Методы получения особо чистых неорганических веществ - Степин Б.Д.
Скачать (прямая ссылка):
На первый план, как и следовало ожидать, выдвинулись вопросы чисто методического характера, связанные с профилактикой внесения возможных загрязнений с сорбентом и из окружающей среды. Это направление имело свою положительную сторону. Были разработаны методы синтеза чистых сорбентов, что дало возможность исследовать явления на поверхности в чистом виде, без наложения влияния минеральных примесей. Это позволило устранить влияние химической неоднородности поверхности на результат адсорбции, что сразу же было использовано в исследованиях по глубокой очистке веществ и в газоадсорбционной хроматографии.
Возможности для исследования основных закономерностей адсорбции микропримесей открылись с применением метода радиоактивных индикаторов. Первые же исследования в области адсорбции радиоактивных микропримесей установили многообразие видов адсорбции для микроконцентрационных систем, особенно для ограниченно растворимых примесей. Было найдено, что примеси в разбавленных растворах могут находиться в различной физико-химической форме. Поэтому наряду с молекулярной адсорбцией в ряде неорганических систем имеют место ионообменный и хемосорбционный механизмы адсорбции. Стало очевидным, что границы области Генри для неорганических систем необычайно узки, в отличие от органических смесей, а взаимное влияние микропримесей проявляется уже на уровне 1 • 10-4% и даже на уровне 1 • 10-10% для систем электролитов.
Таким образом, как в области исследования, так и в области применения адсорбционных методов был накоплен большой научный и практический опыт, который может быть использован в дальнейшем для очистки более широкого круга веществ. С этой целью проведена систематизация имеющегося материала в применении к разработанному ассортименту особо
128
чистых веществ. К ним относятся прежде всего жидкие неорганические вещества типа хлоридов элементов IV группы Периодической системы и водные растворы кислот, щелочей и солей.
Основное внимание уделялось изучению условий равновесия и особенностей адсорбционных систем типа основной компонент — микропримесь — адсорбент с целью определения потенциальных возможностей метода. Значительное место отводилось и вопросам подготовки и синтеза сорбентов, характеристике их свойств и методике исследований.
Вопросы динамики адсорбции освещаются лишь в практическом плане, поскольку адсорбционные процессы в аппаратах колоночного типа подробно разобраны в теории фронтального варианта хроматографического метода разделения смесей.
Из хроматографических методов разделения рассматриваются лишь газовая хроматография как наиболее опробованный и перспективный способ одностадийной адсорбционной очистки веществ.
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ И ОСОБЕННОСТИ АДСОРБЦИИ МИКРОПРИМЕСЕЙ ИЗ ГАЗОВ, ПАРОВ И РАСТВОРОВ
Сущность явления адсорбции состоит в концентрировании вещества на поверхности раздела фаз. Адсорбция происходит под действием молекулярных сил поверхности адсорбента. В процессе адсорбции свободная поверхностная энергия понижается. Адсорбционная система состоит из адсорбента — вещества, поверхность которого поглощает и адсорбата — вещества, молекулы которого поглощаются. Любая твердая или жидкая фаза может выступать в качестве адсорбента, однако для практических целей используют лишь вещества с развитой удельной поверхностью, измеряемой сотнями квадратных метров на грамм.
Характер взаимодействия молекул адсорбата с поверхностью твердого тела может быть различным. Физическая адсорбция обусловливается только силами притяжения и по природе и механизму этот процесс аналогичен конденсации пара на поверхности жидкости. При химической адсорбции образуется поверхностное химическое соединение с адсорбентом [1—5].
Физическая адсорбция, в отличие от хемосорбции, обратима. Обратный процесс удаления молекул с поверхности адсорбента называется десорбцией. Последняя также может применяться как метод очистки.
Количественной характеристикой адсорбционной системы является изотерма адсорбции. Она показывает зависимость
9 Зак. 114
129
между количеством поглощенного вещества и его концентрацией в объеме фазы при постоянной температуре в условиях адсорбционного равновесия. Количество поглощенного вещества выражают в граммах или миллимолях на единицу веса адсорбента, но для сопоставления различных адсорбентов по причине громадной разницы в величинах удельных поверхностей, это количество удобнее относить к единице поверхности. В этом случае получают так называемую абсолютную величину адсорбции, которую можно рассматривать как физико-химическую константу данной системы адсорбент — адсорбат, поскольку при данных Р и Т она определяется лишь химической природой ее компонентов [1].
Несмотря на удобство и целесообразность пользования абсолютными величинами адсорбции, они сравнительно редко приводятся в работах, поскольку требуют специального определения поверхности независимым методом. Наибольший интерес для рассмотрения адсорбции примесей представляет начальный' участок изотермы в области малых концентраций адсорбата, а для адсорбции основного компонента — весь ход изотермы адсорбции, вплоть до давления насыщения,
