Органические адсорбенты.

Активированные угли используются в самых различных формах. Эти ад-сорбенты являются основой многих материалов, из которых наиболее извест-ны нефтяной кокс, древесный угль, торф, обугленная кокосовая скорлупа, ви-ниловые сополимеры и материал из регенерированных автопокрышек.

Активация углей заключается в удалении из их структуры углеводородов методом пиролиза. При этом образуется множество внутренних пор, благода-ря чему значительно увеличивается адсорбционная емкость угольной поверх-ности. Использование различных условий активации приводит к образованию различных структур внутренней поверхности.

Н а адсорбционную емкость, селективность, регенерируемость, кинетиче-ские параметры, пригодность и стоимость значительное влияние оказывают распределение пор по размерам и величина площади поверхности, свойства внешней поверхности и химический состав. Особую важность имеет эффек-тивная площадь поверхности, поскольку именно этой величиной (при условии идентичности других параметров ) определяется адсорбционная емкость. Обычно площадь поверхности составляет от 300 до 1500 м2/г, хотя у некото-рых адсорбентов на основе нефтяного кокса она превышает 3000 м2/г.

Еще одна существенная характеристика, изменяющаяся в зависимости от природы исходного материала, - это зольность. Ее типичные значения укла-дываются в интервал от 2 до 25%, а средние составляют около 7%. В тех слу-чаях, когда высокая зольность нежелательна, щелочную золу с поверхности или из приповерхностного слоя можно удалить с помощью промывки кисло-тами.

Обычно активированный уголь как адсорбент предлагается для коммерче-ского использования в виде шарообразных частиц диаметром от 1 до 3 мм, гранул, экструдатов ( крупинок ) диаметром от 2 до4 мм либо порошков.

Наиболее типичные области его применения: обработка питьевой воды или сточных вод для удаления из них токсичных органических соединений или веществ, придающих воде неприятный запах и вкус; очистка газов от содер-жащихся в них летучих органических веществ (в частности, от паров регене-рируемых растворителей или душистых веществ); повышение качества мета-на, добываемого из скважин низкосортного природного газа; удаление окра-шенных примесей из пищевых продуктов и очистка лекарственных веществ и фармацевтических форм.

А ктивированные угли можно насыщать различными веществами, получая при этом материалы, способные улавливать специфические загрязнения из га-зовых и водных сред. Для насыщения применяют серную кислоту (для удале-ния аммиака или ртути), оксид железа (для связывания сероводорода или мер-каптанов), оксид цинка (для улавливания синильной кислоты), смеси солей тяжелых металлов (для связывания фосгена, арсина и нервно-паралитических газов).

Предварительная обработка этих адсорбентов в случае использования для разделения в газовой фазе заключается в нагревании примерно до 2000С, что зачастую осуществляется просто на последней стадии при их производстве. Поскольку в технологическую установку, как правило, загружают очень большие количества угля, проводить его предварительную обработку непо-средственно в самой установке непрактично.

Сравнительно новые продукты, получившие название угольные молеку-лярные сита, являются аналогом цеолитных молекулярных сит. Однако, если в цеолитах выходы микропор на поверхности кристаллов имеют округлую форму, то для их угольных аналогов характерны микропоры в виде разрезов, подобных тем, что встречаются между слоями графита. Такая форма микро-пор при определенны х технологически х условиях обеспечивает повышение селективности.

В настоящее время единственная сфера их практического применения - ад-сорбционная технология извлечения азота из воздуха. При этом используется технология адсорбции при переменном давлении, а принцип разделения базируется на разных размерах молекул кислорода (0,368нм) и азота (0,343нм). По данной технологии возможно получение азота с чистотой 99,9%.

Полимерные адсорбенты могут применяться в нескольких различных формах. Самую длительную историю применения имеют инертные сополимеры полистирола и дивинилбензола с частицами сферической формы и значительным объемом пор. Эти материалы служат сырьем для изготовления ионообменных смол.

Кроме стирол-дивинилбензольных, используются полимерные адсорбенты на основе полиметакрилата, дивинилбензол-этилвинилбензольных сополимеров или поливинилпиридина, а также их сульфонированных или хлорметилированных модификаций. Некоторые из них обладают высокой гидрофильно-стью, достаточной даже для использования в качестве осушителей. Другие же относятся к гидрофобным материалам.

Внутренняя структура полимерных шариков представляет собой совокуп-ность микросфер, имеющих множество точек соприкосновения друг с дру-гом, что приводит к образованию макропор. У этих микросфер обычно ге-левая структура, но они также могут быть пористыми. Кроме того, некоторые полимерные адсорбенты активируются методом пиролиза примерно так же, как активированный уголь.

Обычно полимерные адсорбенты непрозрачны, их цвет определяется цветом полимера. Большинство из них белые или желтоватые, но есть и коричневые, оранжевые, черные.

Величина эффективной площади поверхности полимерных адсорбентов обычно меньше, чем у активированного угля, и составляет, например, от 5 до 800 м2/г. соответственно, диаметр пор может составлять от 2,0 до 200,0 нм, а после активации - от 0,3 до 200,0 нм.

В настоящее время выпускается ограниченный круг модификаций полимерных адсорбентов. Обычно это шарообразные частицы диаметром от 0,3 до 1 мм со сравнительно небольшой разницей в размерах. Для таких материалов характерен определенный недостаток: при циклическом использовании они способны уменьшаться в объеме или, наоборот, набухать. Их применение для разделений в газовой фазе может потребовать предварительного кондиционирования, например, промывания разделяемых смесей водой или другим растворителем с последующей сушкой.

Стоимость большинства полимерных адсорбентов примерно в десять раз выше стоимости многих других коммерческих материалов, поэтому применяются они только в тех случаях, когда необходимо достичь высокой эффективности или когда процесс вообще невозможно осуществить с помощью не-дорогих аналогов. В настоящее время их применяют для извлечения и очистки антибиотиков и витаминов, для обесцвечивания, декофеинизации, очистки крови, отделения низкомолекулярных галогенсодержащих органических примесей от водных сред, а также для обработки промышленных отходов, таких, как фенолсодержащие воды и летучие органические вещества, присутствующие в отходящих газах.

Другие органические материалы также могут применяться в качестве ад-сорбентов. В частности, к таковым относятся целлюлоза (самый распростра-ненный биополимер), хитин (второй по распространенности), коллаген, шерсть, крахмально-полиакриламидные гели (при комнатной температуре ад-сорбирующие воду в количествах, во много раз превышающих их собствен-ную массу, но уже при слабом нагревании высвобождающие большую ее часть), полисахариды, извлекаемые из кукурузы, и различные виды биомассы. Некоторые из них применяются в определенных специфических целях, но ни один из этих материалов нельзя считать адсорбентом общего назначения.