Адсорбция газов под вакуумом, применение

Для онределения изотерм адсорбции паров, которые конденсируются при температурах, близких к комнатной, и давлениях, меньше атмосферного, часто применяется объемный метод. При этом возникают новые проблемы, с которыми не приходится сталкиваться при применении адсорбции газов. Как правило, упругость насыщенного пара при комнатной температуре сравнительно мала, и адсорбат обычно хранят в жидком состоянии в специальной ампуле, припаянной к установке. Перед началом работы из жидкости необходимо тщательно удалить растворенный воздух, с этой целью проводят многократную перегонку в вакууме либо непосредственно в адсорбционной установке, либо в тонкостенной ампуле, которую затем помещают в установку и в нужный момент разбивают. Пары многих веществ, и в частности пары углеводородов, растворяют обычную вакуумную смазку, поэтому приходится заменять стандартные стеклянные вакуумные краны на ртутные затворы или вакуумные вентили [103]. Необходимо также обеспечить защиту от возможной конденсации паров на поверхности ртути и других охлаждаемых частях установки. Температура всего мертвого пространства должна поддерживаться постоянной с помощью термостата. [c.362]

Разработано несколько важных методов изучения поверхностей в сверхвысоком вакууме. Один из самых прямых методов —дифракция медленных электронов. Электроны с энергиями от 10 до 200 эв обладают очень низкой проникающей способностью, а их длины волн имеют тот же порядок, что и межатомные расстояния в металле, поэтому они дифрагируют на решетке, образованной атомами поверхностного слоя. Дифракция электронов, которую наблюдают на флуоресцирующем экране, указывает расположение атомов в поверхностных слоях. Дифракционная картина чистой поверхности характеризует верхние слои кристалла, а адсорбция газа на поверхности вызывает соответствующие изменения в этой картине. Получаемую в этом случае дифракционную картину можно расшифровать, учитывая, что она относится к двумерной решетке. При применении метода дифракции медленных электронов было установлено, что в одних веществах расположение атомов на чистой поверхности точно такое же, как и в объеме, а в других веществах в двух или трех верхних слоях имеет место сложная деформация связей и смещение атомов как по поверхности, так и в перпендикулярном ей направлении. [c.186]

Внутренняя диффузия в цеолитах является сложным процессом, протекающим в первичной пористой структуре (кристаллах) и вторичной пористой структуре, представляющей свободные полости между элементарными кристаллами и конгломератами кристаллов. Внутри кристаллов (в порах) вследствие постоянства структурных параметров коэффициенты диффузии мало зависят от условий получения и гранулирования цеолитов. Во вторичной пористой структуре они сильно зависят от этих условий и от условий применения адсорбции в вакууме или из потока газа-носителя, при малых или больших давлениях и т. д. [c.45]

Классич. область применения Э.- исследования оптич. св-в материалов, в т.ч. измерения оптич. постоянных тонких (напр., оксидных) пленок, а также их толщин. Интерес к Э. возрос в 70-80-х гг. 20 в. в связи с особым значением, к-рое приобрели анализ структуры, изучение физ.-хим. св-в и контроль чистоты пов-стей благодаря быстрому развитию твердотельной (прежде всего полупроводниковой) электроники. Э. используют также в исследованиях физ. и хим. адсорбции в глубоком вакууме на плоских пов-стях Si, Ag, Pt и др., адсорбции полимеров на фанице жидкость-газ и жидкость-жидкость, процессов катализа на микроуровне, св-в верх, слоев пов-стей, подвергнутых коррозии, в электрохимии для имения окисления и восстановления электродов, в микробиологии для исследования оболочек клеток и липидных мембран и др. [c.475]

