книги из ГПНТБ / Глущенко В.Ю. Введение в физическую адсорбцию учеб. пособие
.pdfМИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И ШЕЦИАЛЫЮГО СРЕДНИ) ОБРАЗОВАНИЯ РСФСР
Дальневосточный государственный университет
В.В. ГЛУЩЕНКО
ВВЕДЕНИЕ В ФИЗИЧЕСКУЮАДСОРБЦИЮ
( учебное пособие")
Владивосток
197 Ч
Печатается по решению редакцисню-
издательского Совета Дальневосточного государственного
университета.
Ответственный редактор - профессор В.Т.Быков.
J 6 //6
Гео. публичная научно - техничв -цая (библиотек* СССР
ЭКЗЕМПЛЯР ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛА
|
|
О О Л E P i |
‘ 8 1 I |
|
|
1 . |
Прежюлвяав |
............ ........... ... |
. |
............- |
f |
2 . |
Введедаа............. |
........ , .............................................. |
2 |
||
3. |
Адсорбвяты................................ |
|
|
|
3 |
4. |
Зхояерлманталмше ue«»m |
... « ................................. |
|
|
15 |
|
5. Твриодяяаш» ахоорбдегаих я » н | .... |
. . . |
. . . . 2 1 |
||||
6. Природа адсорбционных в » . |
......... |
.......3 2 |
||||
7» Теория ююмолехуяцршй а д о о р б * ! |
* , . |
40 |
||||
8 . Потевцшвлы»» творя* аазорвцяя.. . . . . . . |
. . . . |
. . . . 4 9 |
||||
9 . Твор*я волвислекударю#1 аязорбшя В 8?* ... |
,...,56 |
|||||
10. |
Адсорбция эшжропорах ( |
« о р и абъЬияарг з а |
|
|||
|
полнения махройбр)................................... |
|
|
|
б |
|
11. |
Капядяндоя конденсация. . . . . . . . . |
. . . . . . |
. . . . |
. . . . |
70 |
|
12. |
AWpptftiHi nix грешив гах-ияшвть... . |
. . . . |
. . . . |
Ш |
||
13» ХдЫхрбцяя я* рвотворов... . . . . . . . |
. . . . . |
. . . . |
. . . . |
09 |
||
. а). |
Заваляиооть адсорбция ос текнератда........ |
ПО |
||||
|
б). assBOttioeTb адеорбдаи от арирохы |
аоверх- |
|
|||
|
|
■'■i!i*3SUPK |
|
|
|
112 |
|
|
soon адсорбента.................................. |
|
|
|
|
14. |
Кяяеяга фимтесивА а д с о р б ц и я ............... |
|
ПЗ; |
|||
15. |
Динанага аяоорбни»............................................... |
|
|
123 |
||
|
а ) |
. Теоретические основы.... . . . . . . . . |
. . . . . |
. . » |
123 |
|
|
б) |
, Яраятичеовяв арканы разделен»* |
свбевй^. |
136 |
I
П Р Е Д И С Л О В И Е
Знание закономерностей, которым подчиняются адоорб-
пяонние явления, полезно большинству химиков. Адсорбционные явления происходят на границе раздела фаз я в значительной отепени предопределяют характер я особенности гетерогенных нроцеоооя. Литература по адоорбцин довольно обиириа, но рао-
сеяна я часто весьма специальна. Поэтому оиотематичеокое изложение обюях закономерностей адоорбцин на уровне учебно го поообия представляется не линиям.
Врамках поставленной задачи будут изложены введения
отех поверхноотных явлениях, которые обязаны проявлению олвбых межмолекулярных (ван-дер-вавльоовых) онл. Этот раз
дел науки о поверхноотных явлениях изучен наиболее ояоте-
матичеокя я полно. Тем не менее, интерес к ним заметно рас-
твт, ноток новых идей вей увеличивается. В подходяннх для втога местах будут указаны границы, за которыми явления уже же подчиняются законам физической адоорбцин - предме
ту наложения. v
В Дальневосточном государственном универонтете курс
вдоорбцяя впервые прочитан профессором В.Т.Быковын. В соз данной ян лаборатории адсорбции студенты получают навыки нооледовательской работы, и, может быть, нм поможет пред лагаемое "Введение в физическую адсорбцию". В основу нас-
то® его учебного пособия положены лекция, прочитанные автором в последние годи для студентов. Для углублённого изучения курса полезно обратиться к литературе, прчвенеяяок в ноосбки, а танке и оригинальным ясточнекям.
В В Е Д Е Н И Е .
Поверхностные атомы и молекуш либого тела заметно
отлячаютоя от тех атомов н молекул, которые находятся внутри фазы. Частицы, слагающие фазу,окружены со воех сторон дос таточно равномерно другими частицами, и результирующая сил их взаимодействия оказывается равной нулю, какова бы ни бы ла природа этих сил. Отличное от нуля значение имеет сумга
сил, действующих на гг -ичные атомы и молекулы. Эта суммар
ная сила направлена внутрь фазы. Поэтому поверхность любого тела обладает поверхностным натяжением к стрештся умень
шиться. Слагающие её атомы и молекулы имеют некомпенсиро
ванные силы для образования дополнительной связи о атомами
и молекулами другой фазы.
Результатом соприкосновения разнородных фаз являет
ся концентрирование вещества на поверхности раздела -
адсорбция. Попадая на поверхность твёрдого тела, частица
оказывается как-то связанной с граничными атомами (молеку лами) , теряя, по крайней мере, одну степень свободы. Про-
цесо адсорбции сопровождается умеяьненнем энтропия aS . .
