Пористая структура адсорбентов

Тверды сорбенты, как правило, отличаются «ажурной» внутренней структурой, включающей поры разного размера. В зависимости от размеров поры подразделяют на три типа: микро-, мезо-, и макропоры.

Микропоры

Наиболее мелкие поры - микропоры - имеют размеры, соизмеримые с адсорбируемыми молекулами. По данным рентгеновского метода, их эффективные радиусы преимущественно находятся в интервале от 0,5 до 1,0 нм. В качестве верхней границы размера микропор принимают радиус 1,5 нм. Суммарный объем микропор промышленных адсорбентов обычно не превышает 0,5 см3/г.

Характерной чертой адсорбции в микропорах является существенное повышение энергии адсорбции по сравнению с адсорбцией в более крупных порах.

В таких промышленных адсорбентах, как активные угли или синтетические цеолиты, размеры микропор соизмеримы с размерами промежутков между смежными порами, образованных веществом адсорбента. Это приводит к тому, что все атомы и молекулы вещества адсорбента находятся во взаимодействии с молекулами адсорбата в микропорах. Другими словами, во всем пространстве микропор существует поле адсорбционных сил. В этом заключается основное отличие адсорбции в микропорах от адсорбции в более крупных порах.

Таким образом, адсорбция в микропорах сводится к заполнению пространства микропор адсорбируемыми молекулами. Основным параметром пористой структуры является объем микропор и обобщенная характеристика их размеров. Понятие «удельная поверхность» для микропор не имеет геометрического смысла, и ее определение по принятым уравнениям сводится к нахождению формальной константы этих уравнений.

Мезопоры

Эффективные радиусы более крупных пор - мезопор - много больше размеров адсорбируемых молекул. Они лежат в интервале от 1,5 до 100-200 нм. Стенки таких, уже относительно крупных пор, образованы очень большим числом атомов или молекул вещества адсорбента; для этого случая приобретает физический смысл понятие о поверхности раздела фаз, т.е. о поверхности пор адсорбента. Обычно поверхность адсорбента относят к единице его массы и называют удельной поверхностью.

Для мезопор действие адсорбционных сил проявляется не во всем их объеме, а практически только на небольшом расстоянии от стенок. Поэтому на поверхности пор происходит мономолекулярная и полимолекулярная адсорбция паров, т.е. образование последовательных адсорбционных слоев, завершающееся заполнением этой разновидности пор по механизму капиллярной конденсации.

Основными параметрами мезопор являются удельная поверхность, объем пор и функция распределения объема пор по размерам. Последние два параметра определяются методами капиллярной конденсации и ртутной порометрией. В зависимости от степени развития пор и преобладающих их радиусов удельные поверхности мезопор могут заключаться в интервале от 10 до 400 м2/г. Мезопоры являются основными транспортными артериями, по которым осуществляется подвод вещества к «емкостям» - микропорам.

Макропоры

Наконец, самые крупные поры адсорбентов - макропоры имеют эффективные радиусы больше 100-200 нм. Их удельная поверхность очень мала - от 0,5 до 2 м2/г, вследствие чего адсорбцией на поверхности пор этого типа практически можно пренебречь. Объем макропор у активных углей составляет от 0,2 до 0,8 см3/г. В крупных порах капиллярная конденсация не происходит, и единственным методом оценки их объема является метод ртутной порометрии. Макропоры играют роль крупных транспортных артерий в зернах адсорбентов.

Еще статьи по экологии

Аварии на зарубежных атомных электростанциях
В связи с постоянным стремлением человечества улучшить свою жизнь, мы постоянно ускоряем темпы производства. Это не может не отразиться на такой отрасли как энергетика. Самой распространённо ...

Фитогенные факторы
Фитогенный фактор - влияние растений. Проявляется в подавлении процессов роста и развития корневыми выделениями (экзометаболитами), ингибировании прорастания семян и роста корневых систем, в ...

Особенности природопользования и негативного влияния антропогенных факторов на экологическое состояние Лунинецкого района
Практически любая деятельность общества оказывает неблагоприятное воздействие на окружающую среду. Происходит деградация почвы, загрязнение атмосферы, гидросферы, литосферы. Кроме того, потребляется л ...