Область применения адсорбционной очистки. Промышленные адсорбенты - Влияние техногенных факторов на здоровье
Адсорбенты -- высокодисперсные природные или искусственные материалы с большой поверхностью, на которой происходит адсорбция веществ из соприкасающихся с ней газов или жидкостей.
Адсорбенты применяют в противогазах, в качестве носителей катализаторов, для очистки газов, спиртов, масел, для разделения спиртов, при переработке нефти, в медицине для поглощения газов и ядов.
Адсорбент, используемый в промышленности - это адсорбент с высокоразвитой поверхностью. Для понимания важности этого свойства необходимо рассмотреть физические процессы, происходящие в ходе газоразделения.
Другое определение адсорбции - поверхностное явление, проявляющееся во взаимодействии двух сопряженных фаз. Фаза, представляющая поверхность, называется адсорбентом. Вторая фаза, представляющая собой газ, называется объемной фазой или адсорбированной, а обычно адсорбатом.
Образование адсорбированной фазы связано с ломкой приповерхностных слоев объемной фазы, которое сопровождается выделением теплоты.
Рассмотрим более подробно образование адсорбированной фазы. Внешний слой твердого тела является обедненным, за счет отсутствия родственных связей. В результате поверхностные молекулы адсорбента взаимодействуют с молекулами сопряженной объемной фазы, удерживая их на поверхности, т. е. адсорбируя. Силы межмолекулярного взаимодействия, обуславливающие адсорбцию, называют силами Ван-дер-Вальса.
На расстоянии порядка полутора диаметров молекул находится потенциальная "яма" - максимум результирующей силы притяжения, в которой над поверхностью располагается молекула адсорбата. Совокупность таких молекул образует первый слой адсорбата.
Дальнейшие слои практически не образуются за счет экранирования сил притяжения первым слоем. Кроме физических сил взаимодействия существуют химические, но обычно в понятие "адсорбция" не вкладывают смысл химического взаимодействия и этот процесс называют поверхностной химической реакцией.
Из - за отсутствия четких границ между физическими и химическими взаимодействиями имеет место область промежуточных взаимодействий, называемая хемосорбцией. Различить эти три явления можно по теплоте, сопровождающей взаимодействие.
Эта концепция описывается уравнением Ленгмюра, которое во взаимосвязи с температурой, представляют изотермы сорбции. Согласно уравнению Ленгмюра величина адсорбции в основном определяется природой взаимодействия молекул и емкостью первого слоя. Управление ими положено в основу синтеза промышленных адсорбентов. Величина адсорбции промышленных адсорбентов составляет до 50% от массы самого адсорбента и в первую очередь она связана с развитой поверхностью определяющей емкость первого слоя.
Наиболее эффективный путь увеличения удельной поверхности - это предельно возможное уменьшение размера единичных пор в твердом теле. Например, при уменьшении размера пор от 1 мм до 1 нанометра (нм) удельная поверхность твердого тела возрастает в миллион раз. Поры размером на уровне 1 нм соизмеримы с радиусом молекул многих веществ ( 0,1 - 0,5 нм) и поэтому являются предельными с точки зрения физического существования твердой фазы. Поры на уровне 1 нм называются микропорами. Реальные твердые сорбенты наряду с микропорами имеют и более крупные образования - мезо - и макропоры, выполняющие в основном роль транспортных артерий, подводящих за счет диффузии вещество из объемной фазы к микроструктурам.
Самым старым промышленным адсорбентом является активный уголь, синтезированный в начале 20 - го века, и используемый во многих процессах. Вторым крупным синтетическим адсорбентом, появившимся на рынке в 20 - х годах прошлого века, стал селикагель. Третью группу представляют цеолиты (алюминосиликаты легких металлов), самые молодые из промышленных адсорбентов.
Варьируя виды сырья, условия обработки и синтеза получают адсорбенты с разной степенью развития пор. Но всегда существует оптимум в зависимости от целевого назначения использования, поскольку размер пор должен быть минимально таким, чтобы адсорбирующиеся молекулы могли в них проникнуть, а с другой, чем меньше поры, тем больше наложение сил противоположных стенок и сильнее адсорбция, а значит соответственно десорбция.
Характерной особенностью цеолитов является то, что они имеют очень однородный размер пор, причем такой величины (около 1нм), что исключают адсорбцию в них тех или иных веществ. Цеолиты имеют только такие поры и получили второе название - молекулярные сита. Долгое время эта исключительность была характерна только для них.
