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 фи зической адсорбции, обусловленной проявлением дис персионных сил, существенно влияние пористой струк туры 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 адсорбции 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 заполнению при достаточно низком относительном давлении, что делает формальным понятие об удельной Сфизической) 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] , АГ-2. . . СКТ. . . СКТ-2. , Сара новый КАД. . . АР.З. . . [c.24] Кристаллики циолита, имеющие размер порядка нескольких 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 структура дегидратированных цеолитов отличается следующими особенностями. [c.25] Силикагели представляют собой высокомолекулярное соединение типа (51 02)п. В отличие от активных углей, имеюших все три разновидности пор и отличающихся полимодальным распределением объема пор по радиусам, 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 paдиv пор мелкопористых силикагелей составляет 10—20 А, а крупнопористых — 50—100 А и более. Обший 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] Силикагель обладает повышенной адсорбируемостью полярных молекул (особенно воды) из-за ненасыщенности его поверхности поэтому силикагель известен как хороший ос чпитель. Нагрев силикагеля до 200—300 °С сопровождается потерей молекул воды, расположенных в основном на поверхности шарообразных частиц. Дальнейшее увеличение температуры (выше 400—ЗОО С) приводит к очень сильной дегидратации силикагеля и сопровождается структурными изменениями (спекание) с уменьшением удельной поверхности, особенно у тонкопористых силикагелей. Степень дегидратации поверхности силикагеля, а также количество предадсорбирован-ной воды сильно сказываются на абсорбционные и диффузионные свойства силикагеля. Оптимальная температура нагрева составляет 300—350 С при этом обеспечивается быстрая дегидратация и отсутствуют структурные изменения. [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 м7г 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 811 А ) и диаметрам (соответственно 11,4А и II,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] Основные задачи кинетики адсорбции — определение зависимости адсорбции от параметров, характеризующих условия проведения опыта (время, температура, давление газа), изучение природы адсорбируемого вещества и адсорбционно-диффузионной характеристики структуры самого адсорбента. Кинетике адсорбции и диффузии посвящены монографии Д. П, Тимофеева [48] и Кранка [59]. Рещения большого числа сложных взаимосвязанных задач массо- и теплопереноса приведены в работах А. В- Лыкова и Ю. А. Михайлова [40—42]. [c.28] Учитывая, что задачи диффузионной кинетики математически описываются теми же дифференциальными уравнениями, что и задачи теплопроводности, при решении конкретных задач по кинетике адсорбции можно пользоваться математическим аппаратом и литературой по теории теплопроводности [33, 40-—42]. [c.28] Вернуться к основной статье