Адсорбер принцип работы: Request blocked | HELLA

что это такое в машине, устройство и принцип работы – AvtoTachki

Адсорбер появился в системе питания автомобильных двигателей после ужесточения экологических требований. Стало недопустимым выбрасывать в атмосферу углеводороды, к которым относится бензин в виде незаметных испарений. Пары стали собирать в специальном накопителе, который периодически автоматически продувался, а бензин использовался по прямому назначению.

 Нужен ли в машине адсорбер и где он находится

С точки зрения автомобилиста, не озабоченного сбережением окружающей среды от загрязнений, адсорбер только зря занимает полезный объём автомобиля и усложняет его конструкцию.

Но поскольку машин стало много, и их вклад в издевательство над экологией стали замечать даже самые отъявленные любители бензина в крови, вопрос был решён законодательно. Теперь адсорбер действительно нужен, как минимум чтобы не нарушать технический регламент.

Кроме экологических, моральных и юридических обоснований, необходимость этого накопителя в настоящее время вызывается также и тем, что современный автомобиль настроен таким образом, что без адсорбера нормально работать не сможет.

Его роль закреплена в программе электронного блока управления впрыском топлива, поэтому без переделок удалить его уже нельзя.

Располагается крупная пластиковая банка с наполнителем обычно в подкапотном пространстве, хотя встречаются и варианты её размещения под днищем машины, а также под передним бампером или в иных внутренних полостях кузова.

От неё протянуты шланги с клапанами к бензобаку и впускному коллектору.

 Принцип работы и устройство адсорбера

В пластмассовом корпусе узла расположен наполнитель, просто активированный уголь или более сложное вещество. От него требуется высокая пористость и способность адсорбировать пары бензина, то есть сохранять их в себе, отделяя от воздуха.

Корпус герметичен, сверху на нём имеются входные и выходные пластиковые штуцеры, обычно под быстросъёмные соединители, а также встречается интегрированное крепление электрического клапана продувки со своим разъёмом.

Во время работы двигателя давление в баке автомобиля изменяется. В те времена, когда об экологии не заботились, проблема решалась простым дренажным отверстием в его пробке.

Сейчас при вентиляции бака необходимо отделять углеводороды, то есть пары бензина от атмосферного воздуха. Для этого из верхней части бака делается отвод, соединённый шлангом через сепаратор и систему клапанов безопасности с внутренним пространством адсорбера.

Пары бензина, проходя через активированный уголь, отделяются и задерживаются его пористой структурой, что очень похоже на принцип действия противогаза.

Воздух же проходит далее в атмосферу через штуцер сапуна адсорбера. При высокой температуре и интенсивной эксплуатации запас ёмкости устройства быстро исчерпается, и бензин придётся куда-то удалять.

Для этого в работе автоматики автомобильного двигателя предусмотрен специальный режим продувки адсорбера через соответствующий клапан, который соединён шлангом с дроссельным пространством впускного тракта. Обычно прямо к впускному коллектору. Продувка происходит за счёт имеющегося там разрежения.

Должны быть соблюдены некоторые условия, чтобы электронный блок управления двигателем (ЭБУ) подал команду на продувку:

• двигатель не должен работать на холостом ходу, что определяется по оборотам и нажатию педали акселератора;
• температура охлаждающей жидкости и забортного воздуха находятся в предусмотренных программой диапазонах;
• скорость вращения коленвала и расход воздуха двигателем определяют темпы продувки адсорбера.

Регулирование потока продувки производится в ключевом режиме, то есть клапан открывается и закрывается с определённой частотой, а время его относительного нахождения в закрытом и открытом состояниях определят производительность режима.

Он не должен влиять на основные задачи мотора – ровную тягу, высокую отдачу и стабильную работу.

Адсорбер. Зачем нужен, как работает, как проверить.

Смотрите это видео на YouTube

Во время продувки воздух забирается через штуцер сапуна адсорбера, проходит под действием перепада давлений через поглощающую начинку, насыщается парами бензина и отправляется во впускной коллектор для сгорания в цилиндрах в составе топливовоздушной смеси.

Устройство подготавливается к приёму следующих порций паров из бензобака.

 Неисправности

Узел достаточно надёжен, редкие проблемы с ним проявляются как:

• поломки штуцеров из-за естественного старения пластмассы;
• загрязнение активированного угля от большого срока службы, вплоть до полной непроходимости;
• электрические и механические отказы клапана продувки;
• замыкания и потери контакта в электропроводке;
• потеря герметичности шлангов из-за отвердения резины.

Всё это приводит к повышению или уменьшению оборотов холостого хода, неуверенному запуску, повышению расхода и снижению тяги. Обычно ЭБУ замечает отклонения и высвечивает ошибку на панели приборов.

