Введение: явление, имеющее широкое применение
Адсорбция — одно из важнейших физико-химических явлений, при котором атомы, ионы или молекулы одного вещества (адсорбенты) прикрепляются к поверхности другого вещества (адсорбаты). Этот процесс играет фундаментальную роль во многих промышленных, экологических и научных приложениях и используется как эффективный метод очистки воды и воздуха, разделения материалов и химического катализа.
Основные принципы абсорбции
Разница между поверхностной адсорбцией и объемной адсорбцией
-
Адсорбция : накопление вещества на границе раздела двух фаз.
-
Абсорбция : проникновение вещества в другую фазу.
Типы поверхностной адсорбции
-
физическое поглощение
-
Вызвано силами Ван-дер-Ваальса.
-
Низкая теплота адсорбции (20-40 кДж/моль)
-
Обратимо при изменении температуры или давления.
-
-
химическая адсорбция
-
Образование химических связей
-
Высокая теплота поглощения (80-400 кДж/моль)
-
В целом необратимо
-
Факторы, влияющие на процесс адсорбции
Эффективность поглощения
-
Удельная площадь поверхности (площадь поверхности на единицу массы)
-
Распределение размеров пор
-
Поверхностная химия (наличие функциональных групп)
Свойства абсорбирующих материалов
-
молекулярный диаметр
-
полярность
-
растворимость
Условия труда
-
температура
-
pH окружающей среды
-
Первоначальный фокус
-
Время разговора
Промышленное применение абсорбции
Очистка воды и сточных вод
-
Удаление тяжелых металлов с помощью активированного угля
-
Адсорбция органических соединений смолой
-
Удаление фосфатов с использованием оксидов металлов
Очистка воздуха и газа
-
Поглощение летучих органических соединений (ЛОС)
-
Отделение углекислого газа от дымовых газов
-
Дыхательная система и противогазы
пищевая промышленность
-
Изменение цвета сахара и растительного масла
-
Детоксикация грибков
-
Фильтрация напитков
Химическая и нефтехимическая промышленность
-
газовая сушилка
-
Очистка продукта
-
Гетерогенные катализаторы
Распространенные абсорбирующие материалы и их свойства
активированный уголь
-
Высокая площадь поверхности (до 3000 м²/г)
-
Регулируемая пористость
-
Широко используется для очистки.
Цеолит
-
регулярная кристаллическая структура
-
молекулярная селективность
-
Высокая термическая стабильность
силикон
-
поверхностный гидроксил
-
Отлично впитывает влагу .
-
относительно низкая цена
оксиды металлов
-
селективная адсорбция ионов
-
Применение для удаления тяжелых металлов
-
Возможность регулировки поверхности
Адсорбционные и термодинамические модели
уравнение адсорбции
-
Ленгмюр : Монослойная адсорбция
-
Фрейндлиха : многослойная адсорбция.
-
BET : Многослойная теория
кинетика адсорбции
-
Модель полупервого порядка
-
модель квазивторого порядка
-
модель внутричастичной диффузии
термодинамические параметры
-
Свободная энергия Гиббса (ΔG)
-
Теплосодержание (ΔH)
-
Энтропия (ΔS)
Новая технология поверхностного поглощения
наноабсорбирующие материалы
-
наночастицы оксидов металлов
-
Металл-органические каркасы (МОФ)
умный поглотитель
-
Реагирует на внешние раздражители
-
Избирательная изоляционная способность
-
контролируемая система
биоабсорбирующий материал
-
Используйте натуральные материалы
-
Низкая стоимость и экологичность.
-
Сорбенты на основе биомассы
Проектирование промышленных абсорбционных систем
Система с фиксированной кроватью
-
колонка, заполненная абсорбирующим материалом
-
Сломать кривую
-
Расчет времени насыщения
Мобильная система кроватей
-
непрерывный поглотитель потока
-
Высокая эффективность
-
Самый сложный процесс
Система псевдоожиженного слоя
-
Лучший контакт между абсорбирующим материалом и жидкостью
-
уменьшить падение давления
-
Необходимость точного контроля
Будущие проблемы и решения
Текущие ограничения
-
ограниченная абсорбционная способность
-
Некоторые абсорбирующие материалы стоят дорого.
-
Проблема обновления абсорбирующего материала
Исследовательское управление
-
Разработка селективных сорбентов
-
Улучшить абсорбционную способность
-
Совершенствование методов реанимации
Результат: светлое будущее абсорбции.
Адсорбция, будучи эффективной и гибкой технологией, играет важнейшую роль в решении многих промышленных и экологических задач. С разработкой новых адсорбционных материалов и усовершенствованием процессов эффективность методов адсорбции постоянно повышается. Благодаря разработке интеллектуальных адсорбентов , наноструктур и гибридных систем, адсорбционная технология имеет многообещающее будущее.
Технические консультации : Для достижения оптимальных результатов в промышленных условиях необходимы предварительные лабораторные исследования для выбора подходящего абсорбирующего материала и оптимизации условий эксплуатации. Эти первоначальные инвестиции могут способствовать значительной экономии эксплуатационных расходов и повышению эффективности системы в долгосрочной перспективе.