УГЛЕРОДНЫЕ АДСОРБЕНТЫ

М. Б. Алехина

Промышленные адсорбенты

Утверждено Редакционным советом университета

В качестве учебного пособия

Москва

УДК 66.081.3 (075)

ББК 35.20

А49

Рецензенты:

Доктор технических наук, профессор кафедры промышленной экологии и технологии неорганических веществ Московского Государственного Открытого Университета им. В. С. Черномырдина

И. В. Семёнова

Доктор технических наук, профессор Российского химико-технологического университета имени Д. И. Менделеева

В. Н. Клушин

Алехина М. Б.

А49 Промышленные адсорбенты: учеб. пособие /М. Б. Алехина.

– М.:РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2013. – 116 с.

ISBN 978-5-7237-1080-1

Обобщены сведения о различных адсорбентах, применяемых для очистки и разделения газов и жидкостей.

Материал изложен на познавательном уровне, включает в себя главы, посвященные углеродным адсорбентам, силикагелям, активному оксиду алюминия, цеолитам и полимерным адсорбентам. Дается описание свойств, методов получения и областей применения этих адсорбентов.

Предназначается для студентов специальности «Технология неорганических веществ», а также студентов и аспирантов других специальностей, чьи интересы касаются области адсорбционных технологий.

УДК 66.081.3 (075)

ББК 35.20

ISBN 978-5-7237-1080-1 © Российский химико-технологический

университет им. Д. И. Менделеева, 2013

© Алехина М. Б., 2013

Оглавление

Введение………………………………………………………...……………………5

1. УГЛЕРОДНЫЕАДСОРБЕНТЫ…………………………………………………7

1.1. Активированные угли……………………………………………………….7

1.1.1. Текстура и свойства поверхности……………………………………..7

1.1.2. Классификация………………………………………………………..11

1.1.3. Адсорбционные свойства……………………………………...........13

1.1.4. Другие физико-химические свойства………………………...........16

1.1.5. Методы получения.…………………………………………………...17

1.1.6. Применение …………………………………………………………..27

1.2. Другие виды углеродных адсорбентов……………………………………31

1.2.1. Углеродные молекулярные сита……………………………………..31

1.2.2. Углеродные волокна и ткани ……………………………………….34

2. СИЛИКАГЕЛИ ………………………………………………………………….36

2.1. Текстура и свойства поверхности ………………………………..............36

2.2. Маркировка ………………………………………………………………..39

2.3. Адсорбционные свойства …………………………………………………39

2.4. Другие физико-химические свойства ……………………………………43

2.5. Получение ………………………………………………………………….46

2.6. Применение ………………………………………………………………...54

2.7. Мезоструктурированные силикаты ………………………………………57

3. АКТИВНЫЙ ОКСИД АЛЮМИНИЯ ……………………………………….....60

3.1. Текстура и свойства поверхности ………………………………...............61

3.2. Адсорбционные свойства …………………………………………………63

3.3. Другие физико-химические свойства …………………………………….65

3.4. Получение ………………………………………………………………….65

3.5. Применение ………………………………………………………………...69

3.6. Мезоструктурированный оксид алюминия……………………………….71

4. ЦЕОЛИТЫ ………………………………………………………………............72

4.1. Текстура и свойства поверхности ……………………………………..73

4.2. Номенклатура …………………………………………..………………81

4.3. Адсорбционные свойства ……………………………………………...82

4.4. Другие физико-химические свойства …………………………………85

4.4.1. Ионный обмен на цеолитах……………………………………….86

4.5. Получение ………………………………………………………………89

4.6. Применение ……………………………………………………………..92

4.7. Синтез новых цеолитов: достижения и перспективы………………...98

5. ПОЛИМЕРНЫЕ АДСОРБЕНТЫ …………………………………………….100

5.1. Общие сведения ……………………………………………………….100

5.2. Текстура ……………………………………………….………………102

5.3. Адсорбционные свойства …………………………………………….104

5.4. Другие физико-химические свойства ………………......................105

5.5. Получение ………………………………………………....................106

5.6. Применение …………………………………………………………..109

Заключение ………………………………………………………………………..111

Библиографический список ……………………………………………...............112

Введение

Адсорбционные процессы играют важную роль во многих областях современной техники. Адсорбция является универсальным методом, позволяющим практически полностью извлечь примесь из газовой или жидкой среды [1]. Адсорбционные процессы позволяют путем разделения газовых смесей при обычных температурах получать важные неорганические продукты: азот, кислород, водород и др. Успешное решение многих практических задач определяется подбором адсорбентов с наиболее оптимальной для данной задачи пористой структурой. Каждому адсорбционному процессу должен соответствовать адсорбент с определенными свойствами.