Существует даже отдельный раздел типовой таблицы кодов ошибок, посвящённый аппаратуре улавливания паров бензина.

 Как проверить клапан продувки адсорбера

Перед снятием, внушающего подозрение клапана, надо отсоединить аккумуляторную батарею, чтобы не накапливать ненужные ошибки, поскольку ЭБУ заметит обрыв цепи после снятия разъёма.

Демонтированный клапан должен быть нормально закрыт, то есть не продуваться, если на него не подано питание. Это можно проверить, подав на его вход небольшое давление воздуха. Утечек быть не должно, хотя в реальности поработавший клапан может немного пропускать.

Это не так критично, как у шинного вентиля, но всё же нежелательно. Этот расход добавочного воздуха вынужден будет парировать регулятор холостого хода, а его возможности не безграничны.

Для дальнейшей проверки на клапан следует подать напряжение от аккумулятора автомобиля. Его соленоид должен со щелчком уверенно сработать, а нагнетаемый воздух начать свободно проходить со входа на выход. При снятии напряжения исправный клапан с таким же щелчком возвращается в исходное состояние, блокируя поток.

При работе двигателя на холостых оборотах от клапана никаких щелчков не должно быть слышно, а со стороны шлангов не раздаваться шипения подсасываемого воздуха.

Посторонний кислород во впускном коллекторе недопустим, он разбалансирует всю систему питания. Когда продувкой занимается ЭБУ, он учитывает все влияния поступающих мимо дросселя и всех датчиков бензина и воздуха. Более того, мозг машины насторожится, если этого не произойдёт по его команде.

Адсорбер с сопутствующей арматурой настолько надёжен, что о его существовании часто забывают даже профессионалы. И если анализ кодов ошибок не даст нужной информации, а запах бензина в салоне не станет дополнительным намёком, то поиск и ремонт непонятных неполадок в работе двигателя может потребовать массу времени и средств.

Ремонт адсорбера или непонятный свист из под капота

Смотрите это видео на YouTube

К тому же сам узел иногда нуждается в плановых заменах, поскольку через него проходит наружный воздух, а он не всегда чист. Это похоже на работу воздушного и салонного фильтров, хотя через них поток несравнимо больше и о них мало кто забывает.

принцип работы, типы, чертеж, классификация

Что такое адсорбция?

Адсорбция является процессом взаимодействия между поверхностью твердого материала, называемого адсорбентом, и молекулами или атомами вещества, называемого адсорбатом. В результате адсорбции адсорбат оседает на поверхности адсорбента, образуя тонкий слой или покрытие. Адсорбция играет важную роль во многих областях, включая промышленность, окружающую среду и химическую технологию.

Различие между адсорбцией и абсорбцией

Важно отметить различие между адсорбцией и абсорбцией. При адсорбции адсорбат оседает на поверхности адсорбента, тогда как при абсорбции адсорбат проникает внутрь адсорбента и распределяется в его объеме. Адсорбция обычно происходит на поверхности твердого материала, в то время как абсорбция может происходить как в твердом, так и в жидком состоянии.

Основное предназначение адсорберов

Адсорберы – это устройства или системы, используемые для проведения процессов адсорбции. Они играют решающую роль в различных отраслях, включая промышленность и охрану окружающей среды. Адсорберы предназначены для обеспечения эффективного контакта между адсорбентом и адсорбатом, а также для разделения или улавливания определенных компонентов из газовых или жидких смесей.

Применение адсорберов для поглощения газов и паров из газовых смесей

Адсорберы широко применяются для очистки газовых смесей от различных загрязнителей. Они способны поглощать газы и пары определенных веществ, таких как углеводороды, аммиак, сероводород и другие вредные компоненты. Это особенно важно в промышленности, где высокие уровни загрязнений могут быть опасными для здоровья и окружающей среды.

Основные типы адсорберов

Основные типы адсорберов: твердые поглотители и адсорбенты.

Существует несколько типов адсорберов, включая твердые поглотители и адсорбенты. Твердые поглотители представляют собой материалы, которые способны накапливать адсорбат на своей поверхности путем физической адсорбции. Адсорбенты, с другой стороны, являются активными материалами, способными химически взаимодействовать с адсорбатами для их улавливания и удаления из газовых или жидких смесей.

Адсорбер

Внешний вид и геометрическая форма адсорбера

Адсорбер – аппарат, в котором протекает процесс адсорбции, т. е. массообмен между твердой и жидкой фазами для извлечении из смеси нужных компонентов.

