Adszorpció. Adszorpció

Átírás

1 Adszorció Szilárd anyag felületén gáz(gőz)elegyből, ill. oldatokból komonensek szelektív megkötése. A kötődés létrejöhet fizikai (van der Waals-erők) vagy kémiai kötőerővel. l. szesziari termékek derítése, cukoroldatok színtelenítése, alumínium oxid hordozóra felvitt kálium-ermanganát mint iari bűzmegsemmisítő fizikai kötőerők esetén a folyamat reverzibilis: adszorció - deszorció Adszorció Adszorciós izoterma *, a megkötődött komonens egyensúlyi arciális nyomása a gázban [Pa] T atelítésigőznyomáson beindul a kondenzáció a, szilárd anyag által megkötött gázkomonens mennyisége [g adszortívum/ g adszorbens]

2 Adszorció Gőzök és gázok annál könnyebben adszorbeálódnak, minél nagyobb a molekulatömegük és minél alacsonyabb a kritikus hőmérsékletük. Gőz- és gázkomonensek monomolekuláris rétegben történő megkötődésének leírására szolgál a Langmuir-izoterma. n ε ϑ Adszorció gáznyomás másodercenként cm felületbe ütköző molekulák száma a felületbe ütköző molekulák ott megkötődött része a felület megkötődött molekulákkal borított része (borítottság) az adott időillanatban -ϑ a felület nem borított része ν a megkötődött részecskék eltávozó része adszorció sebessége v adsz. = ( ϑ) ε n deszorció sebessége ϑ =ν v desz.

3 Adszorció Egyensúlyban a felületen adszorbeált réteg mennyisége az időben nem változik: v adsz. = vdesz. ( ϑ) ε n = ν ϑ ε n ϑ = ν + ε n Adszorció A felületbe ütköző molekulák száma az adott időillanatban arányos a nyomással: n = k ε k = ν + ε k k ε k ν ϑ = k = + k 3

4 Adszorció Ha A a teljes felület nagysága és m a nagy nyomáson az cm felületen megkötött gáztömeg, akkor a ϑ borítottságú felületen lévő adszorbeált gázmennyiség (a): a = m A ϑ = a ϑ k a = m A = a b = + k + k k k a = a + b Langmuir-izoterma: Adszorció a = a + b a az adszorbeált anyag mennyisége (egységnyi adszorbensen megkötődött adszortívum mennyisége [g/g]) a az adszorbeált mennyiség határértéke nagy nyomáson az adszortívum nyomása a gázfázisban b az adszortívum és az adszorbens között működő erők nagyságára jellemző állandó 4

5 Adszorció Gőz- és gázkomonensek olimolekuláris rétegben történő megkötődésének leírására szolgál a Brunauer-Emmett-Teller (BET) egyenlet: a = ( a k ) + ( k 0 ) 0 0 k a esetén beálló egyensúlyi nyomás állandó Adszorció Oldott anyagok adszorciójának leírására szolgál a Freundlich-izoterma: n a = α c a az adszorbeált anyag mennyisége (egységnyi adszorbensen megkötődő adszortívum mennyisége [g/g]) c az adszortívum egyensúlyi koncentrációja az oldatban α, n állandók 5

6 Adszorbensek Aktív szén Különböző széntartalmú anyagokat (l. fát, csontot) száraz leárlásnak vetnek alá, majd az így kaott szenet hevítéssel aktiválják 900 C alatti hőmérsékleten. Fajlagos felület: m /g Átlagos szemcseméret: -5 mm Sűrűsége: g/dm 3 Aoláros, hidrofób (vízben nem oldódó szerves anyagok gőzeit jól adszorbeálja). A deszorció vízgőzzel végezhető. Hátránya: gyúlékony. Adszorbensek Szilikagél Száraz kovasavgél-származékok, melyeket úgy kanak, hogy nátrium-szilikátot (vízüveget) ásványi savakkal vagy ezek savanyú sóinak oldatával kezelnek. Fajlagos felület: m /g Átlagos szemcseméret: 0,-7 mm Sűrűsége: g/dm 3 Jó a vízmegkötő kéessége. Előnye: nem gyúlékony, mechanikai szilárdsága nagyobb, mint az aktív széné. 6

7 Adszorbensek Zeolitok Alkáli vagy földalkáli-alumínium-szilikátok hidrátjai. Jól meghatározott méretű kaillárisaik miatt molekulaszitának is használható. Kiváló vízmegkötő kéességük van. Gázok, folyadékok szárítására, tisztítására alkalmazzák. Átlagos szemcseméret: -5 mm Adszorbensek Követelmények Kémiai inaktivitás (oldószerrel, oldott anyaggal nincs kémiai reakció, nincs katalitikus hatása, nem oldódhat ki belőle semmi) Szelektivitás (az adszorbens mennyire kées egy bizonyos anyagot jobban megkötni mint a többit) Nagy fajlagos felület Kellő mértékű diszerzitás Szín (gyengén színezett anyagok adszorbeálásánál az adszorbens fehér legyen) Könnyű regenerálhatóság Állandó/hosszantartó adszorbeáló kéesség 7

8 Y Y X X Adszorció Y Anyagmérleg munkavonal minimális adszorbens arány adszorciós izoterma Y Y X G = G S X X ( Y Y ) = Gadsz. ( X X ) ( Y Y ) ( X X ) = ( Y Y ) ( X X ) X,max Kromatográfia A kromatográfiás módszerek közé azok az eljárások tartoznak, amelyeknél az elválasztandó komonensek két fázis között oszlanak meg: a) az egyik fázis álló b) a másik mozgó (átáramlik az álló fázison) Az álló fázis vagy szilárd anyag vagy (szilárd anyagra, ún. hordozóra felvitt) folyadék. A mozgó fázis lehet folyadék vagy gáz, így megkülönböztethetünk: folyadék- és gázkromatográfiát. 8

9 Kromatográfia A kromatográfiás eljárások összefoglalása Gél Álló fázis Szilárd anyag: adszorbens Folyadék Ioncserélő Folyadék Folyadék-szilárd kromatográfia Adszorciós kromatográfia Folyadék-folyadék kromatográfia Megoszlásos, oszlo-, vékonyréteg- vagy aírkromatográfia Ionkromatográfia Gélkromatográfia Mozgó fázis Gáz Gáz-szilárd kromatográfia Adszorciós gázkromatográfia (oszloos vagy kailláris elrendezésben) Gáz-folyadék kromatográfia Megoszlásos gázkromatográfia, (oszloos vagy kailláris elrendezésben) Adszorciós kromatográfia Oszloban elhelyezett adszorbensen átvezetett gáz-, ill. folyadékfázisban lévő komonensek különböző adszorciós kéességüknél fogva rövidebb-hosszabb tartózkodási idővel jutnak át az adszorbensen. A leggyakrabban használatos oláros adszorbensek: alumíniumoxid, szilikagél, cukor; nem-oláros adszorbensek: aktív szén, arafin. A mozgó fázisként alkalmazott folyadék leggyakrabban víz illetve savak, lúgok vagy sók vizes oldata, de lehet szerves oldószer is, éldául alkohol, kloroform, etroléter stb. 9

10 Adszorciós kromatográfia Élelmiszeriari alkalmazások: cukoriarban levek finomítására növényolajiarban derítés, savtalanítás, telített és telítetlen zsírsavak szétválasztására biológiai hatóanyagok kinyerésére (A-vitamin, szterinek, lecitin stb.) élelmiszeriari hulladékokból karotinoidok kinyerésére 0