Рассмотрим, как получают активированный уголь.

В качестве сырья в производстве активированного угля используются материалы органического происхождения: древесина, каменный уголь, битумный уголь, скорлупа кокосовых орехов и др. Указанное сырьё сначала обугливают, затем подвергают активации.

Сущность активации состоит во вскрытии пор, находящихся в углеродном материале в закрытом состоянии. На поверхности обычных углей «сидят» молекулы различных продуктов разложения органических веществ, образующихся в процессе обжига. Таким образом, доступ адсорбтива к большинству элементарных кристалликов углерода – закрыт.

Активация таких углей проводится:

- либо термохимически (предварительно материал пропитывают раствором хлорида цинка, карбоната калия или некоторыми другими соединениями, и нагревают без доступа воздуха),

- либо путём обработки перегретым паром или углекислым газом или их смесью при температуре 800—850 °C.

При этом поверхность угля очищается и разрыхляется, поры расширяются и это делает доступными для адсорбтива внутренние слои угля.

Значение удельной поверхности пор у лучших марок активированных углей может достигать 1800—2200 м² на 1 г угля.

 Различают макро-,  мезо- и микропоры. В зависимости от размеров молекул, которые нужно удержать на поверхности угля, уголь должен изготавливаться с разными соотношениями размеров пор.

Процессы сорбции при осушке газов.

Адсорбция паров воды на твердых адсорбентах лежит в основе процессов осушки газов в различных целях:

- повышения теплотворной способности природного газа;

- предотвращения образования ледяных «пробок» в трубопроводах при перекачивании газов в условиях низких отрицательных температур наружного воздуха;

- обеспечения сухой атмосферы в домашних и производственных помещениях и т.д.

Известно, что концентрация влаги в воздухе оказывает существенное влияние на состояние здоровья человека. Избыток влаги вреден не только для людей и домашних животных, но и для строений, мебели, оборудования и других предметов. Осушитель воздуха — оборудование, необходимое для поддержания благоприятного микроклимата.

Рассмотрим осушку газов силикагелем.

Силикагели служат для поглощения полярных веществ. Мелкопористые силикагели используют для адсорбции легкоконденсируемых паров и газов, крупнопористые и частично среднепористые силикагели служат эффективными поглотителями паров органических соединений. Высокое сродство поверхности силикагелей к парам воды обусловливает широкое их использование в качестве агентов осушки разнообразных газовых сред. Силикагели негорючи и характеризуются низкой температурой регенерации (110—200 °С) и достаточно высокой механической прочностью. 

Осушка воздуха проводится чаще всего с использованием в качестве адсорбента силикагеля. Осушку производят в динамических условиях, пропуская поток влажного газа через слой адсорбента.

На поверхности твердого пористого сорбента происходит сорбция водяных паров из воздуха. Поглощение паров влаги идет до установления равновесия: когда скорости процессов десорбции и сорбции становятся одинаковыми. Равновесное содержание влаги зависит от природы адсорбента и от температуры.

m SiO₂ + n H₂O = m SiO₂ x n H₂O

( силикагель) + (пары воды) = (кристаллогидрат)

При повышении температуры ускоряется десорбция и равновесие смещается справа налево, т.е, обратная реакция соответствует процессу регенерации силикагеля.

При нагревании насыщенного водой силикагеля до 200 °С происходит удаление адсорбированной воды и восстановление его адсорбционных свойств. На этом основан метод термической регенерации насыщенного влагой силикагеля. В случае дальнейшего повышения температуры (выше 200 °С) начинается выделение воды за счет ОН-группы поверхности и структура силикагеля разрушается.

Вопросы для самоконтроля к лекции 9 на тему:

«Адсорбция газов и паров на поверхности твердых тел и жидкостей».

1. Назовите и объясните три стадии сорбции газов.

2. Приведите примеры двух типов хемосорбции.

3. Какой процесс сопровождает адсорбцию паров мелкопористыми адсорбентами? Как ведут себя при этом газы?

4. Какие основные факторы определяют величину адсорбции газов? Охарактеризуйте количественно результат адсорбции газов.

5. Объясните причину легкого воспламенения и быстрого сгорания порошкообразных веществ.

6. Влияние температуры на адсорбцию газов. Что такое рекуперация газов, с какой целью и как она проводится? Приведите примеры.

7. Объясните принцип действия противогаза, а также необходимость осушки воздуха, природных газов.

8. Напишите уравнение реакции, протекающей при осушке влажного воздуха на поверхности зерен силикагеля. Как регенерируют этот адсорбент?