ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Сорбция из водных растворов из "Сорбционная очистка воды" Материал, на поверхности или в объеме пор которого происходит концентрирование поглощаемого вещества, называют сорбентом, а само вещество — сорбатом. Сорбционные явления основаны на физическом и химическом взаимодействии сорбата и сорбента. [c.26] Приведенное выражение показывает, что сорбционные взаимодействия проявляются только на очень малых расстояниях. Теоретически, если взаимное притяжение атомов максимально на расстоянии го, то при г — 1,5 го их взаимодействие ослабевает в 4—5 раз. И наоборот, при г 0,5 го превалируют силы отталкивания [32, с. 10]. Иногда дисперсионные взаимодействия усиливаются водородными связями и электростатическими (индукционными или ориентационными) силами. Эти дополнительные взаимодействия специфичны для определенного вида сорбируемых веществ или свойств поверхности сорбента. Сорбция — процесс самопроизвольный, протекающий с выделением некоторого количества теплоты. [c.26] В отличие от физической сорбции, носящей обратимый характер с сохранением индивидуальности сорбата и сорбента, хемосорбция — скорее химический процесс на границе раздела фаз. Этот процесс обычно необратимый и значительно более эк-зотермичный, чем физическая сорбция. [c.26] С сорбируемым веществом и с растворителем (водой) при этом также следует учитывать взаимодействие растворителя с сорбатом. Поэтому, несмотря на то, что сорбция из водных растворов исследуется и используется почти 200 лет, она изучена значительно менее сорбции из парогазовой фазы. В основном механизм сорбции из растворов в том или ином виде объясняют представлениями, выведенными для газовой фазы, лишь дополняя или ограничивая условиями, специфическими для жидкой фазы. Отличия в подходе к подобному переносу отражаются на виде и точности моделей и расчетов систем сорбционной очистки воды. [c.27] Основные сведения о сорбционных свойствах материала и характере сорбции на нем определенных веществ могут быть получены из изотерм сорбции, характеризующих зависимость сорбционной способности А от концентрации С (или давления Р) сорбируемого компонента при постоянной температуре А = = /(С) для жидкой фазы или A = f P) для газов. Брунауэр, Эммет и Теллер выделили пять основных типов изотерм сорбции (рис. П. 1). Выпуклые участки изотерм I, II и IV типов указывают на наличие в сорбентах микропор, но, кроме того, сорбенты II и IV имеют еще и макропоры. Изотермы III и V типов встречаются реже и описывают сильное межмолекулярное взаимодействие в веществе сорбата. Крутизна изотермы I типа характеризует размер микропор сорбентов а — ультрамикропори-стых, б — микропористых. Изотерма IV6 принадлежит переходно-пористому сорбенту /Ув —однородно макропористому, а IVа —со смешанной структурой [33]. [c.27] Наиболее общую классификацию изотерм сорбции из жидкой фазы дал Смит (рис. И. 2). Вогнутые изотермы 5-типа встречаются редко. Изотермы Лэнгмюра ( -типа) соответствуют / и III типам классификации БЭТ (см. рис. П. 1). Тип Н характерен для веществ с высоким коэффициентом афинности (т. е. высоким значением отношения мольных объемов Ут/Ут, где Ут и т— мольные объемы исследуемого соединения и стандартного вещества), у которых значительная сорбционная емкость достигается при очень малых концентрациях. В случаях, когда справедлив закон Генри (тип С), сорбционная емкость пропорциональна конечной концентрации раствора. Это широко распространенный случай в очистке воды, примеры которого даны на рис. П. 3. [c.28] Вид изотерм сорбции часто зависит от концентрации сорбируемого вещества в растворе. Например [35], при сорбции на саже ПАВ с концентрацией 0,1 0,2 и 0,3 г-экв/л изотермы имеют форму Ь2, 13 и НЗ (см. рис. 11.2), что связано с объемной ассоциацией ионов ПАВ [35, с. 66]. [c.28] Теория полимолекулярной сорбции, в основе которой лежит представление о многослойной сорбции на поверхности макро-и мезопористого сорбента, была разработана Брунауэром, Эмме-том и Теллером. Уравнение БЭТ можно использовать при определении удельной поверхности сорбентов по данным сорбции азота или других газов при низких температурах. [c.30] Параметр В отражает