Адсорберы обычно имеют цилиндрическую или прямоугольную форму и могут быть различных размеров в зависимости от конкретных требований и условий применения. Внешний вид адсорбера может также включать различные вспомогательные компоненты, такие как патрубки, решетки и люк, о которых будет подробнее рассказано далее.

Адсорберы обычно устанавливаются на железобетонных основаниях для обеспечения их стабильности и безопасности. Железобетонные основания также способствуют уменьшению вибрации и амортизации возможных ударов или нагрузок, которые могут возникнуть в процессе работы адсорбера.

Патрубки являются важной частью адсорбера и используются для подачи газовой смеси внутрь адсорбера и вывода очищенного газа из него. Они обычно подключаются к входному и выходному отверстию адсорбера и могут быть оборудованы клапанами или другими устройствами для регулирования потока газа.

Решетка и основание адсорбера служат для поддержки и удержания адсорбента внутри адсорбера. Решетка предотвращает выпадение адсорбента и обеспечивает равномерное распределение газовой смеси на поверхности адсорбента. Основание адсорбера представляет собой прочную платформу, на которой размещается решетка и фиксируется адсорбент.

Люк адсорбера является доступной точкой для выгрузки и загрузки адсорбента, а также для проведения ревизии и ремонтных работ. Люк обычно располагается на верхней или боковой стороне адсорбера и может быть открыт для осуществления необходимых операций.

Адсорбенты

Цеолит и активированный уголь

Цеолит и активированный уголь являются двумя широко используемыми материалами в качестве адсорбентов. Цеолиты – это пористые минералы, имеющие высокую площадь поверхности и способность селективного поглощения определенных веществ. Активированный уголь обладает большой площадью поверхности, микропористой структурой и хорошими адсорбционными свойствами, что делает его эффективным для очистки газов и жидкостей.

Влияние типа адсорбента на процесс

Тип используемого адсорбента может существенно влиять на процесс адсорбции и его результаты. Разные адсорбенты обладают различной способностью к поглощению определенных веществ, разной емкостью и эффективностью. Правильный выбор адсорбента имеет важное значение для достижения желаемых результатов и оптимальной эффективности процесса адсорбции.

Процесс адсорбции

Избирательное поглощение вещества поверхностью адсорбента:

Процесс адсорбции основан на избирательном поглощении вещества поверхностью адсорбента. Поверхность адсорбента обладает определенной аффинностью к определенным адсорбатам, что позволяет им физически или химически взаимодействовать и оставаться на поверхности адсорбента.

Равновесие адсорбции и его достижение в процессе:

Равновесие адсорбции достигается, когда скорость адсорбции равна скорости десорбции, т.е. скорость осаждения адсорбата на поверхности адсорбента равна скорости его удаления с поверхности. При достижении равновесия адсорбция продолжается без изменения концентрации адсорбата в системе.

Влияние параметров процесса на эффективность адсорбции:

Различные параметры процесса, такие как температура, давление, скорость потока газа, концентрация адсорбата и выбранный адсорбент, могут существенно влиять на эффективность адсорбции. Оптимальный выбор и настройка этих параметров позволяют достичь максимальной эффективности адсорбции и получить желаемые результаты.

Применение

Процесс адсорбции заключается в избирательном поглощении вещества поверхностью адсорбента – пористого твердого тела. Такое поглощение объясняется наличием сил взаимного притяжения между молекулами адсорбента и молекулами адсорбируемого вещества.

Адсорбенты используют в виде зерен размером до 10 мм и в пылевидном состоянии. Применяют также молекулярные сита – синтетические цеолиты, имеющие поры одинаковых размеров.

Адсорбцию обычно применяют для разделения «бедных» смесей (содержащих незначительные количества поглощаемых веществ) и смесей, состоящих из трудноразделяемых компонентов. На нефтеперерабатывающих заводах путем адсорбции производят очистку масел и парафина, извлечение бензина из углеводородных газов, осушку газов, воздуха и т.п.

Поглощенное адсорбентом вещество выделяется из него десорбцией – процессом, обратным адсорбции. В результате десорбции и последующей обработки адсорбента он регенерируется и может быть использован вновь.

Десорбцию и регенерацию адсорбента проводят водяным паром и различными жидкостями, из которых затем извлекают целевые вещества. Нецелевые компоненты можно выжигать, если при этом регенерируемый адсорбент не потеряет присущих ему свойств.

Классификация

В большинстве случаев адсорберы и десорберы – колонные аппараты. Наиболее сложны аппараты непрерывного действия – адсорберы с движущимся зернистым адсорбентом и адсорберы с кипящим слоем адсорбента.

Основы адсорбции активированным углем

Активированный уголь используется в более чем 2500 коммерческих продуктах. Большинство установок по очистке сточных вод используют углерод для очистки воды и воздуха, выходящих из помещения. Однако вы не найдете их характеристик и свойств, охватываемых «формальным» образованием. Вы узнаете о них на работе.

