1. Visão geral do processo de separação por adsorção
Adsorção significa que quando um fluido (gás ou líquido) está em contato com uma substância sólida porosa, um ou mais componentes do fluido são transferidos para a superfície externa da substância porosa e para a superfície interna dos microporos para enriquecer nessas superfícies para formar uma camada monomolecular ou processo de camada multimoléculas.
O fluido que está sendo adsorvido é chamado de adsorbato, e as próprias partículas sólidas porosas são chamadas de adsorvente.
Devido às diferentes propriedades físicas e químicas do adsorbato e do adsorvente, a capacidade de adsorção do adsorvente para diferentes adsorbatos também é diferente.Com alta seletividade de adsorção, os componentes da fase de adsorção e da fase de absorção podem ser enriquecidos, de modo a realizar a separação das substâncias.
2. Processo de adsorção/dessorção
Processo de adsorção: Pode ser considerado como um processo de concentração ou como um processo de liquefação.Portanto, quanto menor a temperatura e maior a pressão, maior será a capacidade de adsorção.Para todos os adsorventes, os gases mais facilmente liquefeitos (ponto de ebulição mais alto) adsorveram mais, e os gases menos liquefeitos (ponto de ebulição mais baixo) adsorveram menos.
Processo de dessorção: Pode ser considerado como um processo de gaseificação ou volatilização.Portanto, quanto maior a temperatura e menor a pressão, mais completa será a dessorção.Para todos os sorventes, gases mais liquefeitos (ponto de ebulição mais alto) têm menos probabilidade de serem dessorvidos, e gases menos liquefeitos (ponto de ebulição mais baixo) são mais facilmente dessorvidos.
3. O princípio da separação por adsorção e sua classificação
A adsorção é dividida em adsorção física e adsorção química.
Princípio da separação por adsorção física: A separação é obtida usando a diferença na força de adsorção (força de van der Waals, força eletrostática) entre átomos ou grupos na superfície sólida e moléculas estranhas.A magnitude da força de adsorção está relacionada às propriedades do adsorvente e do adsorbato.
O princípio da separação por adsorção química é baseado no processo de adsorção no qual ocorre uma reação química na superfície de um adsorvente sólido para combinar o adsorbato e o adsorvente com uma ligação química, de modo que a seletividade é forte.A quimissorção é geralmente lenta, só pode formar uma monocamada e é irreversível.
4. Tipos comuns de adsorventes
Os adsorventes comuns incluem principalmente: peneiras moleculares, carvão ativado, sílica gel e alumina ativada.
Peneira molecular: Possui estrutura de canal microporoso regular, com área superficial específica de cerca de 500-1000m²/g, principalmente microporos, e a distribuição do tamanho dos poros está entre 0,4-1nm.As características de adsorção das peneiras moleculares podem ser alteradas ajustando a estrutura da peneira molecular, a composição e o tipo de contra-cátions.As peneiras moleculares dependem principalmente da estrutura de poros característica e do campo de força de Coulomb entre o cátion equilibrado e a estrutura da peneira molecular para gerar adsorção.Possuem boa estabilidade térmica e hidrotérmica e são amplamente utilizados na separação e purificação de diversas fases gasosas e líquidas.O adsorvente possui características de forte seletividade, alta profundidade de adsorção e grande capacidade de adsorção quando utilizado;
Carvão ativado: Possui rica estrutura de microporos e mesoporos, a área de superfície específica é de cerca de 500-1000m²/g, e a distribuição do tamanho dos poros está principalmente na faixa de 2-50nm.O carvão ativado depende principalmente da força de van der Waals gerada pelo adsorbato para gerar adsorção e é usado principalmente para adsorção de compostos orgânicos, adsorção e remoção de matéria orgânica de hidrocarbonetos pesados, desodorante, etc.;
Sílica gel: A área superficial específica dos adsorventes à base de sílica gel é de cerca de 300-500m²/g, principalmente mesoporosa, com distribuição de tamanho de poro de 2-50 nm, e a superfície interna dos poros é rica em grupos hidroxila superficiais.É usado principalmente para secagem por adsorção e adsorção por oscilação de pressão para produzir CO₂, etc.;
Alumina ativada: A área de superfície específica é de 200-500m²/g, principalmente mesoporos, e a distribuição do tamanho dos poros é de 2-50nm.É usado principalmente na secagem e desidratação, purificação de gases residuais ácidos, etc.