Хотя применение первого метода ограничено случаями, когда окислы. металла нестабильны, все же очисткой мгновенным раскаливанием до высокой температуры в вакууме можно легко получить чистые поверхности тугоплавких нитей, Изготовленных, например, из вольфрама илн молибдена. При этом поверхность имеет величину всего лишь порядка 1 см-. При охлаждении поверхность будет очень легко загрязняться из-за адсорбции остаточного газа в системе. Тем не менее если понизить давление остаточного газа при помощи геттеров до достаточно малой величины, то скорость загрязнения уменьшится настолько, что в продолжение серии опытов чистота поверхности будет оставаться удовлетворительной. Напри.мер, поскольку адсорбция монослоя N2 на вольфрамовой нити осуществляется при давлении 10 мм рт. ст. за 100 сек, то максимальное остаточное давление газа в системе, по-видимому, не должно превышать 10 мм рт. ст. [21]. Такое давление можно легко измерить обратным ионизационным. манометром [22]. [c.93]

Последний метод был также применен нами [52]. Образец катализатора 5421 весом 20 г был помешен в реактор (объемом около 300 мл), восстановлен и подвергнут откачке обычным способом. Затем сосуд погружали в низкотемпературную баню и на его поверхности адсорбировался изотоп водорода. В сосуде устанавливали вакуум до нескольких мм рт. ст. и затем вводили другой изотоп водорода пока давление не достигало 60 см рт. ст. Циркуляция этого газа осуществлялась с помощью магнитного насоса, в результате чего катализатор мог обменивать адсорбированный изотоп с газовой фазой. Отношение между адсорбированным и газообразным изотопом составляло около 1. Пробы газа, отобранные в разное время, анализировали с помощью масс-спектрометра. В некоторых опытах адсорбирующийся газ вводили при 300° С и затем сосуд о.хла-ждали до более низкой температуры в других опытах адсорбцию проводили при 77° К. Это не приводило к различию в наблюдаемых явлениях. [c.202]

Нефть представляет собой сложную смесь жидких органических веществ, в которой растворены различные твердые углеводороды и смолистые вещества. Кроме того, часто в ней растворены и сопутствующие нефти газообразные углеводороды. Разделение сложных смесей на более простые или в пределе — на Индивидуальные компоненты называется фракционированием. Методы разделения базируются на различии физических, поверхностных и химических свойств разделяемых компонентов. При исследовании и переработке нефти и газа используются следующие методы разделения физическая стабилизация (дегазация), перегонка и ректификация, перегонка под вакуумом, азеотропная перегонка, молекулярная перегонка, адсорбция, хроматография, применение молекулярных сит, экстракция, кристаллизация из растворов, обработка как химическими реагентами, так и карбамидом (с целью выделения парафинов нормального строения) и некоторые другие методы. Всеми этими методами возможно получить различные фракции, по составу и свойствам резко отличающиеся от исходного продукта. Часто эти методы комбинируют. Так, например, адсорбция и экстракция при разделении смолистых веществ или экстракция и перегонка в процессе экстрактивной перегонки и т. п. При детальном исследовании химического состава нефти практически используются все перечисленные методы. [c.11]

Исходя из вышеизложенного, можно утверждать, что причина гистерезиса в угле остается пока еще неизвестной. Однако сродство угля к кислороду служит доказательством изменений капиллярной структуры, происходящих в условиях высушивания угля в присутствии кислорода, которые можно было бы представить как старение стенок капилляров. Поэтому объяснение Зигмонди охватывает только часть явления. Более ясное представление можно получить только в том случае, если провести планомерное исследование зависимости гистерезиса от среды, в которой производится высушивание (двуокись углерода, азот, кислород), и от температуры. Согласно опытам, произведенным в Северной Дакоте, нри применении способа сушки Флейсснера явление гистерезиса совершенно исчезает. При обработке паром пористая структура претерпевает сжатие прежде, чем будет определена изотерма адсорбции. Предположение, что гистерезис вызывается ухудшением смачивания вследствие предварительной адсорбции газов и из-за неоднородности химических свойств адсорбирующей поверхности (например, неактивные части поверхности с высоким содержанием золы), нашло себе подтверждение в новых исследованиях низкотемпературного кокса [50]. При нагревании в вакууме активированный низкотемпературный кокс адсорбирует больше воды при одной и той же упругости пара, чем предварительно окисленный низкотемпературный кокс. Эти исследования показали также, что смачивание при гистерезисе принадлежит к той группе процессов, которые состоят из отдельных периодически гозникаюших фаз, налагающихся друг на друга. [c.31]