Адсорбенты – искусственные и природные тела с развитой поверхностью, которая хорошо поглощает (адсорбирует) вещества из газов и растворов, окружающих эти тела. Адсорбционные свойства адсорбентов зависят от химического состава, физического состояния поверхности и пористой структуры. Удельная поверхность пористых адсорбентов (активных углей, силикагелей, активного оксида алюминия, цеолитов) достигает 500–1000 и более м²/г. Пористые адсорбенты получают следующими способами: 1) создавая сети пор в грубодисперсных твердых телах химическим и термическим воздействием (активный уголь); 2) приготавливая золи и гели из коллоидных растворов; при высушивании таких гелей из зазоров между коллоидными частицами удаляется растворитель, и вследствие этого получаемый материал обладает развитой системой пор; 3) синтезируя пористые кристаллы типа цеолитов.

Активные угли, Al₂O₃ и силикагели не обладают упорядоченной кристаллической структурой и поэтому характеризуются неоднородной пористостью. Активные угли отличаются широким распределением пор по размерам, поры в них доступны для молекул различных соединений, за исключением высокомолекулярных полимеров. Цеолиты характеризуются определенной структурой скелета и регулярной геометрией пор (внутрикристаллических полостей и каналов). Они имеют однородные поры, размер которых однозначно определяется строением элементарной ячейки кристалла.

На международном рынке адсорбентов (на 2000 г.), применяемых в промышленности, доля активированных углей составляет 40, цеолитов – 33, силикагелей – 11, активного оксида алюминия – 8, прочих материалов – 8 %.

Среди новых типов промышленных адсорбентов, появление которых на рынке вызвало к жизни большое количество новых процессов, следует назвать молекулярные сита. К таким процессам относятся прежде всего циклические адсорбционные процессы очистки и разделения газовых смесей, регенерация сорбента в которых происходит за счет снижения общего давления. Термин «молекулярное сито» был введен Дж. Мак-Бэном для обозначения адсорбентов, способных действовать в виде сита при разделении различных молекул. Промышленные адсорбенты, обладающие молекулярно-ситовыми свойствами, – это цеолиты, углеродные молекулярные сита (УМС), пористые стекла и некоторые другие.

В связи с появлением новых процессов и новых адсорбентов особенную актуальность приобретает знание свойств адсорбентов, особенностей их поведения в условиях конкретных процессов, владение сведениями о закономерностях формирования их пористой структуры и методах синтеза.

Настоящее пособие посвящено рассмотрению основных типов промышленных адсорбентов: углеродных адсорбентов, силикагелей, активного оксида алюминия, цеолитов и полимерных адсорбентов. Первостепенное внимание уделено их текстуре (описанию частиц, составляющих гранулы, и системы связанных с ними пор), адсорбционным свойствам, а также получению и областям применения. Как правило, в пособии рассматриваются принципиальные вопросы, а именно: с помощью каких адсорбентов можно решить некоторую практическую задачу.

Автор благодарит профессора Ю.И. Шумяцкого, при поддержке которого было написано пособие.

УГЛЕРОДНЫЕ АДСОРБЕНТЫ

Углеродными адсорбентами называются углеродсодержащие материалы, получаемые на основе природного или полимерного сырья, обладающие разветвленной пористой структурой и поглотительной способностью по широкому спектру веществ из газовых и жидких сред. В первую очередь – это активированные (или активные) угли. К углеродным адсорбентам также относятся полукоксы, углеродные молекулярные сита, углеродные волокна и ткани.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: