1. Επισκόπηση της Διαδικασίας Διαχωρισμού Προσρόφησης
Προσρόφηση σημαίνει ότι όταν ένα ρευστό (αέριο ή υγρό) έρχεται σε επαφή με μια στερεά πορώδη ουσία, ένα ή περισσότερα συστατικά του ρευστού μεταφέρονται στην εξωτερική επιφάνεια της πορώδους ουσίας και στην εσωτερική επιφάνεια των μικροπόρων για να εμπλουτιστεί σε αυτές τις επιφάνειες σχηματίζουν μια διαδικασία μονομοριακής στιβάδας ή πολυμοριακής στιβάδας.
Το ρευστό που προσροφάται ονομάζεται προσροφητικό υλικό και τα ίδια τα πορώδη στερεά σωματίδια ονομάζονται προσροφητικό.
Λόγω των διαφορετικών φυσικών και χημικών ιδιοτήτων του προσροφητικού και του προσροφητικού, η ικανότητα προσρόφησης του προσροφητικού για διαφορετικά προσροφητικά είναι επίσης διαφορετική.Με υψηλή επιλεκτικότητα προσρόφησης, τα συστατικά της φάσης προσρόφησης και της φάσης απορρόφησης μπορούν να εμπλουτιστούν, έτσι ώστε να πραγματοποιηθεί ο διαχωρισμός των ουσιών.
2. Διαδικασία προσρόφησης/εκρόφησης
Διαδικασία προσρόφησης: Μπορεί να θεωρηθεί ως διαδικασία συμπύκνωσης ή ως διαδικασία υγροποίησης.Επομένως, όσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία και όσο μεγαλύτερη είναι η πίεση, τόσο μεγαλύτερη είναι η ικανότητα προσρόφησης.Για όλα τα προσροφητικά, τα πιο εύκολα υγροποιούμενα (υψηλότερο σημείο βρασμού) αέρια απορροφώνται περισσότερο και τα λιγότερο υγροποιήσιμα (χαμηλότερο σημείο βρασμού) αέρια προσροφούνται χαμηλότερα.
Διαδικασία εκρόφησης: Μπορεί να θεωρηθεί ως διαδικασία αεριοποίησης ή εξαέρωσης.Επομένως, όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία και όσο χαμηλότερη είναι η πίεση, τόσο πληρέστερη είναι η εκρόφηση.Για όλα τα ροφητικά, τα περισσότερα υγροποιημένα (υψηλότερο σημείο βρασμού) αέρια είναι λιγότερο πιθανό να εκροφηθούν και τα λιγότερο υγροποιήσιμα (χαμηλότερο σημείο βρασμού) αέρια εκροφούνται ευκολότερα.
3. Η αρχή του προσροφητικού διαχωρισμού και η ταξινόμησή του
Η προσρόφηση χωρίζεται σε φυσική και χημική προσρόφηση.
Αρχή του διαχωρισμού φυσικής προσρόφησης: Ο διαχωρισμός επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας τη διαφορά στη δύναμη προσρόφησης (δύναμη van der Waals, ηλεκτροστατική δύναμη) μεταξύ ατόμων ή ομάδων στη στερεά επιφάνεια και ξένων μορίων.Το μέγεθος της δύναμης προσρόφησης σχετίζεται με τις ιδιότητες τόσο του προσροφητικού όσο και του προσροφητικού.
Η αρχή του χημικού διαχωρισμού προσρόφησης βασίζεται στη διαδικασία προσρόφησης κατά την οποία λαμβάνει χώρα μια χημική αντίδραση στην επιφάνεια ενός στερεού προσροφητικού για να συνδυάσει το προσροφητικό και το προσροφητικό με έναν χημικό δεσμό, επομένως η επιλεκτικότητα είναι ισχυρή.Η χημική απορρόφηση είναι γενικά αργή, μπορεί να σχηματίσει μόνο μια μονοστιβάδα και είναι μη αναστρέψιμη.
4. Κοινοί τύποι προσροφητικών
Τα κοινά προσροφητικά περιλαμβάνουν κυρίως: μοριακά κόσκινα, ενεργό άνθρακα, σιλικαζέλ και ενεργοποιημένη αλουμίνα.
Μοριακό κόσκινο: Έχει μια κανονική δομή μικροπορώδους καναλιού, με ειδική επιφάνεια περίπου 500-1000m²/g, κυρίως μικροπόρους, και η κατανομή μεγέθους πόρων είναι μεταξύ 0,4-1nm.Τα χαρακτηριστικά προσρόφησης των μοριακών κόσκινων μπορούν να αλλάξουν ρυθμίζοντας τη δομή του μοριακού κόσκινου, τη σύνθεση και τον τύπο των κατιόντων αντιστάθμισης.Τα μοριακά κόσκινα βασίζονται κυρίως στη χαρακτηριστική δομή πόρων και στο πεδίο δύναμης Coulomb μεταξύ του ισορροπημένου κατιόντος και του πλαισίου του μοριακού κόσκινου για τη δημιουργία προσρόφησης.Έχουν καλή θερμική και υδροθερμική σταθερότητα και χρησιμοποιούνται ευρέως στον διαχωρισμό και τον καθαρισμό διαφόρων αέριων και υγρών φάσεων.Το προσροφητικό έχει τα χαρακτηριστικά της ισχυρής επιλεκτικότητας, του υψηλού βάθους προσρόφησης και της μεγάλης ικανότητας προσρόφησης όταν χρησιμοποιείται.
Ενεργός άνθρακας: Έχει πλούσια δομή μικροπόρων και μεσοπόρων, η ειδική επιφάνεια είναι περίπου 500-1000m²/g και η κατανομή μεγέθους πόρων είναι κυρίως στην περιοχή 2-50nm.Ο ενεργός άνθρακας βασίζεται κυρίως στη δύναμη van der Waals που παράγεται από το προσροφητικό υλικό για τη δημιουργία προσρόφησης και χρησιμοποιείται κυρίως για την προσρόφηση οργανικών ενώσεων, την προσρόφηση και απομάκρυνση οργανικής ύλης βαρέων υδρογονανθράκων, το αποσμητικό κ.λπ.
Silica gel: Η ειδική επιφάνεια των προσροφητικών με βάση το silica gel είναι περίπου 300-500m²/g, κυρίως μεσοπορώδη, με κατανομή μεγέθους πόρων 2-50nm και η εσωτερική επιφάνεια των πόρων είναι πλούσια σε επιφανειακές υδροξυλομάδες.Χρησιμοποιείται κυρίως για ξήρανση προσρόφησης και προσρόφηση αιώρησης πίεσης για παραγωγή CO2, κ.λπ.
Ενεργοποιημένη αλουμίνα: Η ειδική επιφάνεια είναι 200-500m²/g, κυρίως μεσοπόροι, και η κατανομή μεγέθους πόρων είναι 2-50nm.Χρησιμοποιείται κυρίως στην ξήρανση και στην αφυδάτωση, στον καθαρισμό των όξινων αερίων κ.λπ.
