Сорбция — это поглощение одного вещества (сорбата) другим (сорбентом). Поглощаемой и поглощающей средой может быть твердое тело, жидкость или газ. Сорбционные процессы применяются для очистки сточных вод, извлечения драгоценных и редкоземельных металлов, выполнения химических реакций для получения веществ и решения других производственных задач.
Содержание
- Абсорбция и адсорбция
- Разновидности сорбционного процесса
- Особенности внутренней и внешней диффузии
- Оборудование
Абсорбция и адсорбция
Есть следующие виды сорбции в зависимости от механизма поглощения:
- Абсорбция. Поглощение и распределение среды происходит по всему объему жидкого абсорбента.
- Адсорбция. Сорбат скапливается на поверхности твердого или жидкого адсорбента.
Разобраться в разнице процессов помогут примеры. Активированный уголь, помещенный в газообразную среду, будет впитывать ее всем своим объемом. Молекулы газа проникнут вглубь, достигнут внутренней структуры угля. Это пример абсорбции. Если в воду капнуть маслом, водные молекулы скопятся на поверхности маслянистой капли, не проникая в глубинные слои. Это адсорбционный процесс.
Скорость адсорбции зависит от концентрации сорбата и его химического строения, а также от температуры воды, вида и свойств адсорбирующего материала.
Адсорбционный метод очистки предполагает перенос содержащихся в растворе веществ к поверхности частиц адсорбента (во внешнедиффузионную зону). Далее запускается процесс адсорбции, в результате которого среда переносится внутрь зерен адсорбента (во внутридиффузионную область).
Адсорбция растворенных в жидкой среде веществ на поверхности твердого сорбента происходит за счет разности между молекулярными силами на поверхности раздела фаз. При этом молекулы растворенного вещества могут взаимодействовать с частицами адсорбента или с водой в процессе гидратации.
Сила удержания вещества на поверхности адсорбента зависит от разности сил взаимодействия между молекулами. Если энергия гидратации частиц сорбата повышается, ослабляется адсорбция среды из раствора, так как ее молекулы начинают испытывать более сильное противодействие.
Разновидности сорбционного процесса
Физическая и химическая сорбция
Выделяют физическую сорбцию, при которой поглощение вещества происходит за счет межмолекулярных сил, не зависящих от природы сред. Также есть химическая адсорбция, когда между сорбентом и сорбатом возникают связи и происходят химические превращения.
Статическая и динамическая сорбция
Процесс сорбции может быть статическим и динамическим. В первом случае газообразный или жидкий сорбат контактирует или смешивается с неподвижным сорбентом. Такое сорбирование выполняется в оборудовании с мешалками.
Динамическая сорбция предполагает пропускание подвижного жидкого или газообразного поглощаемого вещества через слой сорбента. Для этого используются аппараты с псевдоожиженным слоем и различные фильтры.
В зависимости от вида сорбции у поглощающего вещества может быть статическая и динамическая активность. Первое понятие обозначает количество сорбата, отнесенное к единице массы сорбента на момент достижения равновесия. Это состояние баланса устанавливается при стабильной температуре жидкости и начальной концентрации вещества.
Динамическая активность поглощающей среды — количество среды, адсорбированной определенной единицей объема или веса вещества до времени появления сорбента в фильтре. Также это понятие определяется как время от начала пропускания сорбата до его выхода за пределы сорбента.
В промышленных аппаратах для поглощения (адсорберах) сорбционный процесс носит динамический характер. Применение такой технологии помогает обеспечить автоматизацию производства и его бесперебойность. Динамическая активность сорбента находится в пределах от 45 до 90%.
Особенности внутренней и внешней диффузии
Адсорбционное поглощение происходит с высокой скоростью, и сам момент адсорбции не лимитирует процесс. Лимитирующая стадия в этом случае — диффузия. Это взаимное проникновение одной среды в другую. Есть внешняя диффузия, когда происходит перенос вещества к зерну, и внутренняя, протекающая в порах внутри зерна: от внешней поверхности гранулы к поверхности пор. Адсорбцию лимитируют оба этих процесса или один из них.
В зоне внешней диффузии на скорость переноса среды влияет величина турбулентности потока — скорость течения жидкости. При внутренней диффузии все зависит от характеристик адсорбирующего вещества. Важны следующие параметры: вид адсорбента, ширина пор, форма и величина зерен, размер молекул сорбата, коэффициент массопроводности.
Гидродинамический режим адсорбционного процесса должен лимитироваться в зоне внутренней диффузии. Сопротивление в этом случае можно уменьшить, подобрав адсорбент нужной текстуры и уменьшив фракцию его зерен. Приблизительный размер зерен адсорбента — 2,5 мм. Если диаметр меньше, адсорбция лимитируется во внешнедиффузионной зоне, если больше — во внутридиффузионной.
Оборудование
Для сорбции используется специальное оборудование. Компания «Ниотекс» выпускает сорбционные колонны для извлечения драгоценных и редкоземельных металлов. С их помощью можно получать золото, серебро, платину, литий, уран и другие материалы.
Для изготовления оборудования используются качественные пластики: полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид. Колонны работают в широком температурном диапазоне, обладают высокой прочностью, устойчивостью к коррозии и химическим веществам. Их материалы не вступают в реакцию с сорбатом и сорбентом.
Предлагаем приобрести продукцию в Москве или заказать на сайте с доставкой в любой город России. Задать вопросы можно по телефону или в онлайн-чате.