Активированный уголь представляет собой инертный твердый адсорбирующий материал, обычно используемый для удаления различных растворенных загрязнителей из воды и технологических потоков газовой фазы. Он производится практически из любого сырья, содержащего углерод, в том числе из скорлупы кокосовых орехов и представителей семейства углей, о чем многие читатели уже знают.

Адсорбция – это накопление газа или жидкости на поверхности жидкого или твердого субстрата в отличие от абсорбции, при котором проникающее вещество проникает в объем или объем субстрата.

Активированный уголь пористый, недорогой и легкодоступный для использования в качестве адсорбента, обеспечивающий большую площадь поверхности для удаления загрязняющих веществ. Он имеет большую полезную площадь поверхности на грамм, чем любой другой материал, доступный для физической адсорбции. На самом деле, чайная ложка активированного угля имеет большую площадь поверхности, чем футбольное поле.

Физические явления

Из-за своих редких характеристик активированный уголь обладает исключительной способностью улавливать растворенные в воде загрязнители, в том числе вещества, усиливающие вкус, запах, цвет и токсичность. Удаление происходит посредством явлений адсорбции, основанных на поверхностных взаимодействиях между загрязняющими веществами и поверхностями углеродных графитовых пластинок.

Эти взаимодействия загрязняющих веществ с углеродной поверхностью происходят за счет сил Ван-дер-Ваальса и индуцированных дипольных взаимодействий. Графитовые пластинки активированного угля индуцируют нейтральные органические молекулы во внутримолекулярные диполи. Индуцированные диполи заставляют молекулы притягиваться друг к другу и слипаться, поэтому они осаждаются из раствора в наноразмерных порах или адсорбционных пространствах углерода. Это называется преждевременной конденсацией, которой способствует активированный уголь.

Рисунок 1. На этих изображениях показан активированный уголь, изготовленный из древесины, скорлупы кокосовых орехов и битуминозного угля. Все изображения предоставлены активированным углем PACS.

 

Производители активированного угля используют различное сырье и параметры процесса, чтобы получить различные распределения размеров пор. Правильный выбор структуры пор имеет важное значение для решения проблем водной и газообразной фаз с активированным углем.

На рис. 1 показаны реалистичные изображения активированного угля, изготовленного из древесины, скорлупы кокосовых орехов и битуминозного угля. Эти типы углерода продаются и используются в различных формах: порошок, гранулы, гранулы, блоки и композиты. Разница видна в размере графитовых пластинок, представленных жирными черными линиями, и в том, насколько близко они расположены друг к другу, как показано на рисунке.

Порошкообразный активированный уголь

Порошкообразные микронные частицы активированного угля измельчаются из миллиметрового гранулированного активированного угля и демонстрируют более быструю кинетику и большую способность к удалению загрязняющих веществ по сравнению с углями с более крупными частицами.

Порошкообразный активированный уголь можно использовать при спорадических эпизодах загрязнения, таких как цветение водорослей и промышленные разливы, которые загрязняют городские сточные воды. Порошок можно добавить в отстойник процесса осветления, чтобы удалить эти загрязнения с помощью активированного угля. Он также может защитить неподвижные слои активированного гранулированного угля от внезапного загрязнения.

Заводы могут использовать порошок вместо этого, если у них нет инфраструктуры для использования гранулированного активированного угля или недостаточно гранулированного угля между входящим и выходящим потоком для экономичного использования для удаления спорадических эпизодов загрязнения. Одноразовый порошкообразный активированный уголь используется в качестве периодического процесса для удаления загрязняющих веществ до приемлемого регулируемого максимального уровня загрязнения (MCL), но не обязательно до нулевого или необнаруженного загрязнения.

Уголь активированный гранулированный

Гранулированный активированный уголь миллиметрового размера может удалять загрязняющие вещества до концентраций ниже пределов аналитического обнаружения, и по сравнению с порошком для этого требуется лишь около одной четверти количества углерода между входящим и выходящим потоком.

Однако заводу требуется надлежащая инфраструктура для установки свежего угля и удаления отработанного гранулированного активированного угля для реактивации печи. Реактивированный активированный уголь стоит примерно вдвое меньше, чем свежий или неиспользованный гранулированный активированный уголь. Использование гранулированного активированного угля представляет собой непрерывный процесс и представляет собой продукт многократного использования, основанный на термической реактивации. Термическая реактивация позволяет классифицировать углерод как «зеленую химию».

Там, где вероятность промышленного загрязнения относительно высока, необходимо иметь больше активированного угля на случай возможных чрезвычайных ситуаций. Его можно хранить в стационарных емкостях между входящим и выходящим потоком, а также требуется больше порошкообразного углерода.

Наконец, пеллеты или очень большие угольные гранулы используются для контроля паровой фазы городских сточных вод, сероводорода и других запахов. Эти относительно крупные формы активированного угля позволяют потокам газа беспрепятственно проходить через угольные слои. Это уменьшает использование вентиляторов и энергии, необходимой для продувки газовых потоков через плотные слои. Обычный и каталитический уголь используются для контроля запаха сероводорода.

С обычным углеродом подвижный сероводород окисляется до иммобилизованной серы, которая накапливается на поверхности углерода. Использование накопления элементарной серы на рабочем углероде определило, когда уголь необходимо заменить свежим углеродом в лабораториях. Каталитические угли превращают сероводород в серную кислоту путем окисления. Серная кислота на этом каталитическом угле может быть смыта водой с использованного угля и повторно использована на месте многократно.

Рис. 2. Конфигурация горизонтального слоя выглядит так, тогда как в вертикальном слое используется гравитационный поток.

 

Зона массопереноса

При применении в водной и газовой фазе образуется движущаяся зона массового переноса загрязняющих веществ (MTZ) по мере того, как более загрязненная вода или газ проходит через слой. Углеродные слои обычно имеют глубину от 3 до 10 футов и состоят из стратифицированного активированного угля, где частицы меньшего размера находятся наверху рабочего угольного слоя, а частицы самого большого размера находятся внизу.

Не смешивайте использованный и неиспользованный уголь в процессе. MTZ, показанный на рис. 2, имеет горизонтальную конфигурацию пласта, но пласты обычно располагаются вертикально, чтобы использовать преимущества гравитационного потока. После обратной промывки необходимо поддерживать стратификацию слоя, чтобы удалить твердые частицы, которые могут скапливаться на поверхности слоя.

Активированный уголь удаляет водорастворимые органические и твердые вещества из воды путем обратной промывки. Данная МТЗ имеет три рабочие зоны:

1.  Зона 1 (между А и Б, часть общей длины угольного слоя) используется полностью и уже не удаляет водорастворимые загрязнения.
2.  Зона 2 (между B и C) удаляет различные количества загрязняющих веществ. Форма этой кривой будет отражать профиль концентрации загрязняющих веществ, выходящих из угольного слоя при прорыве. В системах с водой обычно расстояние MTZ между B и C намного больше, чем в системах с газовой фазой, которые обычно имеют гораздо меньшие значения MTZ. Форма MTZ может быть острой или широкой в ​​зависимости от того, насколько сильно углерод адсорбирует адсорбаты.
3.  Зона 3 (между C и D) представляет собой неиспользованный активированный уголь. С увеличением срока службы кровати и воздействием загрязняющих веществ расстояние между A и B увеличивается, а между C и D уменьшается. Расстояние МТЗ от В до С постоянно.

Максимальная производительность

Для повышения производительности и экономичности типичная конфигурация при работе нескольких слоев активированного угля представляет собой последовательную серию. Несколько последовательных слоев позволяют полностью использовать угольный слой за счет прорыва, при котором концентрация загрязняющих веществ на входе и выходе эквивалентна. Это связано с тем, что в процессе работы любые оставшиеся резервные кровати в серии запускают другой МТЗ по мере необходимости.

Эта конфигурация ведущего и ведомого слоя позволяет обрабатывать максимальное количество галлонов воды на фунт активированного угля, прежде чем отработанный уголь необходимо будет заменить свежим.

Рабочая цель – качественная питьевая вода по минимальной цене. Последние слои активированного угля в последовательной серии завершают полировку для удаления следов загрязняющих веществ и обеспечения безопасной и качественной питьевой воды. Заменяя более ранние полностью отработанные углеродные слои свежим углеродом (когда концентрации на входе и выходе из слоя эквивалентны), более поздние слои дольше функционируют в качестве окончательного полировщика и обеспечивают запас прочности.

Когда образцы берутся для профилирования углеродного слоя, они должны быть взяты сверху, посередине и снизу. Этот тип отбора проб позволяет более точно определить местонахождение МТЗ и оставшееся время работы угольного слоя.

Отработанный активированный уголь

Активированный уголь не вечен. Он нуждается в периодической замене на свежий первичный или реактивированный уголь. Поры или физические адсорбционные пространства, которые представляют собой объемы нанометрового размера между графитовыми пластинками, в конечном итоге заполняются и больше не способны удалять адсорбаты. Углеродные поры неоднородны и различаются по энергии адсорбции от сильной до слабой. Обратите внимание на расстояние между пластинами графита на рисунке 1. Пластинки углеродного графита, расположенные близко друг к другу, обеспечивают высокую потенциальную энергию адсорбции, а большие расстояния между пластинами имеют относительно низкую энергию адсорбции.