Но в результате интенсивных работ в создании новых промышленных адсорбентов появились углеродные молекулярные сита и селикагелевые молекулярные сита с высокой однородностью пор. Промышленные адсорбенты выпускаются в виде гранул, шариков и прессованных элементов специальной формы. Их наружная поверхность составляет лишь малую долю общей поверхности, формирующейся в основном за счет внутренних пор. Площадь их поверхности пор составляет несколько сотен квадратных метров на грамм адсорбента.
Адсорбционный метод очистки газов основан на поглощении содержащихся в них вредных примесей поверхностью твердых пористых тел с ультрамикроскопической структурой, называемых адсорбентами. Эффективность процесса адсорбции зависит от пористости адсорбента, скорости и температуры очищаемых газов.
Чем больше пористость адсорбента и выше концентрация примеси, тем интенсивнее протекает процесс адсорбции. В качестве адсорбентов для очистки газов от органических паров, поглощения неприятных запахов и газообразных примесей, содержащихся в небольших количествах в промышленных выбросах, широко применяют активированный уголь, удельная поверхность которого составляет 102-103 м2/г.
Кроме активированного угля используются активированный глинозем, селикагель, активированный оксид алюминия, синтетические цеолиты или молекулярные сита, которые наряду с активированным углем обладают высокой адсорбционной способностью и избирательностью поглощения определенных газов, механической прочностью и способностью к регенерации. Последнее свойство очень важно, так как при снижении давления или повышении температуры оно позволяет удалять из адсорбента поглощенные газы без изменения их химического состава и тем самым повторно использовать адсорбент и адсорбируемый газ.
Аппараты адсорбционной очистки работают периодически или непрерывно и выполняются в виде вертикальных, горизонтальных или кольцевых емкостей, заполненных пористым адсорбентом, через который проходит поток очищаемого газа. Выбор конструкции определяет расход очищаемо го газа, размер частиц адсорбента, степень очистки и другие факторы. Вертикальные адсорберы отличаются небольшой производительностью. Производительность горизонтальных и кольцевых адсорберов достигает десятков и сотен тысяч м3/ч. Наиболее распространены адсорберы периодического действия, в которых период очистки газов чередуется с периодом регенерации твердого адсорбента.
Адсорберы непрерывного действия представляют вертикальную многосекционную колонну с движущимся сверху вниз адсорбентом, который проходит зоны охлаждения, поглощения, ректификации, нагрева и десорбции и вновь возвращается в исходное положение. Газ поступает в зону поглощения и движется навстречу адсорбенту.
На рисунке представлена схема адсорбционной установки для удаления сернистого ангидрида (S02) из горячих топочных газов. В качестве адсорбента в установке используют активированный уголь, которым заполняют адсорбер. Горячие топочные газы проходят через теплообменник, подогревая воздух, поступающий в топку и для обогрева десорбера, и подаются в нижнюю часть адсорбера, где при температуре 150-200 °С происходит улавливание S02.
Очищенный дымовой газ выбрасывают в атмосферу через дымовую трубу. Адсорбент после насыщения переводится в десорбер, где с помощью нагретого в теплообменнике воздуха поддерживается температура 300-600°С, при которой из адсорбента выделяется сернистый ангидрид, отводимый из десорбера и полезно используемый. Регенерированный адсорбент поступает в бункер, из которого подается в верхнюю часть адсорбера.
Установки периодического действия отличаются конструктивной простотой, но имеют низкие скорости газа и большие энергетические затраты на его прокачку.
В установках непрерывного действия с подвижным слоем адсорбента полнее используется адсорбционная способность адсорбента, обеспечивается процесс десорбции, однако имеются значительные его потери за счет ударов частиц адсорбента друг о друга и истирания о стенки аппарата.
Промышленные адсорбенты
Адсорбент [макропористый]. Макропористые адсорбенты используются в основном в хроматографии.
Адсорбент [мезопористый]. Мезопористые адсорбенты являются наиболее эффективными в области средних давлений ( концентраций) адсорбтива.
Адсорбент [микропористый]
Однородные микропористые адсорбенты имеют поры с размерами, близкими к размерам молекул анализируемых веществ. Они пригодны для разделений, основанных на различии размеров молекул. Типичными адсорбентами, относящимися к этой группе, являются активные угли (например, саран) и цеолиты.
Адсорбент [микросферический]
Использование микросферических адсорбентов упрощает вопрос транспортировки адсорбента в замкнутом цикле. Он может быть решен пневмотранспортом, осуществляемым при небольших скоростях газа, что значительно снижает истирание адсорбента.
