1. Panoramica del processo di separazione per adsorbimento
Per adsorbimento si intende che quando un fluido (gas o liquido) è in contatto con una sostanza solida porosa, uno o più componenti del fluido vengono trasferiti sulla superficie esterna della sostanza porosa e sulla superficie interna dei micropori per arricchirsi su queste superfici per formare uno strato monomolecolare o un processo a strati multimolecolari.
Il fluido che viene adsorbito è chiamato adsorbato e le particelle solide porose stesse sono chiamate adsorbente.
A causa delle diverse proprietà fisiche e chimiche dell'adsorbato e dell'adsorbente, anche la capacità di adsorbimento dell'adsorbente per diversi adsorbati è diversa.Con un'elevata selettività di adsorbimento, i componenti della fase di adsorbimento e della fase di assorbimento possono essere arricchiti, in modo da realizzare la separazione delle sostanze.
2. Processo di adsorbimento/desorbimento
Processo di adsorbimento: può essere considerato un processo di concentrazione o un processo di liquefazione.Pertanto, quanto più bassa è la temperatura e maggiore è la pressione, tanto maggiore è la capacità di adsorbimento.Per tutti gli adsorbenti, i gas più facilmente liquefacibili (punto di ebollizione più alto) vengono adsorbiti di più, mentre i gas meno liquefacibili (punto di ebollizione più basso) vengono adsorbiti meno.
Processo di desorbimento: può essere considerato come un processo di gassificazione o volatilizzazione.Pertanto quanto più alta è la temperatura e quanto più bassa è la pressione tanto più completo sarà il desorbimento.Per tutti gli adsorbenti, i gas più liquefatti (punto di ebollizione più alto) hanno meno probabilità di essere desorbiti, mentre i gas meno liquefacibili (punto di ebollizione più basso) vengono desorbiti più facilmente.
3. Il principio della separazione per adsorbimento e la sua classificazione
L'adsorbimento si divide in adsorbimento fisico e adsorbimento chimico.
Principio della separazione per adsorbimento fisico: la separazione si ottiene utilizzando la differenza nella forza di adsorbimento (forza di van der Waals, forza elettrostatica) tra atomi o gruppi sulla superficie solida e molecole estranee.L'entità della forza di adsorbimento è correlata alle proprietà sia dell'adsorbente che dell'adsorbato.
Il principio della separazione per adsorbimento chimico si basa sul processo di adsorbimento in cui avviene una reazione chimica sulla superficie di un adsorbente solido per combinare l'adsorbato e l'adsorbente con un legame chimico, quindi la selettività è forte.Il chemiassorbimento è generalmente lento, può formare solo un monostrato ed è irreversibile.
4. Tipi di adsorbenti comuni
Gli adsorbenti comuni includono principalmente: setacci molecolari, carbone attivo, gel di silice e allumina attivata.
Setaccio molecolare: ha una struttura regolare di canali microporosi, con un'area superficiale specifica di circa 500-1000 m²/g, principalmente micropori, e la distribuzione delle dimensioni dei pori è compresa tra 0,4 e 1 nm.Le caratteristiche di adsorbimento dei setacci molecolari possono essere modificate regolando la struttura, la composizione e il tipo di contro-cationi del setaccio molecolare.I setacci molecolari si basano principalmente sulla caratteristica struttura dei pori e sul campo di forza di Coulomb tra il catione bilanciato e la struttura del setaccio molecolare per generare l'adsorbimento.Hanno una buona stabilità termica e idrotermale e sono ampiamente utilizzati nella separazione e purificazione di varie fasi gassose e liquide.L'adsorbente ha le caratteristiche di forte selettività, elevata profondità di adsorbimento e grande capacità di adsorbimento quando utilizzato;
Carbone attivo: ha una ricca struttura di micropori e mesopori, l'area superficiale specifica è di circa 500-1000 m²/g e la distribuzione delle dimensioni dei pori è principalmente compresa tra 2 e 50 nm.Il carbone attivo si basa principalmente sulla forza di van der Waals generata dall'adsorbato per generare l'adsorbimento e viene utilizzato principalmente per l'adsorbimento di composti organici, l'adsorbimento e la rimozione di materia organica di idrocarburi pesanti, deodoranti, ecc.;
Gel di silice: l'area superficiale specifica degli adsorbenti a base di gel di silice è di circa 300-500 m²/g, principalmente mesoporosa, con una distribuzione delle dimensioni dei pori di 2-50 nm e la superficie interna dei pori è ricca di gruppi idrossilici superficiali.Viene utilizzato principalmente per l'essiccazione per adsorbimento e l'adsorbimento con oscillazione di pressione per produrre CO₂, ecc.;
Allumina attivata: l'area superficiale specifica è 200-500 m²/g, principalmente mesopori, e la distribuzione delle dimensioni dei pori è 2-50 nm.Viene utilizzato principalmente nell'essiccazione e disidratazione, nella purificazione dei gas di scarico acidi, ecc.