Заводы по производству питьевой воды имеют два основных варианта замены: приобрести чистый или неиспользованный уголь или использовать реактивированный уголь. После нескольких циклов реактивации эффективность реактивированного угля будет уменьшаться, и его необходимо будет заменить свежим, первичным углем.

Иногда полезно расширить распределение пор по размерам при реактивации, особенно для более крупных молекул и адсорбатов с более высокой молекулярной массой. Однако водорастворимые соединения с низкой молекулярной массой в следовых концентрациях, такие как тригалометаны, могут не так легко адсорбироваться и могут иметь более длительный MTZ при использовании реактивированного угля с более широким распределением пор по размерам.

Дальнейшее обсуждение этой темы будет посвящено методам испытаний, которые помогут персоналу водоочистных сооружений выбрать наилучший активированный уголь для данного применения и контролировать эффективность и жизненный цикл угля до момента его окончательной утилизации.

 

Генри Новицки, доктор философии. и MBA, является президентом и старшим научным сотрудником PACS Activated Carbon Services. С ним можно связаться по адресу [email protected], 724-457-6576 или pacslabs.com. Джордж Новицки — директор лаборатории PACS. С ним можно связаться по адресу george@pacslabs. com. Wayne Schuliger, P.E., читает краткий курс по проектированию, эксплуатации и устранению неисправностей адсорберов с активированным углем.

PACS Activated Carbon Services дважды в год проводит Международную конференцию по активированному углю и учебные курсы по углеродной технологии в феврале в Орландо и в сентябре в Питтсбурге.

Определение, применение, типы адсорбции, изотерма

Термин адсорбция впервые был введен в 1881 году немецким физиком Генрихом Кайзером. Адсорбцию часто описывают как поверхностное явление, когда частицы прикрепляются к верхнему слою материала. Обычно это молекулы, атомы или даже ионы газа, жидкости или твердого вещества в растворенном состоянии, прикрепленные к поверхности.

Адсорбция в основном является следствием поверхностной энергии. Как правило, поверхностные частицы, которые могут частично подвергаться воздействию, имеют тенденцию притягивать к себе другие частицы. Интересно, что адсорбция присутствует во многих физических, природных, биологических и химических системах и находит свое применение во многих промышленных приложениях. Подробнее о концепции мы узнаем ниже.

Содержание

• Что такое адсорбция?
• Типы адсорбции
• Характеристики физисорбции и хемосорбции
• Изотерма адсорбции
• Различия между абсорбцией и адсорбцией
• Применение адсорбции
• Вопросы по адсорбции

Что такое адсорбция?

Адсорбция — это процесс, который включает накопление вещества в молекулярных формах в более высоких концентрациях на поверхности. Если мы посмотрим на   Водород, Азот и Кислород, эти газы адсорбируются на активированном угле. Кроме того, мы должны отметить, что адсорбция отличается от абсорбции. В этих двух процессах задействованы совершенно разные механизмы.

Для процесса адсорбции необходимы два компонента:

• Адсорбат: Вещество, которое осаждается на поверхности другого вещества. Например,   H ₂ , N ₂ и O ₂ газы.
• Адсорбент: Поверхность вещества, на которой адсорбируется адсорбат.
  Например, древесный уголь, силикагель и глинозем.

Читайте также: Химия поверхности

Энтальпия адсорбции

Константы адсорбции в основном являются константами равновесия. Это означает, что они также следуют или подчиняются уравнению Вант-Гоффа:

\(\begin{array}{l}\displaystyle \left({\frac {\partial \ln K}{\partial {\frac {1}{T}}}}\right)_{\theta}=-{\frac {\Delta H}{R}}.\end{array} \)

В этой формуле изменение K должно быть изостерическим, то есть при постоянном покрытии.

Исходя из изотермы БЭТ и предполагая, что изменение энтропии одинаково для сжижения и адсорбции, получаем

\(\begin{array}{l}\Delta H_{ads} = \Delta H_{liq}-RT\ln c\end{array} \)

Точно можно сказать, что адсорбция более экзотермична, чем сжижение.

Типы адсорбции

В зависимости от сил взаимодействия между адсорбатом и адсорбентом адсорбция бывает двух типов.

1. Физическая адсорбция

Этот тип адсорбции также известен как физическая сорбция. Это связано со слабыми силами Ван-дер-Ваальса между адсорбатом и адсорбентом.

Например, газы H ₂ и N ₂ адсорбируются на кокосовом угле.

