Лекція №15. Адсорбція на твердому адсорбенті

Основні питання:

1. Види сорбційних процесів. Теорія мономолекулярної адсорбції Ленгмюра. Рівняння Фрейндліха.

2. Адсорбція на межі поділу твердий адсорбент – газ.

3. Адсорбція на межі поділу твердий адсорбент – розчин.

Сорбція ‑ процес самочинного поглинання газів, парів або розчинних речовин поверхнею твердого тіла або рідиною.

Сорбент – речовина, що поглинає розчинену речовину, а сорбтив – речовина, яка поглинається, сорбентом.

Залежно від глибини проникнення часточки сорбтива у сорбент сорбційні процеси поділяють на адсорбцію (поверхнева сорбція), абсорбцію (об’ємну сорбцію)

Зміна концентрації речовини поблизу поверхні поділу фаз порівняно з об’ємною фазою, називається адсорбцією. Всі адсорбційні явища є самочинними процесами. При адсорбції відбувається збільшення різниці концентрацій між газовою (рідкою) фазою та поверхнею твердого тіла, накопичення газоподібної (рідкої) речовини поблизу поверхні поділу фаз.

Адсорбент – тверде тіло, на поверхні якого відбувається адсорбція.

Адсорбтив – речовина, що адсорбується.

Адсорбат – адсорбована речовина.

У харчовій промисловості як адсорбенти широко використовують деревне та кісткове вугілля, силікагель, целюлозну масу, цеоліти та іоніти. На практиці використовують активоване вугілля, яке одержують активацією вугілля – сирцю твердих порід дерев. Вугілля-сирець підлягає термічній обробці при 700 – 900 С в атмосфері водяної пари або вуглекислого газу. При цьому органічні речовини і вугілля частково реагують з водяною парою та вуглекислим газом з утворенням СО і Н₂. По мірі вигорання непотрібних вуглецевих сполук, активацію припиняють. Активоване вугілля як адсорбент використовують при очищенні цукрового сиропу, знебарвлення рідини, очищенні повітря на промислових підприємствах.

Силікагелі (продукт зневоднення гелів силікатної кислоти) мають питому поверхню від 400 до 800 м²/г. Вони здатні утримувати до 50% води до своєї маси. Целюлозна маса має меншу питому поверхню, ніж вугілля та силікагель, тому використовується у якості адсорбенту при освітленні соків і пива.

Внаслідок адсорбції відбувається зниження поверхневого натягу на межі адсорбент – адсорбат на ∆σ, тобто адсорбція відбувається довільно до встановлення стану адсорбційної рівноваги між прямим (адсорбція) і зворотним (десорбція) процесами.

Десорбція – це процес відокремлення адсорбованих молекул з поверхні адсорбенту. З часом швидкість адсорбції зменшується, а швидкість десорбції зростає.

Адсорбційна рівновага – стан, при якому швидкість адсорбції зрівнюється зі швидкістю десорбції.

(_{адсорбції} = _{десорбції})

Залежність адсорбції від рівноважної концентрації розчиненої речовини при постійній температурі називається ізотерма адсорбції.

Адсорбція газу на твердому тілі – найпростіший випадок адсорбційного процесу, оскільки така система складається з двох компонентів. На явище адсорбції з розчинів вперше зверну увагу в 1785р. російський хімік і фармацевт Т.Є.Ловиць. в ХХст. явище адсорбції досліджували І. Ленгмюр, В СРСР – М.А. Шилов, М.М. Дубінін, А.В.Кисельов.

Розроблено декілька теорій фізичної адсорбції.