В вакуумной технике находит применение целый ряд лаковых и металлических покрытий. Такие вещества, как глипталевый или силиконовый лак, наносятся на поверхность для снижения ее газоотделения, а также для профилактики или для заделки небольших течей. Относительно газоотделения этих веществ в Радиационной лаборатории получены очень скудные сведения. Чтобы уменьшить газоотделение поверхности после нанесения на нее покрытия, ее необходимо просушить. При порче вакуума адсорбция газов на поверхности, обработанной таким образом, уменьшается. В приложении VII приведены различные припои, флюсы и паяльные сплавы. [c.198]

Поскольку в каталитической реакции участвует непосредственно поверхностный слой твердого тела, возникла необходимость в методах, позволяющих исследовать геометрическое строение и электронное состояние только поверхностного слоя, а не более глубоких слоев. Для того чтобы приблизиться к этим условиям, уже давно было предложено проводить исследования на объектах с высокой степенью дисперсности, например, на тонких металлических пленках, осажденных из газовой фазы в вакууме. Успехи в этой области зависели от развития высоковакуумной техни1си и стали возможными только в последние десятилетия. Для примера можно привести исследования электрического сопротивления тонких металлических пленок во время адсорбции различных газов, а также определение работы выхода электронов с поверхности каталитически активных металлов, проведенные Зурманом и сотр. [57, 581. Позже, однако, оказалось 452], что результаты этих работ были ошибочны, так как ввиду недостаточно высокого вакуума (10мм рт. ст.) полученные тонкие пленки металлов содержали загрязнения. Дальнейшие работы в этом направлении проводились с применением более высокого вакуума и это позволяло допускать, что исходные пленки металлов были достаточно чисты [45, 46, 52, 53, 59]. Изменения работы выхода электронов и электропроводности металлов при адсорбции газа на металлической поверхности связано с изменением положения уровня Ферми вследствие взаимодействия между адсорбентом и адсорбированным веществом. [c.138]

В обыденной жизни, в инженерной практике и в научно-исследовательской работе часто приходится иметь дело с поверхност-. ными явлениями. Наши знания относительно свойств идеальных поверхностей, довольно ограниченные в настоящее время, быстро расширяются. Основные свойства поверхностей, представляющие интерес для химика-каталитика, специалиста по электронике и инженера металлурга широко используют в практике работ по катализу, коррозии, электронной эмиссии, адгезии, сварке, механическому износу и смазке. Исследования поверхностных свойств, способствующих образованию благоприятных структур и ускоряющих специфические химические реакции, имеют большое значение и проводятся в широких масштабах. Так, например, многие металлы в высоком вакууме или в атмосфере газа строго определенного состава при высоких или низких температурах обнаруживают особые поверхностные свойства, которые часто можно с успехом использовать для суждения о поведении металла в условиях более умеренных температур и давлений. Из методов изучения твердых поверхностей, применяемых в последние годы, наиболее эффективными являются следующие электронная микроскопия, электронография, интерферометрия с многократным прохождением светового пучка, поляризационная спектрометрия, оптическая металлография, вакуумная микрогравиметрия, адсорбция газов и химический анализ поверхностных пленок. Эта статья посвящена новейшим достижениям в применении вакуумной микрогравиметрии к изучению поверхностей твердых тел. [c.45]

