Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Сорбционные процессы




Вследствие наличия поверхностной энергии на границе раздела фаз происходит накопление тех или иных частиц. Процесс поглощения одного вещества (сорбтива) другим (сорбентом), в результате которого изменяется (как правило, повышается) концентрация первого вещества, называетсясорбцией. Вещество, которое поглотилось, называется сорбатом. Процесс, обратный сорбции, называется десорбцией. В зависимости от механизма сорбции различают адсорбцию, абсорбцию, хемосорбцию,капиллярную конденсацию.

Адсорбцияэто процесс изменения концентрации вещества на границе раздела фаз. К адсорбентам, на поверхности или в порах которого происходит адсорбция, относятся активированный уголь, силикагель, цеолиты и др. Абсорбцияэто процесс поглощения вещества всем объемом сорбента. Поглощение одного вещества другим, сопровождающееся химическими реакциями, называется хемосорбцией. Капиллярная конденсация заключается в ожижении паров в микропористых сорбентах.

Любой сорбционный процесс начинается с адсорбции на границе соприкасающихся фаз. Адсорбция имеет место на границе раздела жидкость-газ, твердое тело-газ(жидкость), жидкость-жидкость. В результате процесса адсорбции происходит уменьшение свободной поверхностной энергии, и процесс протекает самопроизвольно. При этом чем больше поверхность адсорбента, тем больше количество адсорбата. Внутренняя поверхность адсорбентов характеризуется удельной поверхностью, т.е. поверхностью, которая приходится на 1 г сорбента. Например, активированные угли характеризуются удельной поверхностью до 1000 м2/г.

Так как процесс адсорбции протекает самопроизвольно, то энергия Гиббса адсорбции имеет отрицательное значение: ΔGадс < 0. Тепловой эффект адсорбции также имеет отрицательное значение: ΔНадс < 0. В процессе адсорбции происходит упорядочение адсорбированных частиц, следовательно, энтропия системы уменьшается: ΔSадс < 0. Изменение энергии Гиббса системы определяется по уравнению ΔG = ΔH – TΔS, следовательно, с увеличением температуры энергия Гиббса системы при адсорбции возрастает, и при некоторой температуре Тр энергия Гиббса системы станет равна нулю (ΔGадс = 0, Тр·ΔSадс = ΔНадс). В этом случае наступит равновесие, при котором скорость адсорбции равна скорости десорбции. При Т > Тр равновесие сдвигается в сторону десорбции. Следовательно, вещество можно адсорбировать при невысокой температуре и десорбировать при повышенной температуре.

Количественной мерой адсорбции является поверхностный избыток вещества, равный разности его концентраций в поверхностном слое и в таком же слое внутри объема раствораГ (гамма), иначе эта характеристика называется величиной адсорбции. Величина Г зависит от температуры и концентрации адсорбируемого вещества. Зависимость величины адсорбции от равновесной концентрации или равновесного парциального давления при постоянной температуре называется изотермой адсорбции. Наиболее часто для описания изотерм адсорбции используют уравнения Лэнгмюра и Фрейндлиха.

Уравнение Лэнгмюра основывается на предположении, что поверхность адсорбента однородна и при максимальном заполнении образуется мономолекулярный слой:

или ,

где Г – адсорбция при максимальном заполнении; С – равновесная концентрация адсорбата; р – равновесное давление адсорбата; Ка – константа равновесия процесса адсорбции.

Отношение Г/Г называется степенью заполнения адсорбатом поверхности адсорбентаΘ. Соответственно уравнение Лэнгмюра можно записать в следующем виде:

или ,

Уравнение Лэнгмюра характеризует идеализированную систему, тогда как уравнение Фрейндлиха является эмпирическим и соблюдается при адсорбции в области средних заполнений (Θ = 0,2-0,8):

Г = КфСn или Г = Кфрn,

где Кф и n – постоянные.

В соответствии с изотермой адсорбции с увеличением парциального давления газа адсорбция возрастает, следовательно, при понижении давления будет происходить десорбция.







Дата добавления: 2014-10-22; просмотров: 1159. Нарушение авторских прав


Рекомендуемые страницы:


Studopedia.info - Студопедия - 2014-2020 год . (0.002 сек.) русская версия | украинская версия