преобладающий размер микропор и функцию распределения адсорбционных потенциалов. Чем меньше В, тем круче изотермы и мельче микропоры. Изотермы сорбции на сорбенте / структурного типа имеют вид 1а, а II типа — 16 (см. рис. 11.1). Параметры 01, В и В2 уравнений Дубинина — Радушкевича являются основными при описании микропористых сорбентов. [c.30] Здесь Ж- о — предельный объем микропор сорбента Ут — мольный объем сорбата, вычисляемый по рис. П. 4 В — структурно-энергетическая константа Сз—растворнмость соедипеиия в воде при данной температуре Ср — равновесная концентрация в воде. [c.32] Изотерма сорбции, описываемая этим уравнением, линеаризуется в координатах Гр/ 1д, что подтверждено опытами по сорбции некоторых ароматических соединений. [c.32] При использовании предложенной теоретической модели для расчетов необходима высокая точность и надежность определения коэффициента афинности, что требует осторожного подхода к выбору стандартного вещества (авторы [40, с. 28] в качестве стандарта использовали толуол). [c.33] сорбируясь на участках окисленной поверхности АУ, препятствует сорбции на них неполярных алифатических соединений. Сорбируемость органических веществ возрастает с увеличением длины углеродной цепи (если она не ограничена размером пор сорбента), причем для гомологов, согласно правилу Траубе, на величину, кратную изменению длины углеродной цепи. [c.33] Способность к сорбции возрастает с ростом молекулярной массы органических веществ, особенно выше 30 000. Аналогична и зависимость при росте мицеллярной массы коллоидов. Присутствие в воде неорганических солей, способствующих укрупнению ассоциатов молекул красителей и гуматов, приводит к их более полному сорбционному выделению. [c.33] При сорбции водных растворов на АУ веществ, образующих сольваты, зависимость степени заполнения объема микропор от структурной константы В имеет максимум [23, с. 149]. [c.33] Применение угля СКТ более эффективно в области малых равновесных концентраций (Ср 0,3—3 ммоль/дм ) при больших Ср целесообразнее сорбция на АГ-3. [c.35] Такие биологические объекты, как бактерии и вирусы, несмотря на крупные размеры, хорошо сорбируются АУ. Изотерма сорбции Е. СоН описывается уравнением Лэнгмюра, а вируса Ро/го —уравнением Фрейндлиха. [c.35] Влияние температуры на сорбцию из водных растворов далеко не однозначно. Дело в том, что при сорбции на микропористых сорбентах веществ, размеры молекул которых близки к эффективным размерам пор, проникновение этих молекул в поры зависит от их кинетической энергии. При достаточной энергии (температуре) молекулы сорбата проникают в окна пор и сорбируются в противном случае происходит лишь незначительное поглощение на поверхности мезо- и макропор. Иными словами, сорбционная емкость повышается с ростом температуры это явление получило название активированной адсорбции [43]. В то же время физическая сорбция, как любой экзотермический процесс, в целом ухудшается с ростом температуры. Поэтому суммарное внешне фиксируемое проявление этих двух явлений (активированной и физической адсорбции) может иметь экстремум (максимум) при определенной температуре. Как показано в работах Дубинина [43], для газов и паров этот экстремум имеет вид острого пика. [c.35] При сорбции из водных растворов, а в особенности из таких многокомпонентных систем, как сточные воды, этот пик размыт. Например, при доочистке сточных вод максимальные значения сорбционной емкости достигались при 35—60 °С (рис. П. 6). Емкость угля при О—10 и выше 75—80 °С была в 1,5—2 раза ниже. В других случаях оптимальная температура может быть иной. Есть данные о том, что с повышением температуры значительно улучшается кинетика сорбции при очистке высококонцентрированных вод, что связано с перестройкой молекул в растворах, разрушением ассоциатов воды и сорбируемого вещества, снижением вязкости раствора. Изменение сорбируемости различных веществ на АУ при нагревании воды неодинаково. Так, при 20 °С сорбция фенола и уксусной кислоты описывается уравнениями Г = 1,72 С°-2з и Г = 0,97 С° 4 , а при 70°С Г = 2,2 С° и Г = 0,04 С , т. е. уксусная кислота практически сорбируется лишь из холодного раствора [36, с. 280]. [c.35] Вернуться к основной статье