Адсорбент [минеральный]
Минеральные адсорбенты и катализаторы (алюмосиликаты Si02, А12Оз, цеолиты и др.) перед применением обычно подвергают длительной термообработке при различных температурах для удаления адсорбированной воды и активации. Выбор температуры предварительной сушки адсорбентов часто мало обоснован и литературные данные по этому вопросу разноречивы.
Адсорбент [минеральный синтетический]
Синтетические минеральные адсорбенты находят многообразное практическое применение, благодаря широким возможностям регулирования параметров их пористой структуры в зависимости от условий синтеза. Их известное преимущество по сравнению с активированными углями при использовании для целей рекуперации заключается в негорючести.
Адсорбент [модифицированный]
Модифицированные адсорбенты являются своеобразным переходом между газо-адсорбционной и газо-жидкостной набивками. Все активные центры модифицированных адсорбентов имеют одинаковую активность.
Адсорбент [молекулярный]
Самый распространенный молекулярный адсорбент - активированный уголь - используется в процессах выделения, очистки и разделения почти всех основных антибиотиков. Среди большого количества марок активных углей различают мелкий угольный порошок (например, весьма распространенный в процессах сорбции антибиотиков и пигментов в растворах антибиотиков уголь ОУ марки А) и уголь-крупку. Ввиду малой специфичности активированного угля как адсорбента его применение для выделения и очистки антибиотиков в одноактовом процессе не приводит к заметной очистке веществ. В колоночных хроматографических процессах угольный порошок используется лишь в лабораторных установках, в которых слой угля не превосходит нескольких сантиметров. Иначе возникают затруднения с прохождением раствора через колонку.
Адсорбент [неоднородно-пористый]
Неоднородно-пористые адсорбенты, в частности снликагели, содержащие как широкие, так и узкие поры. Естественно, что они не могут быть успешно использованы в хроматографии без соответствующего модифицирования.
Адсорбент [неоднороднопористый]
Неоднороднопористые адсорбенты (например, неоднородно-пористые силикагели) при адсорбции проявляют черты, свойственные второму и третьему типам адсорбентов.
Адсорбент [неорганический]
Из неорганических адсорбентов наиболее употребительны окись алюминия, карбонат кальция, окись кальция, силикагель, окись цинка, окись магния, активированный уголь, а также некоторые природные минералы, главным образом различные сорта глины.
Адсорбент [неполярный]
Неполярные адсорбенты - активные угли - неспецифически взаимодействуют с разделяемыми компонентами.
Адсорбент [непористый]
Непористые адсорбенты, получаемые в результате химических реакций в растворе и последующего осаждения ( например, сульфат бария), а также путем размельчения твердых тел, обладают обычно сравнительно небольшой удельной поверхностью ( 1 - 10 м2 / г) и поэтому имеют довольно ограниченное применение. Получаемые порошки с удельной поверхностью порядка сотен м2 / г применяют в качестве наполнителей полимеров, лаков и смазок.
Адсорбент [неспецифический]
Неспецифические адсорбенты, такие, как неспецифические и слабоспецифические пористые полимеры, графитированные сажи, карбохромы, молекулярно-ситовые угли
Адсорбент [однороднопористый]
Однороднопористые адсорбенты, размеры пор которых близки друг другу и составляют около 50 А. Первичный адсорбционный процесс в этих порах близок к таковому на непористых адсорбентах той же природы, но при достаточно высоком давлении пара он сопровождается капиллярной конденсацией, приводящей к заполнению пор жидкостью. ...
Адсорбент [окисный]
Окисные адсорбенты с одинаковой или близкой пористой структурой обладают общими адсорбционными свойствами по нефтяным компонентам. Заметного влияния химии поверхности на адсорбцию этих компонентов не обнаружено, так как разнообразные пo химическому составу адсорбенты - силикагели, глинозем, природные и синтетические алюмосиликаты, активированные угли, пористые стекла - адсорбируют такие соединения в том или ином количестве.
Адсорбент [окрашенный]
Окрашенные адсорбенты переносят на фильтры воронок и промывают дистиллированной водой. Окраска их в результате промывки не изменяется.
Адсорбент [основной]
Основным адсорбентом для молекулярной ВЭЖХ является сили-кагель. Этот материал представляет собой почти чистый диоксид кремния 8Ю2, однако технические его сорта включают в свой состав тс или иные примеси. Кроме того, технический силикагель содержит другие оксиды, прежде всего оксид алюминия, также железа, который придаст техническому силикагелю желтоватый или даже коричневый цвет. Силикагель имеет разную поверхность, составляющую обычно 100 - 600 м2 / г, и значительный объем пор ( 0.5 - 1.2 см7г) с преобладанием пор диаметром от 5 до 15 нм.