Отбор проб воздуха для определения в нем концентрации химических соединений производится чаше всего аспирационным методом, основанным на протягивании известного объема воздуха через поглотительную систему. Соединения улавливаются жидкими или твердыми поглотителями. Аспирация анализируемого воздуха через поглотительные среды производится электроаспираторами ( Малыш , АЭРА, ПРУ-4, МК-1, УЛМК-3, ЛК-1 и др.) и реже вакуум-насосами. Так как приборы с жидким поглотителем основаны на принципе абсорбции, то степень улавливания соединений в них будет зависеть от начальной концентрации соединений в газе. С уменьшением концентрации в отбираемой пробе снижается степень улавливания и увеличивается разница между полученным и истинным значениями. В табл. 2.1 приведены сравнительные данные для жидкостных поглотительных приборов, наиболее часто используемых в промышленной практике. При концентрации химических соединений в газах (например, KF, НС ) > 1000 мг/м степень улавливания в указанных поглотителях составляет 97— 99 %. В этом случае ошибка определения не превышает 0,1—3 %, что вполне допустимо. Применение поглотителей для отбора проб с концентрацией соединений 100 мг/м вызывает сомнение. В этом случае более надежен отбор проб в вакуумированные сосуды (стеклянные, металлические) емкостью 1,5—5 л, заполненные на 0,05— 0,1 жидким поглотителем. Этот метод отбора проб основан на явлении адсорбции химических соединений на стенках сосуда. В результате получасового промывания стенок имеющимся в сосуде жидким поглотителем соединения из газа количественно переходят в жидкий поглотитель. Для повышения чувствительности метода [c.23]

ДО 0,0001%. На установке паровой конверсии фирмы Selas, снабженной короткоцикловой адсорбцией с четырьмя адсорберами, получают водород высокой степени чистоты (99,99% Нг)-. Процесс короткоцикловой адсорбционной очистки водорода на цеолите типа 4А разработанный фирмой Union arbaid, описан в работе [14]. Значительные успехи по очистке водорода методом короткоцикловой адсорбции достигнуты во Франции [15]. Повышение эффективности, адсорбционной очистки водорода можно достичь охлаждением газа в цикле адсорбции [16], вакуумированием в цикле регенерации, однако применение холода и вакуума существенно усложняет процесс. [c.53]

Наибольшую трудность представляет отделение примеси гелия. На промышленных установках разделение неон-гелиевой смеси и очистка неона осуществляется адсорбционным методом, в том числе на углях БАУ, СКТ, АГ2, методом вымораживания с использованием жидкого водорода, а также конденсационным методом. В первом методе перспективно использование в качестве адсорбента активного угля. Процесс адсорбции смеси протекает при температуре жидкого азота, кипящего под вакуумом. Не-сорбирующийся газ, обогащенный гелием, собирается и компримируется в баллоны, а обогащенная неоном часть десорбируется при температуре 20 °С и также компримируется в баллоны. Регенерация сорбента проводится при температуре 127 С и остаточном давлении З-Ю" Па. Установка перерабатывает 2,8 м /ч сырой неон-гелиевой смеси. Второй метод, связанный с применением жидкого водорода, взрывоопасен и может быть использован лишь на специализированных предприятиях, имеющих резервы жидкого водорода. [c.915]

Газохроматографические методы исследования поверхности катализаторов осуществляют в простой аппаратуре, не требующей применения вакуума. Характерной особенностью хроматографических методов являются высокая чувствительность, экспрессность — обычно для исследования требуются весьма небольшие количества адсорбента и адсорбата. Вследствие динамического характера различных газохроматографических вариантов измерения адсорбции время контакта адсорбата с адсорбентом может быть очень мало, благодаря чему удается изучать адсорбционные процессы реакционноспособных веществ на активных катализаторах в области повышенных температур, представляющей особый интерес для катализа. Таким методом были измерены, например, изотермы адсорбции агрессивных газов и паров. Можно отметить,что аналогичные опыты в обычной статической аппаратуре проводить затруднительно. Другой особенностью, выгодно отличающей газохроматографическую методику от обычной, является возможность проведения опыта без извлечения оттренированного или стабилизированного в ходе химического процесса катализатора из реактора. Таким путем удается детально проследить за начальными этапами разработки катализатора или за блокировкой активной поверхности и выявить устойчивость катализатора к различным компонентам реакционной смеси в ходе длительных испытаний. [c.108]

