1. Az adszorpciós szétválasztási folyamat áttekintése
Az adszorpció azt jelenti, hogy amikor egy folyadék (gáz vagy folyadék) érintkezik egy szilárd porózus anyaggal, a folyadék egy vagy több komponense átkerül a porózus anyag külső felületére és a mikropórusok belső felületére, hogy ezeken a felületeken feldúsuljon. monomolekuláris réteget vagy többmolekulás rétegfolyamatot képeznek.
Az adszorbeált folyadékot adszorbensnek, magukat a porózus szilárd részecskéket pedig adszorbensnek nevezik.
Az adszorbens és az adszorbens eltérő fizikai és kémiai tulajdonságai miatt az adszorbens adszorpciós kapacitása is eltérő a különböző adszorbátumokhoz.Nagy adszorpciós szelektivitással az adszorpciós fázis és az abszorpciós fázis komponensei dúsíthatók, így megvalósítható az anyagok szétválasztása.
2. Adszorpciós/deszorpciós folyamat
Adszorpciós folyamat: Koncentrációs folyamatnak vagy cseppfolyósítási folyamatnak tekinthető.Ezért minél alacsonyabb a hőmérséklet és minél nagyobb a nyomás, annál nagyobb az adszorpciós kapacitás.Minden adszorbens esetében a könnyebben cseppfolyósítható (magasabb forráspontú) gázok jobban, a kevésbé cseppfolyósítható (alacsonyabb forráspontú) gázok pedig alacsonyabban adszorbeálódnak.
Deszorpciós folyamat: Elgázosodási vagy elpárologtatási folyamatnak tekinthető.Ezért minél magasabb a hőmérséklet és minél alacsonyabb a nyomás, annál teljesebb a deszorpció.Minden szorbens esetében a cseppfolyósabb (magasabb forráspontú) gázok kevésbé deszorbeálódnak, a kevésbé cseppfolyósítható (alacsonyabb forráspontú) gázok pedig könnyebben deszorbeálódnak.
3. Az adszorpciós elválasztás elve és osztályozása
Az adszorpció fizikai adszorpcióra és kémiai adszorpcióra oszlik.
A fizikai adszorpciós elválasztás elve: Az elválasztást a szilárd felületen lévő atomok vagy csoportok és az idegen molekulák közötti adszorpciós erők (van der Waals erő, elektrosztatikus erő) különbségének felhasználásával érik el.Az adszorpciós erő nagysága mind az adszorbens, mind az adszorbens tulajdonságaitól függ.
A kémiai adszorpciós elválasztás elve az adszorpciós folyamaton alapul, melynek során a szilárd adszorbens felületén kémiai reakció megy végbe, amely során az adszorbens és az adszorbens kémiai kötéssel egyesül, így a szelektivitás erős.A kemiszorpció általában lassú, csak egyrétegű réteget képezhet, és visszafordíthatatlan.
4. Általános adszorbens típusok
A szokásos adszorbensek főként a következők: molekulaszita, aktív szén, szilikagél és aktivált alumínium-oxid.
Molekularita: Szabályos mikropórusos csatornaszerkezettel rendelkezik, fajlagos felülete kb. 500-1000m²/g, főleg mikropórusok, pórusméret-eloszlása 0,4-1nm között van.A molekulaszita adszorpciós jellemzői a molekulaszita szerkezetének, összetételének és az ellenkationok típusának beállításával változtathatók.A molekulaszita főként a jellegzetes pórusszerkezetre és a kiegyensúlyozott kation és a molekulaszita váz közötti Coulomb-erőtérre támaszkodik az adszorpció létrehozásához.Jó termikus és hidrotermikus stabilitásúak, és széles körben használják különféle gáz- és folyadékfázisok elválasztására és tisztítására.Az adszorbens jellemzői: erős szelektivitás, nagy adszorpciós mélység és nagy adszorpciós kapacitás használatkor;
Aktív szén: Gazdag mikropórusos és mezopórusos szerkezetű, fajlagos felülete kb. 500-1000m²/g, pórusméret-eloszlása főleg 2-50nm tartományba esik.Az aktív szén főként az adszorpció által generált van der Waals-erőre támaszkodik az adszorpció létrehozásához, és főként szerves vegyületek adszorpciójára, nehéz szénhidrogén szerves anyagok adszorpciójára és eltávolítására, dezodorra stb.
Szilikagél: A szilikagél alapú adszorbensek fajlagos felülete körülbelül 300-500 m²/g, főként mezopórusos, pórusméret-eloszlása 2-50 nm, a pórusok belső felülete gazdag felületi hidroxilcsoportokban.Főleg adszorpciós szárításra és nyomásingadozásos adszorpcióra használják CO₂ előállítására stb.;
Aktivált alumínium-oxid: A fajlagos felület 200-500m²/g, főleg mezopórusok, a pórusméret eloszlása 2-50nm.Főleg szárításra és dehidratációra, savas hulladékgáz tisztításra stb.