Насыпая некомпенсированные поверхностные онлы, адоорбнро-
вавяие частицы повивают поверхностное натяхоиие в.приводят
и уменьшению свободной |
энергий онотемы д Т |
. Поскольку |
дН * |
+ T & S |
ф |
то н .величава дН оказывается со знаком м*яус, З-.v озна чает, что любой адсорбционный процесс вкаотершчен.
Адсорбция есть чаотный олучей болею общего яьлеа-тя оорбааы. включающего к абсорбпкю. то есть аенцентряровыяиб
3
газа иди пара в обьё^в твёрдо**«да кадкой фазы., Часто оба процесса взаимосвязаны, тогда нельзя провести чёткой грани цы между нния ■
Адсорбент*- тело, поглощающее атомы а молеиуды по
верхностью. Строго говоря, любые твёрдые тала-адсорбенты,
во обычно вод ним понимают высокодяопарсные и пористые тела. Поглоиаимые имя вевества - адсорбаты (адоорбтива,ад сорбируемые вещества), Адсорбция носит ноиомогвдулярный
(л и молекулярный) характер, если процесс поглощения закан чивается образованием на поверхности только одного слоя молекул адоорбата. и полимолекглярный Сцультимолактляриый).
вели образуется несколько одоев?* При определённых уолом ал, когда заполнение нор адсорбента достигнет заметных ве янии, дальнейшее поглощение монет сопровождаться капил-
* Термин адсорбент дучие заменять другим - сорбент,
когда речь даёт о твердых телах, претерпевающих заметные изменения своей структуры из-за проюятноненик молекул ад сорбируемых веяестя вглубь твёрдой фаны.
** Современная тонга зрения ян мехамизн адоорбдеи сводит
ся к. тому, что образование каждого последующего олоя на чинается sag д0 завершения построения преинествувщаго.
йовтому более строгим следует счятатт, уермхв к п и п ю а -
arдивная а*;*»рбпвяч Но тая хае в обвярнои .сптратуре по ЗЖОр.бдаг устоялся тгсм*» яоли>«о.:<е>тч>х>ы»я , >ьохчеаяч
е г о и и в , п о м н я в то же л о с и й , ч у о о а и в к а е с т р о г - .
4
ляриой ковденоапной. я его означает, что теперь пропеоо обя-
аяя иейотаию капиллярных сил, в свое! $*зической основе оди-
наковнх о силами !ан-дер-Ваалъоа, но несколько своеобразных но условиям проявления,
Адоорбент поглощает тем больше, чем больве его гдельная поверхность, то есть поверхность, вриходяиаяоя на единицу его маоом (обычно на I г).*
* Для некоторых микропористых»адсорбентов, о чём будет ока дано ниже, понятна уделы»ft поверхности неприменимо
5
I- * AJ L f tJ L S .L f l.U i [i-e l
Яярокое ярпол зов*ям ядвербявгов ■ ячяота* ногжтя-
тлай , катаязаторо» * яеоятояй ятяяируових веяеотв,
фяотацхонных n irN M t, нмюяктвяй мямяров, омавох я мкоя, в тяпографяя* п я ш а * «.ж. м мяогвм онределяет-
оя большим разяовбромем яя ятрумгрн я H e le n . Но по ха рактеру основных, мремлямйх пряяяакав адоорбентм мояяо развеять на трн бвямяя кляеев: адворбвятм «мопфяойгюп-
нгоктяркой (noaiBfjgMt) х я и и т я я и и ж » о тя тгн и .
Деление в известном омыоя условное, хотя бы в отм еняя аморфных веществ, а структуре которых обнаружено преобла
дающее значение ковалентных овяжей я ближний порядок, сход ный с порядком в ооответствувмнх кристаллических отруктуряж.
Типичным примером таких адсорбентов является активные угли.
Они образуются в результате воздействия на грубопоркотое
(например, кокс) я л непориотое тело агрессивных газов я жидкостей. Газы-окислитея при температуре около 900°С (00j или Н20) активно взаимодействуют о яоходиыи углем;
происходит образование чрезвычайно пористой структуры за счёт выгорания частя угля. Удельная поверхность полученных так образцов достигает многих сотен м / г , а размеры нор -
десятков или сотен Я. (Суммарный объём пор, в ооаовиом
яизоПор, колеблется в пределах 0,Э-0,5 ои^/г).
Вструктуре активных углей преобладают грвфятоподоб-
шм слои ограниченного размера, расположенные параллельно друг Другу без наличия дальнего поряхия. Размеры упорядочен
ных частип (кписталлтов) могут яэмевятьоя в пределах
Ор
9-60X7-10 А . Активные угли еоть производные графита, в отрук
6
туре которого произошли глубокие изменения в результате окисления. Если для идеального графита характерно плавильное расположение слоёв о сохранением воех характеристических расстояний (рис.1), то в структуре-активны*»углей при сохране
нии такого же расстояния углерод-углерод внутри слоёв, как
о
в графите, расстояние между слоями составляет около 3,6 к
против 3,354 А в графите (15°С).
Выгорание углерода приводит к обрыву цепочки конден сированных колец (базисных граней) и образование в местах обрыва так называемых поверхностных йкякшональиых групп
(поверхностных окислов) - ПФГ. Последние играют большую роль в адсорбционных, каталитических я ионообменных процессах.
ПроетеЙяй** типами таких групп могут быть следующие:
На поверхности активных углей (равно как на большинстве угле родных тел) достаточно убедительно доказано существование и карбоксильных групп. Такие группы сиоообкы к ионному обмену.
В зависимости от характера поверхностных групп уголь может быть "основным" или "полым".