2. Химическая адсорбция

Этот тип адсорбции также известен как хемосорбция. Это связано с сильными химическими силами типа связи между адсорбатом и адсорбентом. Возьмем пример с образованием нитрида железа на поверхности при нагревании железа в газе N ₂ при 623 К. 

Адсорбция газа на твердом теле представляет собой самопроизвольную экзотермическую реакцию. Количество теплоты, выделяющееся при адсорбции единицы массы газа на поверхности, называется теплотой адсорбции.

Физисорбция и хемосорбция Характеристики адсорбции

Характеристики физической адсорбции:

1. Этот тип адсорбции вызывается физическими силами.
2. Физисорбция — слабое явление.
3. Эта адсорбция представляет собой многослойный процесс.
4. Физическая адсорбция неспецифична и происходит по всему адсорбенту.
5. Площадь поверхности, температура, давление и природа адсорбата влияют на физическую сорбцию.
6. Энергия активации мала (20 – 40 кг/моль).

Характеристики химической адсорбции:

1. Этот тип адсорбции вызывается химическими силами.
2. Это очень сильный процесс.
3. Этот тип адсорбции представляет собой почти однослойное явление.
4. Хемосорбция является высокоспецифичной и происходит в реакционных центрах на адсорбенте.
5. Площадь поверхности, температура и природа адсорбата влияют на хемосорбцию.
6. Энергия активации очень высокая, 40 – 400 кДж/моль.

Изотерма адсорбции

Адсорбцию обычно описывают изотермами. Это связано с тем, что температура играет важную роль или оказывает большое влияние на весь процесс. Кроме того, существует несколько изотермных моделей, которые используются для описания метода адсорбции. К ним относятся следующие:

Теория Фрейндлиха

Изотерме адсорбции Фрейндлиха

соответствует адсорбция, при которой адсорбат образует мономолекулярный слой на поверхности адсорбента. 9{\ frac {1} {n}}}; \, \, \ log \ frac {x} {m} = \ frac {1} {n} \ log p + \ log k \ end {array} \)

x представляет собой количество газа, адсорбированного на m граммах адсорбента, K и n — константы адсорбции, а «p» — давление n, всегда превышающее единицу.

Основным недостатком изотермы адсорбции Фрейндлиха является то, что она не работает при высоком давлении. Это не могло объяснить многослойный процесс адсорбции.

Теория Ленгмюра

В 1916 г. Ленгмюр предложил теорию адсорбции газа на поверхности твердого тела, состоящую из элементарных узлов, каждое из которых адсорбирует один газ. Предполагается, что все центры адсорбции эквивалентны, и способность молекулы газа связываться с каким-либо одним центром не зависит от того, заняты ли соседние сайты. Кроме того, также предполагается, что существует динамическое равновесие между адсорбированными и неадсорбированными молекулами газа.

Следующие принципы могут быть получены из изотермы адсорбции Ленгмюра:

• Адсорбированный газ идеально ведет себя в паровой фазе.
• Происходит только монослойная адсорбция.
• Поверхность твердого тела однородна.
• Между молекулой адсорбата отсутствует боковая сила взаимодействия.
• Молекулы адсорбированного газа локализованы.

Теория БЭТ (по Брунауэру, Эммету и Теллеру)

Теория БЭТ была предложена Брунауэром, Эмметом и Теллером в 1938 году. Эта теория объясняет образование многослойной адсорбции при физической адсорбции. Эта теория также говорит об однородности мест адсорбции твердых поверхностей. Предполагается, что когда адсорбция происходит на одном сайте, она не влияет на адсорбцию на соседних сайтах.

Применение адсорбции

1) Маски для защиты от загрязнения воздуха

Они состоят из силикагеля или порошка активированного угля; когда через них задерживается пыль или дым, эти частицы адсорбируются на поверхности этих материалов.

2) Разделение благородных газов в сосуде Дьюара

Смесь благородных газов Ne, Ar и Kr пропускают через сосуд Дьюара в присутствии нагретого кокосового угля. Гели аргона и криптона адсорбируются, оставляя неон.

3) Очистка воды

При добавлении квасцов в воду примеси адсорбируются на квасцах, и вода очищается.

4) Удаление влаги и влажности

Влага из воздуха удаляется путем помещения силикагеля, на котором адсорбируются молекулы воды.

5) Адсорбционная хроматография

Используется для разделения пигментов и гормонов.

6) Метод ионного обмена

При этом способе устранения жесткости воды ионы кальция и магния адсорбируются на поверхности ионообменной смолы.

7) В металлургии

В процессе пенной флотации обогащения руды частица адсорбируется на пене.

