ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Краткая характеристика адсорбентов из "Высоковакуумные адсорбционные насосы" Все адсорбенты, используемые в адсорбционных насосах, можно разделить на три основные группы углеродные адсорбенты (активные угли), цеолиты (молекулярные сита) и силикагели. Наиболее общие структурные характеристики пористых адсорбентов — удельная площадь поверхности насыпная масса и общая пористость объем и размер адсорбционных пор распределение объема пор по эффективным радиусам энергия адсорбционного взаимодействия и др. Для физической адсорбции, обусловленной проявлением дисперсионных сил, существенно влияние пористой структуры адсорбента на адсорбируемость различных веществ- М. М. Дубинин разделяет все типы адсорбентов на два предельных структурных типа в зависимости от особенностей их пористой структуры. [c.21] У адсорбентов первого структурного типа в наиболее мелких порах (микропорах), размеры которых соизмеримы с диаметром адсорбируемых молекул, перекрываются поля адсорбционных сил, создаваемые противоположными стенками пор. Поэтому в таких порах повышаются адсорбционные потенциалы и увеличиваются дифференциальные теплоты адсорбции, что приводит к возрастанию величины адсорбции. [c.21] У адсорбентов второго структурного типа с более крупными порами практически отсутствует эффект повышения адсорбционных потенциалов. По адсорбционным свойствам адсорбенты второго структурного типа отличаются от непористых главным образом величиной удельных поверхностей. [c.21] К адсорбентам первого структурного типа относятся цеолиты (молекулярные сита), некоторые модификации активных углей и тонкопористых силикагелей. Ко второму структурному типу относятся широкопористые силикагели и алюмогели, а также некоторые угли и сажа. Большая часть известных адсорбентов имеет пористую структуру с особенностями, характерными для обоих предельных структурных типов. Исключение составляют лишь цеолиты, отличающиеся ситовыми свойствами, которые заключаются в том, что адсорбция веществ на наружной поверхности кристаллов цеолитов очень мала по сравнению с адсорбцией в порах дегидратированных кристаллов цеолита. [c.21] Активные угли, являющиеся пористыми углеродными адсорбентами, состоят из множества мелких кристалликов углерода с решеткой графита. Согласно данным рентгеноструктурного анализа, кристаллики углерода в активных углях имеют форму шестигранных призм высотой около 9 А и диаметром основания примерно 23 А. Элементарные кристаллики образуют конгломераты различных размеров в зависимости от свойств исходных материалов и условий получения активного угля. Зазоры между отдельными кристалликами и полости между конгломератами представляют собой поры. [c.22] Активные угли являются энергетически неоднородными адсорбентами этим объясняется резкая зависимость дифференциальной теплоты адсо4эбции от заполнения. Причинами энергетической неоднородности активных углей является энергетическая неоднородность самой углеродной поверхности и эффект наложения полей адсорбционных сил, создаваемых противоположными стенками узких пор сложной формы. [c.22] Вследствие полярности углерода при адсорбции газов и паров на активных углях определяющее значение имеет дисперсионная составляюшая адсорбционного взаимодействия. Адсорбционые свойства активных углей в большой степени определяются их пористой структурой, причем основная роль в адсорбции принадлежит наиболее мелким порам. [c.22] По размерам поры обычно разделяют на три основные разновидности микропоры, переходные поры и мак-ропоры. Все эти виды пор характерны для активных углей. [c.22] Эффективный радиус микропор активных углей обычно существенно ниже 15 А и соизмерим с размерами адсорбируемых молекул. Вследствие увеличения адсорбционных потенциалов в микропорах энергия адсорбции в них превышает энергию адсорбции в переходных порах или на поверхности непористых адсорбентов аналогичной химической природы. [c.23] Так как во всем объеме микропор создается адсорбционное поле, то адсорбция пара в микропорах приводит к их объемному заполцению при достаточно низком относительном давлении, что делает формальным понятие об удельной (физической) поверхности микропористых адсорбентов. Объем микропор активных углей составляет 0,2—0,6 см /г при формальной удельной поверхности 1000—1500 м /г. По форме микропоры близки к клиновидным и плоскопараллельным щелям эффективный радиус микропор составляет 5—7 А. Характеристики некоторых