дубинина пористые тела делятся на макропористые, переходнг пористые, микропористые. [c.131] Макропористые тела имеют поры с радиусом больше 100,0— 200,0 нм. Удельная поверхность макропористых тел находится в пределах 0,5—2 м /г. Такие поры по сравнению с адсорбированными молекулами выглядят как ровные поверхности, и поэтому для макропористых тел применима обобщенная теория адсорбции Ленгмюра. В адсорбентах и катализаторах макропоры играют роль транспортных каналов, и адсорбцией в них можно пренебречь. [c.131] Переходнопористые тела (или капиллярно-пористые) имеют размеры пор в пределах от 2,0 до 100,0—200,0 нм, их удельная поверхность составляет от 10 до 500 м /г. На стенках этих пор при малых давлениях происходит полимолекулярная адсорбция паров, которая с увеличением давления заканчивается капиллярной конденсацией. Из промышленных адсорбентов и катализаторов к переходнопористым можно отнести силикагели, алюмогели, алюмосиликагели. [c.131] Болыимпство промышленных адсорбентов характеризуется широкой полндисперсностью п относится к смешанным типам адсорбентов. Их полидисперсность определяется распределением пор по размерам, отражающим относительное содержание разных пор. [c.132] Зная плотность жидкости р и определив экспериментально ука-за1шые величины, по этим трем уравнениям находят три неизвестные величины рн, Уи и У. Кажущуюся плотность рк и общий объем пористого тела Уобщ находят таким же образом, но предварительно обработав образец, например, парафином, чтобы жидкость не проникала в поры. [c.132] Таким образом, чтобы определить удельную поверхность тела, образованного сферическими частицами одинакового размера, достаточно знать только радиус частиц. Если удельная поверхность рассчитывается на единицу массы тела, то в знаменатель уравнения (III. 57) необходимо подставить значение плотности вещества. [c.133] Из соотношения (III. 58) следует, что поверхиость контакта увеличивается с уменьшением размера частиц. Однако для частиц с диаметром больше 100 нм ею можно пренебречь по сравнению с общей поверхностью пористого тела. [c.133] С увеличением общей поверхности доля тупиковых и закрытых пор уменьшается. Очевидно, что при адсорбции закрытые поры не частвуют в процессе. [c.134] Из этого уравнения видно, что при смачивании, обеспечивающем отрицательную кривизну мениска конденсата (вогнутый мениск), конденсация в порах наступает при давлении, которое меньше давления насыщенного пара, т. е. при pjps 1. [c.135] Капиллярная конденсация описывается уравнением Кельвина, в которое входит радиус кривизны мениска, и это позволяет использовать его для расчета функции распределения пор по размерам. В принципе количественная характеристика дисперсных систем по дисперсности может быть представлена распределением массы, объема, числа частиц и др. по радиусу, поверхности, объему, массе и др. Перейти от одного распределения к другому сравнительно просто, особенно если поры или частицы имеют правильную форму. Метод расчета функций распределения частиц (пор) по размерам заключается в построении интегральных и дифференциальных кривых распределения. [c.137] Интегрированием этой функции в пределах от г = О до г = оо находят общий объем пор в данной пробе или в единице массы пористого тела. При построении кривых распределения часто этот объем пор принимают за единицу или за 100%. [c.137] Очевидно, что чем меньше различаются пределы иитегрирова ния, тем ближе к истинным значениям функции расиределения, Чтобы получить функцию распределения для данного пористого тела, нужно знать зависимость / (г) или йУ с1г от г, которая называется дифференциальной кривой распределения. Она более четко и наглядно характеризует полидисперсность системы. [c.137] Где Vm — мольный объем адсорбата в конденсированном состоянии. [c.138] Вернуться к основной статье