Пористая структура адсорбентов

Тверды сорбенты, как правило, отличаются «ажурной» внутренней структурой, включающей поры разного размера. В зависимости от размеров поры подразделяют на три типа: микро-, мезо-, и макропоры.

Микропоры

Наиболее мелкие поры - микропоры - имеют размеры, соизмеримые с адсорбируемыми молекулами. По данным рентгеновского метода, их эффективные радиусы преимущественно находятся в интервале от 0,5 до 1,0 нм. В качестве верхней границы размера микропор принимают радиус 1,5 нм. Суммарный объем микропор промышленных адсорбентов обычно не превышает 0,5 см3/г.

Характерной чертой адсорбции в микропорах является существенное повышение энергии адсорбции по сравнению с адсорбцией в более крупных порах.

В таких промышленных адсорбентах, как активные угли или синтетические цеолиты, размеры микропор соизмеримы с размерами промежутков между смежными порами, образованных веществом адсорбента. Это приводит к тому, что все атомы и молекулы вещества адсорбента находятся во взаимодействии с молекулами адсорбата в микропорах. Другими словами, во всем пространстве микропор существует поле адсорбционных сил. В этом заключается основное отличие адсорбции в микропорах от адсорбции в более крупных порах.

Таким образом, адсорбция в микропорах сводится к заполнению пространства микропор адсорбируемыми молекулами. Основным параметром пористой структуры является объем микропор и обобщенная характеристика их размеров. Понятие «удельная поверхность» для микропор не имеет геометрического смысла, и ее определение по принятым уравнениям сводится к нахождению формальной константы этих уравнений.

Мезопоры

Эффективные радиусы более крупных пор - мезопор - много больше размеров адсорбируемых молекул. Они лежат в интервале от 1,5 до 100-200 нм. Стенки таких, уже относительно крупных пор, образованы очень большим числом атомов или молекул вещества адсорбента; для этого случая приобретает физический смысл понятие о поверхности раздела фаз, т.е. о поверхности пор адсорбента. Обычно поверхность адсорбента относят к единице его массы и называют удельной поверхностью.

Для мезопор действие адсорбционных сил проявляется не во всем их объеме, а практически только на небольшом расстоянии от стенок. Поэтому на поверхности пор происходит мономолекулярная и полимолекулярная адсорбция паров, т.е. образование последовательных адсорбционных слоев, завершающееся заполнением этой разновидности пор по механизму капиллярной конденсации.

Основными параметрами мезопор являются удельная поверхность, объем пор и функция распределения объема пор по размерам. Последние два параметра определяются методами капиллярной конденсации и ртутной порометрией. В зависимости от степени развития пор и преобладающих их радиусов удельные поверхности мезопор могут заключаться в интервале от 10 до 400 м2/г. Мезопоры являются основными транспортными артериями, по которым осуществляется подвод вещества к «емкостям» - микропорам.

Макропоры

Наконец, самые крупные поры адсорбентов - макропоры имеют эффективные радиусы больше 100-200 нм. Их удельная поверхность очень мала - от 0,5 до 2 м2/г, вследствие чего адсорбцией на поверхности пор этого типа практически можно пренебречь. Объем макропор у активных углей составляет от 0,2 до 0,8 см3/г. В крупных порах капиллярная конденсация не происходит, и единственным методом оценки их объема является метод ртутной порометрии. Макропоры играют роль крупных транспортных артерий в зернах адсорбентов.

Еще статьи по экологии

Разработка проекта предельно-допустимых выбросов в атмосферу для стационарного источника загрязнения
Вопрос о воздействии человека на атмосферу находится в центре внимания специалистов и экологов всего мира. И это не случайно, так как крупнейшие глобальные экологические проблемы совреме ...

Оценка воздействия на окружающую среду проектируемого производственного здания для инсинераторных установок
Одним из принципов охраны окружающей среды является обязательность оценки воздействия на окружающую среду при принятии решений об осуществлении хозяйственной и иной деятельности (ст. 3 ФЗ «Об ох ...

Проблемы природопользования и землепользования в сельскохозяйственном производстве
Никакая другая отрасль общественного производства не связана так с использованием природных ресурсов, как сельское хозяйство. Ведь труд земледельца и животновода - это по существу использование природ ...