активных углей, выпускаемых отечественной промышленностью, приведены в табл. 1. [c.23] Цеолиты являются алюмосиликатами щелочных и щелочно-земельных металлов. Жесткий алюмосиликат-ный скелет цеолитов образует строго регулярную пористую структуру, заполненную водой. После удаления воды образуются пористые кристаллы. Пористая структура дегидратированных цеолитов (первичная пористая, структура) образована полостями молекулярных размеров примерно шарообразной формы, соединяющимися междУ собой узкими отверстиями или окнами. В цеолитах тиПа А имеются большие полости диаметром 11,4. с окнами между ними (по данным рентгеноструктурного анализа), размером 4,2А и малые полости диаметром 6,6 А с окнами размером 2,5 А. Цеолиты типа X. помимо аналогичных малых полостей, имеют несколько большие (11,6 А) основные полости с окнами размером 8—9 А. Размеры окон определяются природой ионнообменного катиона (обычно Ыа или Са) в алюмосиликатном скелете. Удельный объем больших полостей в цеолите СаА составляет 0,278 см г, а в цеолите ЫаХ — 0,322 см /г. [c.24] Кристаллики циолита, имеющие размер порядка нес-колькцх микрон, обычно таблетируют в гранулы с добавкой 10—15% связующих веществ. Вторичную пористость образуют зазоры и промежутки между контактирующими кристалликами. Удельная поверхность вторичной пористости цеолитов не превышает обычно 10 м /г. [c.24] Пористая т руктура дегидратированных цеолитов отличается следующими особенностями. [c.25] Силикагели представляют собой высокомолекулярное соединение типа (З Оа) . В отличие от активных углей, имеюших все три разновидности пор и отличающихся полимодальным распределением объема пор по рапиу-сам, для силикагелей характерна большая однородность пористой структуры с кривой распределения, имеющей обычно один максимум. Скелет силикагелей состоит из сферических частиц, сросшихся между собой в местах контакта. Среднее число контактов частиц колеблется от 4 до 12 и определяется условиями приготовления силикагеля. Пористая структура силикагеля определяется размерами частиц и средним числом контактов [35]. [c.26] Тонкопористые силикагели состоят из небольших частиц с плотной упаковкой, а крупнопористые — из частиц больших размеров с более рыхлой упаковкой. Полости между шаровидными частицами (глобулами) образуют пористую структуру силикагеля. Средний радикс пор мелкопористых силикагелей составляет 10—20 А, а крупнопористых — 50—100 А и более. Общий удельный объем пористости колеблется в достаточно широких пределах — от 0,21 до 4,00 см г, а удельная поверхность некоторых силикагелей, достигает 650—800 м /г. Особо тонкопористые силикагели, радиус пор которых соизмерим с размерами адсорбируемых молекул, проявляют свойства адсорбентов первого структурного типа. [c.26] Из рассмотренных групп адсорбентов наиболее интересны представители первого структурного типа микропористые газовые активные угли и цеолиты. Активные угли обладают хорошо развитой переходной пористостью и сетью макропор, которые делают легко доступными для адсорбируемых молекул адсорбционный объем микропор внутренних частей зерен сорбента. Из газовых углей выделяется активный уголь СКТ с размером пор около 10 А и удельной поверхностью до 1500 м /г активный уголь СКТ отличается достаточной механической прочностью и быстротой регенерации. [c.27] Синтетические цеолиты типа А и X незначительно отличаются по объемам (соответственно 776 А и 811А ) и диаметрам (соответственно 11,4А и 11,6А) больших полостей. Это позволяет ожидать близких значений равновесной адсорбции для обоих типов цеолитов. Для кинетики адсорбции и скорости установления адсорбционного равновесия определяющими являются степень доступности больших полостей для адсорбируемых молекул и коэффициент диффузии газа в кристаллах цеолита. При среднем размере кристалла цеолита порядка нескольких микрометров относительная длина (отношение длины поры к ее диаметру) условной поры цеолита и количество окон в ней равны 4-10 . [c.27] Принимая во внимание возможность проявления ситовых свойств у цеолитов типа А (диаметр входных окон в большие полости около 5 А для СаА и примерно 4 А для NaA ), а также тот факт, что диффузия газа в адсорбенте, когда критические размеры молекул близки к диаметру входных окон, является активированным процессом, скорость которого сильно уменьшается с понижением температуры, следует отдавать предпочтение (с точки зрения кинетики адсорбции) цеолитам типа X. [c.27] Вернуться к основной статье