Измерения ПП, появляющегося при изменении КРП, требуют присутствия отсчетной поверхности. В идеальном случае она должна быть совершенно инертной, т. е. она не должна физически адсорбировать, хемосорбировать или реагировать с исследуемыми газообразными адсорбатами. Физическую адсорбцию предотвратить можно только, если проводить исследования в вакууме это значительно усложняет проведение экспериментов. Поверхность должна быть проводящей, по следует по возможности избегать металлических поверхностей (за исключением специально загрязненных), так как даже по отношению к инертным газам они имеют большую способность к физической адсорбции, чем другие поверхности. В большинстве хемосорбционных исследований ошибка, вносимая физической адсорбцией, мала, поскольку количества, адсорбированные на отсчетной поверхности и хемо-сорбированные на исследуемой поверхности, почти одинаковы. В диодном методе не возникает затруднений, потому что отсчет-ная поверхность (обычно вольфрамовая нить) остается чистой в присутствии многих адсорбатов благодаря тому, что она все время нагрета до высокой температуры. Во всяком случае работа в условиях пространственноограничивающего заряда маскирует изменение работы выхода нити. При применении конденсаторного метода отсчетную пластинку лгожно сделать из неактивных металлов, например золота или, при работе с азотолг, платины. В настоящее время обычно используется метод, заключающийся [c.126]

Конечно, ректификацию возможно и выгодно применять далеко не всегда. Так, при малых концентрациях вещества в смеси извлечение его этим методом оказывается невыгодным. Тогда, по возможности, следует применять другие методы разделения, например экстракцию или (в случае смесей газов) адсорбцию. Нежелательно использование ректификации при разделении смесей, содержащих вещества, неустойчивые в условиях повышенных температур, разлагающиеся или полимеризующиеся. Сказанное относится, конечно, только к тем процессам, когда не удается какими-либо мерами (применение вакуума, введение ингибиторов) предотвратить разложение или полимеризацию в процессе ректификации. Наконец, всегда нужно иметь в виду, что ректификационные процессы являются энергоемкими, поэтому окончательный выбор метода, при возможности использования других, должен делаться на основе экономического анализа. [c.496]

Л1етод Кейер — Рогинского специально предназначен для различения однородности и неоднородности каталитических поверхностей. В этом методе исходят из предположения, что при неоднородной поверхности (т. е. поверхности, состоящей из набора участков, более или менее прочно связывающих адсорбирующиеся частицы) в первую очередь будут адсорбироваться молекулы или атомы на участках с сильной адсорбцией, а затем — на участках со слабой адсорбцией. Если затем осуществить десорбцию адсорбированного вещества, то в первую очередь будут освобождаться участки поверхности со слабой адсорбцией и только позднее, т. е. в более высоком вакууме или при больших температурах, будет происходит десорбция с участков с сильной адсорбцией. Таким образом, если неоднородная поверхность сначала соприкасается с дейтерием, так что покрывается ее половина, а затем следующая часть поверхности покрывается обычным водородом, то при десорбции будет сначала уходить в газовую фазу водород, а затем уже дейтерий. Если, однако, поверхность однородна, то будет десорбироваться статистическая смесь Нг, НО и Ог. Кейер и Рогинский нашли, что для никеля, приготовленного восстановлением из N 0, реализуется первый из упомянутых выше случаев, что позволило сделать вывод о неоднородности поверхности никеля, примененного в указанной работе. С другой стороны, мы нашли для исследованных нами систем [42], что десорбированные газы всегда состоят из термодинамически равновесной смеси На, НО и Ог, откуда был сделан предварительный вывод, что поверхность никеля в нашем случае однородна. Однако последний вывод при более детальном рассмотрении оказался неправильным. Во-первых, следует отметить, что аргументы в пользу селективной адсорбции и десорбции слишком примитивны, так как можно ожидать, что водород будет адсорбироваться на местах с низкой энергией связи, прежде чем будут покрыты места, обладающие высокими энергиями связи это. может быть обусловлено влиянием конфигурационной энтропии на свободную энергию адсорбции. Во-вторых, разность энергий различных частей поверхности может стать незаметной вследствие отталкивательного взаимодействия между [c.201]