Адсорбент [поверхностно-пористый]
Поверхностно-пористые адсорбенты обладают большой механической прочностью и поэтому особенно удобны для работы при высоких давлениях, тогда как многие объемно-пористые адсорбенты не выдерживают высоких давлений.
Адсорбент [полимерный]
Применение полимерных адсорбентов в настоящее время весьма ограничено. Тем не менее, потребность в таких материалах очень велика.
Адсорбент [полимерный пористый]
Производство пористых полимерных адсорбентов на основе стирола и дивинилбензола начато в России с 90 - х годов.
Адсорбент [полярный]
Полярные адсорбенты лучше адсорбируют полярные вещества и ионы, и наоборот, неполярные адсорбенты лучше адсорбируют неполярные вещества.
Адсорбент [пористый]
Пористые адсорбенты различаются структурой. Корпускулярные структуры образуются путем сращивания частиц.
Адсорбент [пористый кристаллический]
Кристаллические пористые адсорбенты характеризуются наличием дальнего порядка в решетке.
Адсорбент [порошковый]
Активация порошковых адсорбентов производится в адсорбере, снабженном перфорированными стальными опорными дисками с положенными на них стальными сетками. Такой адсорбер должен иметь откидное днище или люк для спуска активированного адсорбента в мешалку для контактной обработки масла.
Похожие статьи
-
Загрязнение атмосферы - Влияние техногенных факторов на здоровье
В последнее время на эволюцию атмосферы стал оказывать влияние человек. Результатом его деятельности стал постоянный значительный рост содержания в...
-
Охрана атмосферы - Влияние техногенных факторов на здоровье
Средства защиты атмосферы Контроль загрязнения атмосферы на территории России осуществляется почти в 350 городах. Система наблюдения включает 1200...
-
Воздействие на здоровье населения промышленных комплексов, загрязняющих атмосферу, можно дополнительно рассмотреть на примере предприятий некоторых...
-
Меры по сохранению озонового слоя Земли - Влияние техногенных факторов на здоровье
В чем заключается конкретность мер по сохранению озонового слоя над Землей? Согласно международным соглашениям промышленно развитые страны полностью...
-
Введение - Влияние техногенных факторов на здоровье
Вся жизнь и развитие человека протекают в определенной среде обитания. Будущее цивилизации видится многим ученым очень напряженным. Растет загрязнение...
-
Наряду с зелеными растениями большую роль в почвообразовательном процессе играют микроорганизмы. Это преимущественно одноклеточные, лишенные хлорофилла...
-
Методы очистки воды - Способы очистки питьевой воды
В реках и других водоемах происходит естественный процесс самоочищения воды. Однако он протекает медленно. Пока промышленно - бытовые сбросы были...
-
Мир опасностей, угрожающих человеку, весьма широк и непрерывно нарастает. В производственных, городских, бытовых условиях на человека воздействуют...
-
Состояние здоровья населения России - Влияние техногенных факторов на здоровье
Экологические исследования показали, что резкое ухудшение генетической наследственности рождающегося поколения людей вызвано отравлением окружающей среды...
-
Низкотемпературная термическая регенерация - это обработка сорбента паром или газом при 100-4000С. Процедура эта достаточно проста и во многих случаях ее...
-
Фильтрование воды через слой гранулированного угля или введение в воду порошкообразного активного угля являются наиболее универсальными методами удаления...
-
ВВЕДЕНИЕ - Адсорбенты и ионные обменники в процессах очистки природных и сточных вод
Объем потребляемой в мире воды достигает 4 трлн. м3 в год, а преобразованию со стороны человека подвергается практически вся гидросфера. Так при...
-
Основные загрязняющие компоненты воздуха закрытых помещений, их источники и роль в развитии патологий человека Качество воздушной среды определяется...
-
Очистка сточных вод методом флотации - Методы очистки воды
Под флотацией (от французского flotter -- плавать) понимают расщепление твердых микрочастиц с разной смачиваемостью. Это несмачиваемые водой...
-
Методы очистки подземных вод от нитратов и нитритов
Введение Анализ эффективности работы водоочистных станций населенных пунктов Казахстана показал невозможность получения ими нормативного качества...
-
Для очистки воды все большее применение находят неуглеродные сорбенты естественного и искусственного происхождения (глинистые породы, цеолиты и некоторые...
