1. Überblick über den Adsorptionstrennprozess
Adsorption bedeutet, dass, wenn eine Flüssigkeit (Gas oder Flüssigkeit) mit einer festen porösen Substanz in Kontakt kommt, eine oder mehrere Komponenten der Flüssigkeit auf die äußere Oberfläche der porösen Substanz und die innere Oberfläche der Mikroporen übertragen werden, um sich auf diesen Oberflächen anzureichern Bilden Sie einen monomolekularen Schicht- oder Multimolekülschichtprozess.
Die zu adsorbierende Flüssigkeit wird als Adsorbat bezeichnet, die porösen Feststoffpartikel selbst als Adsorbens.
Aufgrund der unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften des Adsorbats und des Adsorbens ist auch die Adsorptionskapazität des Adsorbens für verschiedene Adsorbate unterschiedlich.Bei hoher Adsorptionsselektivität können die Bestandteile der Adsorptionsphase und der Absorptionsphase angereichert werden, um so die Stofftrennung zu realisieren.
2. Adsorptions-/Desorptionsprozess
Adsorptionsprozess: Er kann als Konzentrationsprozess oder als Verflüssigungsprozess betrachtet werden.Je niedriger die Temperatur und je höher der Druck, desto größer ist daher die Adsorptionskapazität.Bei allen Adsorptionsmitteln adsorbierten die leichter verflüssigbaren Gase (höherer Siedepunkt) stärker und die schwerer verflüssigbaren Gase (niedrigerer Siedepunkt) weniger.
Desorptionsprozess: Er kann als Prozess der Vergasung oder Verflüchtigung betrachtet werden.Je höher die Temperatur und je niedriger der Druck, desto vollständiger ist die Desorption.Bei allen Sorptionsmitteln ist die Wahrscheinlichkeit einer Desorption von stärker verflüssigten Gasen (höherer Siedepunkt) geringer, während weniger verflüssigbare Gase (niedrigerer Siedepunkt) leichter desorbiert werden.
3. Das Prinzip der Adsorptionstrennung und ihre Klassifizierung
Die Adsorption wird in physikalische Adsorption und chemische Adsorption unterteilt.
Prinzip der physikalischen Adsorptionstrennung: Die Trennung wird erreicht, indem der Unterschied in der Adsorptionskraft (Van-der-Waals-Kraft, elektrostatische Kraft) zwischen Atomen oder Gruppen auf der festen Oberfläche und Fremdmolekülen genutzt wird.Die Größe der Adsorptionskraft hängt von den Eigenschaften sowohl des Adsorbens als auch des Adsorbats ab.
Das Prinzip der chemischen Adsorptionstrennung basiert auf dem Adsorptionsprozess, bei dem eine chemische Reaktion auf der Oberfläche eines festen Adsorptionsmittels stattfindet, um das Adsorbat und das Adsorptionsmittel durch eine chemische Bindung zu verbinden, sodass die Selektivität hoch ist.Die Chemisorption verläuft im Allgemeinen langsam, kann nur eine Monoschicht bilden und ist irreversibel.
4. Gängige Adsorptionsmitteltypen
Zu den üblichen Adsorptionsmitteln gehören hauptsächlich: Molekularsiebe, Aktivkohle, Kieselgel und aktiviertes Aluminiumoxid.
Molekularsieb: Es hat eine regelmäßige mikroporöse Kanalstruktur mit einer spezifischen Oberfläche von etwa 500–1000 m²/g, hauptsächlich Mikroporen, und die Porengrößenverteilung liegt zwischen 0,4–1 nm.Die Adsorptionseigenschaften von Molekularsieben können durch Anpassung der Struktur, Zusammensetzung und Art der Gegenkationen des Molekularsiebs verändert werden.Molekularsiebe beruhen hauptsächlich auf der charakteristischen Porenstruktur und dem Coulomb-Kraftfeld zwischen dem ausgeglichenen Kation und dem Molekularsiebgerüst, um Adsorption zu erzeugen.Sie weisen eine gute thermische und hydrothermale Stabilität auf und werden häufig zur Trennung und Reinigung verschiedener Gas- und Flüssigkeitsphasen eingesetzt.Das Adsorptionsmittel weist bei Verwendung die Eigenschaften einer starken Selektivität, einer hohen Adsorptionstiefe und einer großen Adsorptionskapazität auf.
Aktivkohle: Sie hat eine reiche Mikroporen- und Mesoporenstruktur, die spezifische Oberfläche beträgt etwa 500–1000 m²/g und die Porengrößenverteilung liegt hauptsächlich im Bereich von 2–50 nm.Aktivkohle beruht hauptsächlich auf der vom Adsorbat erzeugten Van-der-Waals-Kraft, um eine Adsorption zu erzeugen, und wird hauptsächlich für die Adsorption organischer Verbindungen, die Adsorption und Entfernung schwerer organischer Kohlenwasserstoffe, Deodorants usw. verwendet.
Kieselgel: Die spezifische Oberfläche von Adsorbentien auf Kieselgelbasis beträgt etwa 300–500 m²/g, sie sind hauptsächlich mesoporös, mit einer Porengrößenverteilung von 2–50 nm, und die Innenoberfläche der Poren ist reich an Oberflächenhydroxylgruppen.Es wird hauptsächlich zur Adsorptionstrocknung und Druckwechseladsorption zur Erzeugung von CO₂ usw. verwendet.
Aktiviertes Aluminiumoxid: Die spezifische Oberfläche beträgt 200–500 m²/g, hauptsächlich Mesoporen, und die Porengrößenverteilung beträgt 2–50 nm.Es wird hauptsächlich zum Trocknen und Entwässern, zur Reinigung saurer Abgase usw. verwendet.