Различия между абсорбцией и адсорбцией

Поглощение	Адсорбция
Полное осаждение вещества в другое вещество является абсорбцией	Осаждение вещества на поверхности известно как адсорбция.
Это не поверхностное явление.	Это поверхностный процесс.
Это не спонтанно.	Адсорбция газа твердым телом происходит самопроизвольно.
Происходит равномерно во всем.	Это происходит неравномерно.
Большее молекулярное взаимодействие.	Меньше молекулярного взаимодействия.
Включает применение потенциала поглощения воды корневыми волосками.	Нет вовлечения потенциалов при адсорбции.
Не подразделяется.	Поверхностная абсорбция — это адсорбция, и она подразделяется.

Различные случаи адсорбции

Адсорбция воды

Если говорить о химической технологии, материаловедении и даже катализе, то адсорбция воды на поверхности имеет большое значение в этих областях. Адсорбция воды, также известная как поверхностная гидратация, — это когда физически или химически адсорбированная вода присутствует на поверхности твердых тел. Это играет важную роль в управлении свойствами интерфейса, путями химических реакций и каталитическими характеристиками в широком диапазоне систем.

В случае физически адсорбированной воды поверхностная гидратация обычно устраняется процессом сушки, происходящим в условиях температуры и давления, что в дальнейшем приводит к полному испарению воды. Что касается химически адсорбированной воды, то гидратация может происходить как в форме диссоциативной адсорбции, так и в форме молекулярной адсорбции.

Адсорбция вирусами

Если вы понимаете цикл вируса, первый шаг — это адсорбция, затем проникновение, снятие оболочки, синтез и высвобождение. Обычно цикл репликации вирусов одинаков для разных типов вирусов.

Полимерная адсорбция

На поверхности полимера обнаружена адсорбция молекул. Эта характеристика важна для ряда приложений. Например, это важно при разработке антипригарных покрытий и некоторых биомедицинских устройств. Используя процесс адсорбции полиэлектролитов, полимеры также могут быть адсорбированы на поверхности.

Адсорбция на катализаторах

Когда происходит адсорбция молекул на определенных каталитических материалах, обычно происходит ускорение определенных химических реакций.

Адсорбция  Вопросы

1. Адсорбция газа на твердом теле всегда экзотермическая. Объяснять.

Решение:

Адсорбция газа на твердом теле является самопроизвольным процессом. При адсорбции газа на твердом теле за счет процесса молекулярного взаимодействия энтропия молекул газа уменьшается. Чтобы процесс происходил самопроизвольно, адсорбция должна быть экзотермической.

2. Среди SO ₂ , CH ₄ и H ₂ газы какой газ больше адсорбируется на древесном угле и почему?

Решение:

Диоксид серы адсорбирует больше, чем метан и водород, так как критическая температура диоксида серы выше, чем у метана и водорода.

3. Что вы подразумеваете под критической температурой? Какова связь между критической температурой и адсорбированным газом?

Решение:

Температура, выше которой газ не может быть сжижен даже при приложении высокого давления, называется критической температурой. Больше критическая температура (То) у газа, адсорбированного на поверхности.

4. Каковы факторы эффективной адсорбции газов твердыми телами?

Решение:

1. Природа газов: Легче сжижается, больше адсорбируется газом.
2. Площадь поверхности адсорбента: Чем больше площадь поверхности, тем больше газа поглощается.
3. Температура: Физисорбция увеличивается с понижением температуры, а хемосорбция увеличивается с повышением температуры.
4. Давление: Влияет только на физсорбцию; если давление увеличивается, количество адсорбированного газа также увеличивается.

5. Определите активацию.

Решение:

При нагревании адсорбентов в вакууме от 573 до 623 К площадь поверхности увеличивается, что называется активацией.

6. Напишите об адсорбции из растворов.

Решение:

В раствор уксусной кислоты добавляют кусочки древесного угля. Часть молекул уксусной кислоты адсорбируется на древесном угле. Это зависит от следующего:

1. Природа адсорбата
2. Площадь поверхности адсорбента
3. Температура
4. Концентрация

Часто задаваемые вопросы по адсорбции

Q1

В чем разница между адсорбцией и абсорбцией?

Адсорбция – это процесс, при котором частицы вещества осаждаются на поверхности материала. Это поверхностное явление. Абсорбция – это процесс, при котором молекулы поглощаются объемом вещества (твердым, жидким или газообразным).

Q2

Что является примером адсорбции?

Адсорбция водяного пара на поверхности силикагеля является примером явления адсорбции.

Q3

Какой метод очистки основан на принципе адсорбции?

Метод очистки колоночной хроматографии основан на принципе адсорбции. В качестве адсорбента выступает силикагель. Соединения, которые являются кислотными, элюируются первыми, а соединения, которые являются основными, адсорбируются на силикагеле.