-
Так как в красильном цеху наблюдается превышение норматива сброса загрязняющих веществ (Прямой черный З, Розовый О, Активный черный С, Хромовый черный О,...
-
Системы очистки на производстве - Оценка жизненного цикла облицовочной и напольной плитки
Важными участками снабжения и переработки отходов на предприятиях по производству керамических изделий являются установки по удалению пыли и дымовых...
-
Совершенствование двигателей внутреннего сгорания. - Развитие природных ресурсов на Дальнем Востоке
Совершенствование процесса сгорания топлива в двигателе внутреннего сгорания, применение электронной системы зажи-гания приводит к уменьшению в выхлопе...
-
Дополнительным источником загрязнения рек в черте г. Москвы являются речные снегосвалки. Постановлениями правительства Москвы от 15.11.91 № 809 "О...
-
Основными источниками техногенного загрязнения г. Воронежа являются автотранспорт (более 82 % вклада в загрязнение атмосферы города), предприятия...
-
20-е столетие характеризуется интенсивным ростом населения Земли, развитием урбанизации. Появились города-гиганты с населением более 10-ти млн. человек....
-
Применение инфракрасного излучения - Инфракрасное излучение, их применение и влияние на человека
Инфракрасное излучение находит широкое применение в научных исследованиях, при решении большого числа практических задач, в военном деле, медицине и пр....
-
Задача очистки вредных сбросов не менее, а даже более сложна и масштабна, чем очистка промышленных выбросов. В отличие от рассеивания выбросов в...
-
Загрязнения питьевой воды химическими соединениями - Влияние техногенных факторов на здоровье
Фактором риска заболеваемости населения страны является также загрязнение питьевой воды химическими соединениями. При хроническом воздействии алюминия у...
-
В связи с тем, что обувная фабрика № 1 потребляет большое количество воды на технологические нужды и является источником загрязнения водоемов, проблема...
-
Обезвреживание и очистка сточных вод. Рациональное использование водных ресурсов - Основы экологии
В реках и других водоемах происходит естественный процесс самоочищения воды. Однако он протекает медленно. Пока промышленно-бытовые сбросы были невелики,...
-
Влияние транспорта на окружающую среду - Экологические проблемы Московской области
К одной из самых "больных" проблем города Москвы я бы отнес прежде всего экологическую. Причин ее чрезвычайно много и они сплетены в единый тугой узел, в...
-
"Токсичные твердые промышленные отходы обезврежива-ют на специальных полигонах и сооружениях. Для предотвра-щения загрязнения почв и подземных вод отходы...
-
С древних времен человек разрушал естественные экосистемы и заменял их искусственными сельскохозяйственными агроценозами, но, стремясь получить...
-
В течение многих веков человеку, созерцающему сельский пейзаж, казалось, что он приобщается к чему-то незыблемому, вечному. Это приносило ощущение...
-
Механическая очистка - отстойники - Очистка сточных вод
Еще более простым способом механической очистки вод является Отстаивание, которое производится в специальных Отстойниках. В этом случае используется лишь...
-
Из выше изложенного следует, что реальные сточные воды - это не чистые стабильные растворы, а гетерогенная смесь растворенных, коллоидных и взвешенных в...
-
Для удаления из отходящих газов вредных газовых примесей применяют следующие методы: адсорбция, хемосорбция, абсорбции, термического дожигания,...
-
Круг организаций, заинтересованных в объективном и комплексном исследовании хозяйственной деятельности промышленных предприятий и ее влияния на...
-
Загрязнение среды отходами производства и потребления - Факторы глобального воздействия на биосферу
Одной из наиболее острых экологических проблем в настоящее время является загрязнение окружающей природной среды отходами производства и потребления и в...
-
Водоотводящие системы и сооружения - это один из видов инженерного оборудования и благоустройства населенных пунктов, жилых, общественных и...
-
Выбор оптимальных технологических схем очистки воды - достаточно сложная задача, что обусловлено преимущественным многообразием находящихся в воде...
-
Область применения Настоящий нормативный документ устанавливает методику определения содержания взвешенных и прокаленных взвешенных веществ...
-
Фильтры для очистки воды - Проблемы загрязнения водоснабжения
Фильтры для очистки воды: плюсы и минусы Здоровье - это самое дорогое, что у нас есть. По данным Всемирной Организации Здравоохранения, 80% всех...
Область применения адсорбционной очистки. Промышленные адсорбенты - Влияние техногенных факторов на здоровье