Если адсорбция проводилась при атмосферном давлении, то десорбция может быть только вакуумная, причем расход газа-десорбента тем меньше, а весрвое содержание этилена в отходящем газе тем выше, чем меньше давление газа при десорбции. После откачивания газовой смеси из адсорбера получается обогащенная этиленовая фракция. Если адсорбция проводилась при давлении выше атмосферного, то десорбция может быть проведена в некоторых случаях ери атмосферном давлении без применения вакуума. [c.237]

Сопоставление и обобш,ение результатов, полученных с помощью метода медленных электронов, можно найти в обзорной статье Мея [35]. С помощью этого метода выполнен также ряд исследований по изучению последовательной адсорбции двух газов на одной и той же поверхности никеля. Замечено, что прочно адсорбированный слои кцслорода можно очень быстро удалить, действуя водородом при 200° С. Несомненно, здесь протекает каталитическая реакция обрадования воды, что можно обнаружить по исчезновению специфической поверхностной структуры уже при давлении 10 мм рт. ст. Однако необходимость работать в высоком вакууме ограничивает возможность применения этого метода для непосредственного наблюдения поверхности. Тем не менее результаты наблюдений над каталитическими реакциями в высоком вакууме можно, вероятно, перенести на некоторые реакции, идущие при нормальных условиях. [c.142]

В хорошо прогретой системе состав газов, oдepжaш x я в стеклянных и керамических частях вакуумной установки, в значительной степени зависит от природы газов, которые впускались в установку уже после ее прогрева. Стеклянные части системы при комнатной температуре могут адсорбировать небольшие количества паров воды даже в случае применения обезвоженных газов. Если трубка-реактор работает при высокой температуре, то избирательной адсорбции паров воды не обнаруживается. Ниже будет показано, что если в нагретую до 900° трубку-реактор и поддерживаемые при комнатной температуре стеклянные части впустить водород или гелий, а затем вновь откачать установку, то эти газы окажутся главными компонентами газовой смеси, выделяющейся в вакуумной системе в течение 24—48 час. после такой обработки. Если в эту же систему впустить воздух, то в вакууме образуются главным образом азот, кислород, пары воды, углекислый газ, окись углерода и т. д. [c.205]

Повышение температуры слоя при регенерации увеличивает скорость десорбции двуокиси углерода как в случае вакуумирования, так и в случае применения отдувочного газа. На основании анализа опытных данных нами установлено, что при вакуум-термической регенерации для цеолитов типа NaX оптимальной температурой, обеспечивающей полную десорбцию двуокиси углерода при достаточной скорости ее (при времени, не превосходящем цикла адсорбции и охлаждения), является температура 65—80° С. Для цеолитов типа СаА эта температура несколько выше и составляет 100—120° С. Такой же порядок температур регенерации остается и в случае применения сухого и свободного от двуокиси углерода продувочного газа. Здесь могут применяться два способа нагрева адсорбента. Первый, когда подвод тепла осуществляется через стенки адсорбера, на практике применяется редко, так как в промышленных условиях диаметр адсорбера довольно большой, а х еолиты обладают низкой тенло-проводностью второй, когда подвод тепла осуществляется с помощью продувочного газа, нагретого до определенной температуры, применяется чаще. В этом случае скорость десорбции будет определяться скоростью подвода тепла, т. е. в конечном счете зависеть от количества продувочного газа и его температуры. В промышленных условиях довольно редко имеется в достаточном количестве сухой (точка росы порядка —60° С) и не содержащий двуокиси углерода газ. Наиболее часто для целей регенерации используют природный газ или атмосферный воздух. Влажность воздуха меняется в более широких пределах, чем у природного газа. В этом случае для удаления двуокиси углерода из цеолитов типа NaX температуру в период десорбции следует иметь 100—120° С, а для цеолита СаА — 150—180° С. Одпако, поскольку требуется удаление пе только двуокиси углерода, но и паров воды, температура регенерации должна быть выше. В нроцессе получения защитных атмосфер, если влажность отдувочного газа составляет 5—7 г/м , нагрев цеолита СаА должен быть проведен до 230—250° С. При этом остаточное содержание паров воды в цеолите будет составлять 1.0 1.5 вес. %, что практически не отразится на дальнейшем процессе. [c.248]